【变压器绕组直流电阻测试仪的硬件设计】 直流高压发生器

　　摘要:在助磁法结合恒流源的改进方法的基础上,利用单片机进行了系统设计来实现电力变压器直流电阻的快速测量。分别对测试仪的单片机控制单元,放电回路,信号采集电路,A/D转换电路以及电源等测试仪的重要组成部分进行了系统的设计及设备选型。搭建了系统仿真模型,并经计算机仿真,通过对仿真数据结果的计算,验证了设计的合理性和可行性。
　　关键词:变压器绕组 直流电阻 单片机 助磁法 恒流电源法
　　中图分类号:TP 文献标识码:A文章编号:1007-9416(2010)06-0000-00
　　
　　0 引言
　　 变压器绕组直流电阻的测量是其日常试验中的重要项目,通过直流电阻的测量,可检查线圈质量、分接开关位置接触是否良好、线圈或引线有无折断、并联支路的正确性、有无短路现象,是确定短路损耗的重要数据。因此在交接、预试、大修和调换分接开关后均需进行此项试验。近年来,随着电力系统容量的越来越大,变压器的容量也不断加大。变压器的容量越大,电压等级越高,电感与电阻的比值就越大。因此,大型变压器的绕组直流回路的稳定时间可能长达数十分钟甚至更长,如何快速准确测量电力变压器绕组的直流电阻成为了人们研究和追求的主要目标。
　　
　　1 系统结构
　　 本装置以80C196单片机为核心组成单片机控制单元,通过数据存储器和I/O口扩展,完成测试与控制功能。电源部分是通过一个开关电源产生单片机工作电源+5V和±12V,其中,继电器工作电源+12V由变压器降压,整流桥整流产生。键盘只有四个按键,通过按键来实现功能选择,完成测试、存储和打印功能,测试结果通过LCD显示输出。
　　 单片机控制单元主要由80C196单片机为核心,外部扩展程序存储器EPROM27128,数据存储器RAM6264和E2PROM2864,译码电路由两片74LS138实现。地址锁存由74LS373完成,I/O口扩展由一片8255实现,实现对打印机的控制,输出继电器的控制,键盘的输入和液晶显示的控制。
　　 恒流源电路主要由恒流源的采样电路、比较电路等,将交流电通过整流桥将交流电变为直流电,经电流调整和电流反馈,最后实现0.1A～10A范围的稳流输出。
　　 测量回路主要由恒流源输出稳定电流直接通过电力变压器绕组,不接入标准电阻(将串入电阻用继电器短接),测量充电电流,当充电电流达到设定值时将继电器断开,将电阻串入测量回路中。为了保证单片机供电稳定性,继电器控制电源单独供电。
　　 由于绕组电感的存在,残余电流对使用者和测试设备将构成威胁,因此必须有电流放电回路,电流放电回路由放电电阻和一个反向二极管构成,充电时二极管关断,电源对绕组充电,断电时二极管导通,绕组通过二极管和放电电阻放电。
　　 测量结束时,将继电器K1断开,因变压器绕组具有大电感,电流不能立即降为零,这样就会产生很大的电势,因此必须加有放电回路,在本放电回路中,当继电器K1断开后,二极管D1导通,绕组中电流通过放电电阻R4和二极管形成回路,完成放电过程。放电电阻的选择要适当,放电电阻越大。电阻上消耗的功率越,放电时间越短,放电回路两端的电压越高。因此放电电阻的选择既要控制放电电压值是安全的,又要使放电时间尽可能短。
　　 信号采集是针对80C196单片机而言的,为实现测量结果的显示及保护等功能,必须有采样计算电路,一方面可利用80C196单片机8路10位A/D转换器以及CPU的计算处理功能,另一方面可以使用单独的A/D转换器件,故选取了AD1674,但是,进入A/D转换器和单片机的信号必须是经过调理的信号,它要求符合以下条件:(1)信号幅值不能超过±5V;(2)进入AD1674和单片机输入口的信号是电压信号;(3)输入信号不能干扰系统的正常工作。
　　 因此,对于进入AD1674和单片机的信号必须经过适当的处理。这个过程需要将进入AD1674和单片机的电流信号要转换成电压信号,此过程可利用电阻实现;对于高压、交变信号要转换成低压才能进入单片机。
　　 在该设计中,采用直流采样。被测变压器绕组两端的电压通过滤波、放大和缓冲等环节送入AD1674的采集端口,滤波采用R、C滤波,缓冲采用电压跟随器。
　　 转换电路是使用AD1674通过外部适当连线可以实现单极性输入,也可以实现双极型输入。输入信号均以模拟的AGND为基准,模拟输入信号的一端必须与AG相连,并且接点尽量靠近AGND引脚,接线应短,片内10V基准电压输出引脚REFOUT也是以AGND为基准,通常数字地DGND与AGND连在一起。所有电位器(调增益和调零点用)均应采用低温度系数电位器。例如金属模陶瓷电位器。
　　 目前,为单片机应用系统配置的微型打印机中,比较流行的选用TPµP系列的点阵微型打印机。这种打印机整机体积小,重量轻,功能完善,操作简单,连接方便。故选用该系列中的一种面板式超小型点阵通用打印机TPµP-A40P。
　　
　　2 结语
　　 测试仪设计完成后,经过计算机仿真,通过对仿真数据结果的计算,可以有效的减少直流电阻的测量时间,并且可保证较高的准确性,验证了设计的合理性和可行性。在今后的学习和研究中,工作的重点是更有效的减少测量时间,以应对变压器不断增长的容量对绕组测量的影响。
　　
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