電力變壓器是變換電壓以達到輸配電能的電氣設(shè)備,而變壓器匝比是其中一項極為重要的參數(shù),它直接影響電網(wǎng)的安全運行,變壓器匝比測試儀就是專門用來測量變壓器匝比及分接點的儀器。
它以51系列單片機作為微處理器,采用組別切換電路,自動換檔電路,極性判別電路,使用起來方便可靠。通過兩路高精度的雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器及精密整流電路,程控增益放大器,精密互感器來保證整臺儀器的精度。經(jīng)多次現(xiàn)場測試證明,該儀器與國內(nèi)外同類產(chǎn)品相比,具有很高的精度及可靠性,使用方便,功能強大,適于在國內(nèi)電力部門推廣使用。
1工作原理
根據(jù)變壓器的匝比數(shù)等于變壓器的初級與次級電壓比這一原理,通過在變壓器的初級加測試電壓,然后對其初級、次級電壓同時進行A/D轉(zhuǎn)換,再經(jīng)微處理器進行判檔轉(zhuǎn)入相應(yīng)的檔位進行測試、計算、存儲、顯示。
為了保持輸出電壓的穩(wěn)定,大型電力變壓器在額定匝比的基礎(chǔ)上,通常設(shè)有正負分接點,使匝比能夠上下微調(diào)。在用電高峰,電壓偏低時,通過調(diào)小分接點,使匝比變小,輸出電壓增大;在用電低峰,電壓偏高時,通過調(diào)大分接點,使匝比變大,輸出電壓降低。分接點之間是成比例的,這比例稱之為分接值。只要測出了匝比,知道了分接值和額定匝比,分接點也能隨之計算出來。
2測試電源
變壓器匝比測試儀對精度要求為千分之一。但由于市電的幅度和頻率均有較大的波動,對儀器的精度造成很大的影響,因此一個精密的測試電源是必要的。
89C51內(nèi)有正弦波發(fā)生程序,頻率為50Hz.在儀器初次上電時,89C51開始工作,通過循環(huán)查表,輸出正弦波幅值的數(shù)字信號,經(jīng)DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換,變成相應(yīng)的模擬信號。該信號是一個呈階梯狀的波形,故采用一個二階低通濾波器,把高頻諧波成分濾掉。經(jīng)濾波器輸出的信號已經(jīng)是波形比較圓滑,頻率為50Hz的穩(wěn)定的正弦波。該正弦波經(jīng)功率管LH0101推動放大后,送升壓變壓器升壓至測試所需的160V電壓。經(jīng)示波器觀察,波形的幅值及頻率都比較穩(wěn)定,達到了要求。
3.1組別切換電路
由于三相變壓器有許多種組別聯(lián)接方式,如Y-S聯(lián)接,S-S聯(lián)接等,加上聯(lián)接組也有多種變化,以往的匝比儀在測試三相變壓器時都得來回撥動切換開關(guān),既不可靠又容易出錯。采用組別切換電路,只需在菜單中選定高、低電壓的不同組別及聯(lián)接組即可,儀器自動測試變壓器A、B、C三相的匝比,極性,分接點等參數(shù)。組別切換電路如圖3。
自動組別切換電路
舉三相變壓器中常見的YN-d-11來說,對于A相,高壓繞組連接方式是U-N,而低壓繞組聯(lián)接方式是W-U,故繼電器PA0及PA3,PB2及PB4應(yīng)吸合,這樣測出的兩端電壓比即為該變壓器A相的匝比。此電路適用于所有變壓器。點焊機
3.2極性判別電路
對于單相變壓器來說,有時需測試它的同名端及異名端.極性判別電路就是為這種功能而設(shè)置的.具體電路
極性判別電路
Vi輸入U1的正輸入端,U1的負輸入端為1V,U1輸出的波形,被測變壓器的次級經(jīng)衰減或放大后,送U2的正輸入端,則U2輸出的波形,兩波形經(jīng)相與,便得到圖d。經(jīng)光耦送入8031的P1口。單片機在一個周期內(nèi)連續(xù)讀取P1的值。若出現(xiàn)高電平,表明待測變壓器的極性為正,若不出現(xiàn)高電平,則極性為負。波形表明變壓器的極性為正。
3.3精密整流電路
在這臺儀器中,A/D轉(zhuǎn)換前的交流小信號處理是保證精度的關(guān)鍵。通用的方法是將交流信號轉(zhuǎn)化為直流,送A/D進行轉(zhuǎn)換。。但通過分析它們內(nèi)部原理框圖發(fā)現(xiàn).
