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    电力设备直流电阻测量用恒流源研究

    添加时间:2017-07-05 15:47:54   浏览次数: 次    【 】   打印   关闭窗口

           电源1直流电阻测量原理在电力系统中,快速、准确地测量感性负载的直流电阻,有利于对电力设备进行现场检测、故障诊断和实时维护。例如测量变压器绕组的直流电阻,就是变压器蓄中,%和!"分别为标准电阻和被测感性负载的直流电阻;4为被测感性负载的电感)。
           尤测量时,闭合按钮S1,将电阻!短路,使全部电压加于被测负载上,强迫它有较大的电流上升速度,一直达到预定的电流值再断开按钮S1,则电流会很快稳定下来,设稳定电源为/,由可知,"/!",%n:较大的直流电流有利于感性负载直流电阻测量的快速性;具有高稳定度的直流电流有利于感性负载直流电阻测量的准确性。因此,研究一种具有高稳定性、较强带负载能力的较大容量的恒流源直接决定感性负载直流电阻测量的准确性、快速性和可靠性5. 2恒流源工作原理公司于20世纪80年代初研制成功的高精度、低漂移、动态校零CMOS型斩波稳零式单片集成运算放大器,称为第四代运算放大器6.其输入失调电压。s只相当于通用型运算放大器F007的千分之一,s=1.0!V,失调电压温漂为0.01!V/°C,每月漂移低于1!V,输入偏置电流约为100pA,且有极高共模抑制能力CM-RR!130dB)、开环增益P140dB)。in为输入基准电压;VTR为功率放大器件;!2为VTR的限流电阻。
           恒流源的工作原理简述如下:基准源in分压后,经过加法器N>1、反馈放大器Na2,由电流放大驱动电路VTR输出电流或者/n)。为了使输出电流稳定,除各个环节引入深度负反馈外,还从输出电流取样经电压跟随器Nab反馈至加法器N>1,形成一个大反馈,进一步增强了输出电流的稳定度,使恒流源在负载变化较大范围内输出电流具有高稳定度。
           2.1恒流源电流的稳定机理加法器NA1的输出电压:为反相放大器NA2.的输出电压2为2=-%1,跟随器NA3的为/n7"2-"3)/6,联立求解以下各式可得:因为运算放大器NA3构成跟随电路,其输入阻抗很高!1012!/则流过标准电阻6的电流全部流向被测感性负载。式1)表明:电流与被测感性负载无关;电流与输入电压"m成线性关系;输入电压"6的稳定度、纹波大小、温漂特性、静态电流大小都直接影响输出电流!;标准电阻6和组成恒流源电路的电阻1都直接影响输出电流!。
           布线时,当3个运算放大器的接地点布置不当时,在地线上形成的干扰信号会串到附近的电路中,导致恒流源工作不稳定。把基准源、加法器、反馈放大器的各个接地点汇集一起,再将该点与电源地相连,如所示,可以有效抑制干扰>. 2.2功放驱动技术在测量大型电力设备的直流电阻时,为提高测量的准确性和快速性,要求测试仪表具有较大的恒流输出能力0.110A)、很小的纹波和很高的稳定度,才能用于如110kV级以上的大型变压器绕组等感性负载直流电阻的准确、可靠测量。本文研究的恒流源能够稳定输出的最大电流为10A,用于测量100级以上感性负载的直流电阻。由于一般的集成运算放大器的输出电流比较小,不能直接驱动较大的功率管,因此,要获得10A恒流源,就必须采取扩流技术。本文采用了前级驱动后级的办法,以达到扩流目的。
           表示恒流源的功率放大器环节,代替中的电流驱动电路VTR.其中和为被测感性负载的直流电阻和电感,用M11032NPN型120V,50A)作为功率放大管。下面简单介绍恒流源功率放大器的工作原理。
           当来自Na2的输入电压为正时,就是一个输出正电压的功率放大器,此时,调整管VTR1,VTR3,VTR4导通,VTR2,VTR5,VTRh截止;当来自Na2的输入电压为负时,就是一个输出负电压的功率放大器,此时调整管VTR2,VTR5,VTRh导通,VTR1,VTR3,VTRl截止。
