變壓器繞組極性和高低壓端信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)

1　引言

電力變壓器是通過(guò)變換電壓來(lái)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(yàn)就是要驗(yàn)證變壓器能否達(dá)到預(yù)計(jì)的電壓變換效果。因此，對(duì)變壓器繞組極性和變壓比的測(cè)試，是變壓器出廠試驗(yàn)及變壓器維修時(shí)必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。本文介紹了電力變壓器變壓比測(cè)試儀器中變壓器繞組極性和高低壓端交流信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)。

2　變壓器繞組極性測(cè)試電路的設(shè)計(jì)

測(cè)試變壓器繞組極性時(shí)，可在變壓器高壓、低壓端的相對(duì)應(yīng)端子上(如A頭)加一定的電壓，通過(guò)高、低壓端電壓轉(zhuǎn)換成的兩個(gè)脈沖信號(hào)的異或關(guān)系來(lái)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(diǎn)來(lái)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(lái)判斷變壓器繞組的極性。當(dāng)G為高電平時(shí)，可用G去驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管使其顯示“—”，表示變壓器繞組極性為負(fù);當(dāng)G為低電平時(shí)，可用G去驅(qū)動(dòng)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(yàn)變壓器高低壓端交流信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)

被試驗(yàn)變壓器高低壓端交流信號(hào)處理的目的，是為后面的A/D轉(zhuǎn)換提供直流信號(hào)輸入，最終通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制與顯示?？紤]到是測(cè)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(yàn)變壓器高壓端交流信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，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(hào)。對(duì)一般運(yùn)算放大器來(lái)說(shuō)，作為運(yùn)放輸入180V電壓太高，因此要對(duì)180V交流信號(hào)先進(jìn)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(lái)確定。衰減可用電阻分壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。

從交流信號(hào)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?，可以組成整流電路，把交流變成直流，但這種整流電路有如下缺點(diǎn)：

1)由于二極管的門(mén)坎電壓約為0.7V，因此當(dāng)未被整流的信號(hào)電壓低于此門(mén)坎電壓時(shí)，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(shí)，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(yùn)算放大器的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)組成的精密整流峰值檢波電路。圖中

運(yùn)放A1采用同相端輸入，當(dāng)輸入電壓大于保持電容C1上的電壓時(shí)，D導(dǎo)通，電容C1充電。當(dāng)輸入電壓小于保持電容C1上的電壓時(shí)，D截止，電容C1通過(guò)R4(R4電阻值一般很大)放電，放電速率非常·63·緩慢，前級(jí)運(yùn)放對(duì)輸入電壓實(shí)現(xiàn)峰值采樣，后級(jí)運(yùn)放接成跟隨器形式，用以提高電路的驅(qū)動(dòng)能力，并消除負(fù)載對(duì)電路的影響，該電路檢測(cè)的是輸入信號(hào)的正峰值。

該電路與一般整流電路的區(qū)別是，在輸入信號(hào)非常小時(shí)，它不受一般二極管整流電路中二極管門(mén)坎電壓的影響，能避免在小信號(hào)時(shí)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(yàn)變壓器低壓端交流信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)

如果變壓器變壓比的測(cè)試范圍為1～10000：若為I，測(cè)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(yàn)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(duì)被試驗(yàn)變壓器低壓端交流電壓整流器前先進(jìn)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(duì)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(dòng)作，被試驗(yàn)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(dòng)作，被試驗(yàn)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(dòng)作，被試驗(yàn)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(shí)動(dòng)作，被試驗(yàn)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(guò)單片機(jī)控制的繼電器自動(dòng)切換。被試驗(yàn)變壓器低壓端的電壓，經(jīng)過(guò)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(gè)電壓可以作為A/D轉(zhuǎn)換器5G14433的輸入。

4　結(jié)束語(yǔ)

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