它們由精密整流電路、均方根電路等一系列運算電路組成的。經(jīng)過這么多環(huán)節(jié),自然在穩(wěn)定度和精度上都難以保證,通常在千分之五左右。因本儀器的精度要求很高,若采用常規(guī)的真有效值轉(zhuǎn)換電路,必將進一步丟失精度,所以,本儀器設(shè)計時,終放棄了真有效值轉(zhuǎn)換,而是根據(jù)雙積分型A/D轉(zhuǎn)換的本質(zhì)是平均值轉(zhuǎn)換,即:
Vx=Vr×N2/N1
其是N1為A/D轉(zhuǎn)換過程中采樣階段的時間記數(shù)值;N2為比較階段的時間記數(shù)值;Vr為基準電壓。將被測變壓器兩端的交流信號經(jīng)過精密整流后直接送入雙積分型A/D,轉(zhuǎn)換后可直接得到變壓器兩端電壓平均值,送入微機處理。這一方法省去許多中間環(huán)節(jié),從而減少了誤差,保證了精度。本儀器采用的精密整流電路.
精密整流電器
在此高精度絕 對值電路中,用模擬開關(guān)取代二極管而組成的全波檢波電路,可完全消除二極管閾值電壓Vd及非線性r對檢波性能的影響,它由反向器U1、過零檢測器U2和模擬開關(guān)U3組成。過零檢測器檢測輸入信號的極性。Vc為高電平信號,用以控制模擬開關(guān)S1、S2的接通與斷開。其波形:
精密整流示意圖
當Vi>0時,Vc為低電平,輸出端與S1接通,輸出為Vo=V;當Vi<0時,Vc為高電平,輸出端與S2接通,輸出為Vo=Vi,所以Vo=|Vi|,這種電路的誤差可小于0.05%.
3.4高精度A/D轉(zhuǎn)換
雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器以其轉(zhuǎn)換精度高、靈敏度高、抗干擾能力強等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于各類數(shù)字式儀表和低速數(shù)字采集系統(tǒng)中。在本臺儀器中,需要雙積分式A/D直接對全波進行轉(zhuǎn)換。這里采用的是ICL7135,它是一種4位半的BCD碼動態(tài)掃描輸出的單片集成雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器。在本臺儀器中,采用了一種簡便的方法,將兩路ICL7135的BUSY端口與ICL7135的時鐘相與,送計數(shù)器進行計數(shù),就可把ICL7135Z轉(zhuǎn)換后的值送入單片機,節(jié)省了系統(tǒng)的I/O口。電路框。
ICL7135與單片機的一種簡便接口方法
3.5自動換檔的處理
由于ICL7135轉(zhuǎn)換速度較慢,在被測匝比較大的情況下,如1000,需換檔多次,這樣測一組匝比,至少需要15s,為了提高測試速度,采用直接跳檔的方法。開始先A/D轉(zhuǎn)換一次,其值與各分檔電壓比較,若在某檔范圍內(nèi),則直接跳該檔,切換分檔繼電器,重測一次。為了防止超量程(Vi>2V),將兩路ICL7135的超量程輸出相與,輸出到單片機的P1口,若為高電平,則表明至少有一路超量程,此時應(yīng)切換換檔繼電器至合適檔。
4結(jié)束語
在保定變壓器廠對該儀器進行過多次現(xiàn)場測試及與國內(nèi)外同類產(chǎn)品比較,其主要性能指標可達:匝比測量范圍:0.900~4000(自動變換量程,指標值四位;精度:0.1%-/+3個字;測量時間:<4s,該儀器與國內(nèi)外同類產(chǎn)品相比,性能穩(wěn)定可靠,精度高,操作方便,具有較好的推廣應(yīng)用前景。