           由于功率管的耗散功率和输出电流较大,一个功率管往往不够用,为此采取了将参数相近的功率管并联的方法。如果只是将它们各自的3个极简单地并联,将导致各个功率管流过电流的差别很大,从而造成其中某个功率管负担过重而损坏8.为避免因功率管的特性不完全相同所造成的电流分配不均,需采取均流措施,即在各个功率管的发射极上接入一个平衡电阻58,其上的电压降与流过的电流成正比,构成电流负反馈,从而使并联的几个功率管的电流比较接近。当平衡电阻增大时,其电流负反馈的作用愈强,均流的效果也就愈好;但平衡电阻上消耗的功率也就愈大。因此在设计时必须兼顾这两个方面。实践表明,取平衡电阻上的电压降在0.11.0V之间比较合理。
           调整管,尤其是达林顿管M11032,是恒流源电路中承受功率损耗最大的功率管。晶体管的结温随着耗散功率的增大而升高,而晶体管的使用寿命随着结温的升高而呈指数下降。因此,调整管的散热问题是决定恒流源可靠性、稳定性的一个重要因素。
           3恒流源误差分析由,确保测量精度和可靠性。档位的切换可通过单片机控制完成,10.对于输入基准电压!in,特选用PMI公司生产的REF02P芯片由它产生基准电压!in),它是+5V精密电压基准/温度传感器,在-55~1255范围内,输出电压最大纹波系数的典型值为0.05 7.可以有效改善恒流源的稳定性、可靠性、漂移和噪声等指标。
           同时中"1一般选用精度较高的电阻,如0.017精密电阻。标准电阻"n必须定做,同时确保散热充分。
           4恒流源特性分析可以将整个恒流源简化为所示的闭环系统控制框图图中!1为放大器VTR的基极电压)。
           为3个运算放大器的开环电压放大倍数,"be为放大器VTR的b-e结电阻。
           假设放大器VTR的基极电流为心,由于运算放大器和功率管VTR构成了电流的深度负反馈,同时运算放大器N'1和Na为电压的深度负反馈,+"%),/0=/+,则输出电流的近似表达式可简化为1112经反复测试,恒流源性能指标如下:采用12V直流风扇);开关电源满量程输出电压10V;预热时间"3min用20m"或200m"档预热,因为该档电流为10A);5利用直流比较仪校验大电流流的仪器,其测量精度可达10-0.它是把被测直流所产生的磁势与另一易于测量的直流磁势在铁芯中进行比较,当2个磁势平衡时,铁芯中磁通为零,磁势平衡13:流;+1,+2分别为一次线圈和二次线圈匝数。恒流源校验的接线方式如所示。
           图中ZZC-H型测试仪是利用本文所研究的恒流源试制的感性负载直流电阻的智能化测试仪表以下简称测试仪,己经通过湖北省计量测试研究院的鉴定/直流比较仪只画出了一次线圈和二次线圈,省略了其他线圈。当校验时用0.01级标准电阻代替被测对象"%,%表示被测对象直流电阻的端电压。
           由于电力设备如变压器绕组具有较大的电感和较小的电阻,有的变压器的电感可高达数百乃至数千亨,并且其电阻仅为10-4~10-2"数量级,则对于微小电阻的精密测量,引线电阻的影响不容忽视,必须采取有效措施加以克服。该测试仪采用四端接法,目的是减小接线对被测对象的影响。
           当用恒流源测量微小电阻大型电力设备)时,要求恒流源输出较大的稳定电流,以便快速准确测量。利用直流比较仪可以准确校验恒流源输出的较大电流如10A的稳定度,下面简要介绍其校验的工作原理。
           当测试仪内部产生的恒定电流(n或者/%)经过标准电阻"n输出到比较仪的一次线圈中,1=根据直流比较仪的工作原理可得比较仪的二次线圈电流为(2=(%+1)/+2,被测电阻的电压显示的准确数字"应为假设测试仪除恒流源外其他各个环节均在测试准确度的要求范围内,利用直流比较仪可以很方便地校验恒流源输出的大电流的准确度,并且该校验方法具有高准确度、高可靠性,操作简单。
           深度负反馈和输出电流的采样反馈作用,可以提高恒流源的工作性能,具有良好的实用性和通用性。利用本文所述基本思想研制出的10A恒流源已经应用于大型电力设备直流电阻测试仪中。


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