变压器绕组极性和高低压端信号处理电路的设计

摘要:介绍了电力变压器绕组极性的判别电路，并着重分析了在变压比测试中被测试变压器变压比范围较大时采用的高低压端交流信号处理电路的设计。
关键词：变压器，绕组极性，异或，峰值检波　
1　引言
　　电力变压器是通过变换电压来输配电能的电气设备，变压器绕组极性和变压器变压比试验就是要验证变压器能否达到预计的电压变换效果。因此，对变压器绕组极性和变压比的测试，是变压器出厂试验及变压器维修时必不可少的一个环节。本文介绍了电力变压器变压比测试仪器中变压器绕组极性和高低压端交流信号处理电路的设计。
2　变压器绕组极性测试电路的设计
　　测试变压器绕组极性时，可在变压器高压、低压端的相对应端子上（如A头）加一定的电压，通过高、低压端电压转换成的两个脉冲信号的异或关系来判别变压器绕组极性。这是基于高压低压端交流电压的频率相同这一点来考虑的。具体电路如图1所示。可以根据输出G值为高电平还是低电平来判断变压器绕组的极性。当G为高电平时，可用G去驱动数码管使其显示“—”，表示变压器绕组极性为负；当G为低电平时，可用G去驱动数码管使其不显示，则表示变压器绕组极性为正。因此，在电路中，应使输出G与七段半导体数码管的g段引出端相连。
3　试验变压器高低压端交流信号处理电路的设计
　　被试验变压器高低压端交流信号处理的目的，是为后面的A／D转换提供直流信号输入，最终通过单片机实现控制与显示。考虑到是测试变压器的变压比，因此只需将交流电压转换成符合A／D转换要求的直流电压即可。本文采用的是整流滤波取峰值的方法。

3．1　试验变压器高压端交流信号处理电路的设计

　　根据国家标准，假定取加到被试变压器高压端的电压为固定的180V正弦交流信号。对一般运算放大器来说，作为运放输入180V电压太高，因此要对180V交流信号先进行衰减。衰减多少由采用何种取峰值电路和A／D转换器的输入范围大小来确定。衰减可用电阻分压来实现。
　　从交流信号中获取峰值电压有多种方法。利用半导体二极管的单向导电性，可以组成整流电路，把交流变成直流，但这种整流电路有如下缺点：

　　（1）由于二极管的门坎电压约为0．7V，因此当未被整流的信号电压低于此门坎电压时，电路就失去整流作用；
　　（2）即使被整流的电压值大于0．7V，电路还存在非线性误差；
　　（3）二极管的正向电压伴随温度的变化而变化，所以整流电路的特性也受影响，此外在全波整流时，这种整流电路的输入与输出之间不能有公共端。
　　假定选取A／D转换器为5G14433，其输入电压范围为－2V～＋2V。采用的整流滤波取峰值的具体电路如图2所示，这是一种由带有运算放大器的负反馈网络组成的精密整流峰值检波电路。图中

运放A1采用同相端输入，当输入电压大于保持电容C1上的电压时，D导通，电容C1充电。当输入电压小于保持电容C1上的电压时，D截止，电容C1通过R4（R4电阻值一般很大）放电，放电速率非常·63·缓慢，前级运放对输入电压实现峰值采样，后级运放接成跟随器形式，用以提高电路的驱动能力，并消除负载对电路的影响，该电路检测的是输入信号的正峰值。

　　该电路与一般整流电路的区别是，在输入信号非常小时，它不受一般二极管整流电路中二极管门坎电压的影响，能避免在小信号时的非线性输出线性地跟随输入变化，得到与理想二极管相接近的整流特性。
3．2　试验变压器低压端交流信号处理电路的设计

　　如果变压器变压比的测试范围为1～10000：若为I，测变压器低压端电压范围为0．018V～180V，如此大范围的电压加到图2的电路上作为输入，显然是不可能的。
　　在整流滤波之前，应先把被试验变压器的变压比范围分成四档，即：1）变压比＜10∶1；2）变压比＜100∶1；3）变压比＜1000∶1；4）变压比＜10000∶1。
　　在上述分割范围内，对被试验变压器低压端交流电压整流器前先进行衰减、放大及衰减与放大相结合电路形式的，尽可能使每档对应的交流电压经整流滤波后获得的峰值直流电压均接近于A／D转换器所要求的输入范围的最高值，这样就可大大提高其精度。具体电路如图3所示。
（1）变压比＜10∶1
JT1继电器动作，被试验变压器低压端电压应在180V～18V范围内。电路的放大倍数为：