變壓器繞組極性和高低壓端信號處理電路的設(shè)計

1　引言

電力變壓器是通過變換電壓來輸配電能的電氣設(shè)備，變壓器繞組極性和變壓器變壓比試驗就是要驗證變壓器能否達到預(yù)計的電壓變換效果。因此，對變壓器繞組極性和變壓比的測試，是變壓器出廠試驗及變壓器維修時必不可少的一個環(huán)節(jié)。本文介紹了電力變壓器變壓比測試儀器中變壓器繞組極性和高低壓端交流信號處理電路的設(shè)計。

2　變壓器繞組極性測試電路的設(shè)計

測試變壓器繞組極性時，可在變壓器高壓、低壓端的相對應(yīng)端子上(如A頭)加一定的電壓，通過高、低壓端電壓轉(zhuǎn)換成的兩個脈沖信號的異或關(guān)系來判別變壓器繞組極性。這是基于高壓低壓端交流電壓的頻率相同這一點來考慮的。具體電路如圖1所示?？梢愿鶕?jù)輸出G值為高電平還是低電平來判斷變壓器繞組的極性。當G為高電平時，可用G去驅(qū)動數(shù)碼管使其顯示“—”，表示變壓器繞組極性為負;當G為低電平時，可用G去驅(qū)動數(shù)碼管使其不顯示，則表示變壓器繞組極性為正。因此，在電路中，應(yīng)使輸出G與七段半導(dǎo)體數(shù)碼管的g段引出端相連。

3　試驗變壓器高低壓端交流信號處理電路的設(shè)計

被試驗變壓器高低壓端交流信號處理的目的，是為后面的A/D轉(zhuǎn)換提供直流信號輸入，最終通過單片機實現(xiàn)控制與顯示?？紤]到是測試變壓器的變壓比，因此只需將交流電壓轉(zhuǎn)換成符合A/D轉(zhuǎn)換要求的直流電壓即可。本文采用的是整流濾波取峰值的方法。

3.1　試驗變壓器高壓端交流信號處理電路的設(shè)計

根據(jù)國家標準，假定取加到被試變壓器高壓端的電壓為固定的180V正弦交流信號。對一般運算放大器來說，作為運放輸入180V電壓太高，因此要對180V交流信號先進行衰減。衰減多少由采用何種取峰值電路和A/D轉(zhuǎn)換器的輸入范圍大小來確定。衰減可用電阻分壓來實現(xiàn)。

從交流信號中獲取峰值電壓有多種方法。利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娦裕梢越M成整流電路，把交流變成直流，但這種整流電路有如下缺點：

1)由于二極管的門坎電壓約為0.7V，因此當未被整流的信號電壓低于此門坎電壓時，電路就失去整流作用;

2)即使被整流的電壓值大于0.7V，電路還存在非線性誤差;

3)二極管的正向電壓伴隨溫度的變化而變化，所以整流電路的特性也受影響，此外在全波整流時，這種整流電路的輸入與輸出之間不能有公共端。

假定選取A/D轉(zhuǎn)換器為5G14433，其輸入電壓范圍為-2V～+2V。采用的整流濾波取峰值的具體電路如圖2所示，這是一種由帶有運算放大器的負反饋網(wǎng)絡(luò)組成的精密整流峰值檢波電路。圖中

運放A1采用同相端輸入，當輸入電壓大于保持電容C1上的電壓時，D導(dǎo)通，電容C1充電。當輸入電壓小于保持電容C1上的電壓時，D截止，電容C1通過R4(R4電阻值一般很大)放電，放電速率非常·63·緩慢，前級運放對輸入電壓實現(xiàn)峰值采樣，后級運放接成跟隨器形式，用以提高電路的驅(qū)動能力，并消除負載對電路的影響，該電路檢測的是輸入信號的正峰值。

該電路與一般整流電路的區(qū)別是，在輸入信號非常小時，它不受一般二極管整流電路中二極管門坎電壓的影響，能避免在小信號時的非線性輸出線性地跟隨輸入變化，得到與理想二極管相接近的整流特性。

3.2　試驗變壓器低壓端交流信號處理電路的設(shè)計

如果變壓器變壓比的測試范圍為1～10000：若為I，測變壓器低壓端電壓范圍為0.018V～180V，如此大范圍的電壓加到圖2的電路上作為輸入，顯然是不可能的。

在整流濾波之前，應(yīng)先把被試驗變壓器的變壓比范圍分成四檔，即：1)變壓比<10∶1;2)變壓比<100∶1;3)變壓比<1000∶1;4)變壓比<10000∶1。

在上述分割范圍內(nèi)，對被試驗變壓器低壓端交流電壓整流器前先進行衰減、放大及衰減與放大相結(jié)合電路形式的，盡可能使每檔對應(yīng)的交流電壓經(jīng)整流濾波后獲得的峰值直流電壓均接近于A/D轉(zhuǎn)換器所要求的輸入范圍的最高值，這樣就可大大提高其精度。具體電路如圖3所示。

1)變壓比<10∶1

JT1繼電器動作，被試驗變壓器低壓端電壓應(yīng)在180V～18V范圍內(nèi)。電路的放大倍數(shù)為：

180V～18V交流電壓放大Av1倍后所獲得的電壓范圍在1.4292V～14292V范圍內(nèi)。

2)變壓比<100∶1

繼電器JT2動作，被試驗變壓器低壓端電壓應(yīng)在18V～1.8V范圍內(nèi)。電路的放大倍數(shù)為：

18V～1.8V交流電壓放大Av2倍后所獲得的電壓在1.4292V～0.14292V范圍內(nèi)。

3)變壓比<1000∶1

繼電器JT3動作，被試驗變壓器低壓端電壓應(yīng)在1.8V～0.18V范圍內(nèi)。電路的放大倍數(shù)為：

1.8V～0.18V交流電壓放大Av3倍后所獲得的電壓在1.4292V～0.14292V范圍內(nèi)。

4)變壓比<10000∶1

繼電器JT2、JT3同時動作，被試驗變壓器低壓端電壓應(yīng)在0.18V～0.018V范圍內(nèi)。電路的放大倍數(shù)為：

每檔的遞增均通過單片機控制的繼電器自動切換。被試驗變壓器低壓端的電壓，經(jīng)過上述分檔后，由圖2所示電路取得的峰值直流電壓，在2V～0.2V范圍內(nèi)，這個電壓可以作為A/D轉(zhuǎn)換器5G14433的輸入。

4　結(jié)束語

本文介紹的電路已經(jīng)在電力變壓器自動變比測試儀中得到了具體的應(yīng)用，效果較好。