變壓器及三相感應電動機繞組極性的自動測試電路設計

黃松峰 梁鋒林 邱興陽

摘 要： 提出了一種新的變壓器及三相感應電動機繞組極性自動測試方法。設計的自動測試系統(tǒng)以電磁感應為理論基礎，電子電路制作為主體，繞組極性自動測試為目的。結果表明，系統(tǒng)具有體積小、攜帶方便、操作容易、顯示明確等優(yōu)點。

關鍵詞： 變壓器； 三相感應電機； 極性； 自動測試

中圖分類號： TM 346，TM 406 文獻標志碼： A 文章編號： 1671-2153（2015）01-0073-03

0 引 言

變壓器極性是用來標志在同一時刻初級繞組的線圈與次級繞組的線圈彼此電位的相對關系。變壓器線圈繞向決定其極性，繞向方向改變，極性跟著改變。變壓器在獨立使用時不用考慮極性，但如果進行串并聯(lián)使用，就必須先確定變壓器繞組的極性，不能搞錯，使用時連線不能接錯，否則變壓器不能正常工作，還可能燒毀變壓器及用電設備[1]。而三相感應電機的繞組要按一定的規(guī)律首尾連接，形成Y或△接線。在使用新電機或重新繞制的電機時，必須進行繞組極性檢查，以確保其連接的正確性，否則電機不能正常運行，還會導致繞組發(fā)熱燒毀電機[2]。

傳統(tǒng)變壓器及三相感應電機的極性測試方法是采用直流法和交流法，三相電機還有燈光熄滅法、剩磁感應法、運行電流法等[3-4]。傳統(tǒng)方法雖然很多，但測試不夠方便，結果顯示不夠明確。本文設計的繞組極性自動測試系統(tǒng)是在傳統(tǒng)測試方法的基礎上，設計出的新穎測試電路，改善傳統(tǒng)方法的缺點，具有操作方便、容易讀取的優(yōu)點。

1 繞組極性自動測試系統(tǒng)

1.1 繞組極性自動測試系統(tǒng)的工作原理

變壓器極性自動測試系統(tǒng)框架如圖1（a）所示。當單脈沖電路發(fā)出脈沖信號時，晶體管將觸發(fā)導通，變壓器一次繞組被瞬間激磁，二次繞組將產(chǎn)生感應電勢。在變壓器的二次繞組兩端分別接一個比較電路，經(jīng)比較電路比較后輸出信號，然后通過顯示電路來指示繞組的極性。同理，三相感應電機的繞組極性測試與變壓器的極性測試類似，在測試前，用萬用表測出三相電機的每一相繞組，把其中的兩組繞組的首尾端接到自動測試電路中，就能測出它們的首尾端，而三相電機有三組繞組，需測兩次。所以只要在自動測試系統(tǒng)框架中增加兩組比較電路和顯示電路，就能同時判別出三相電機繞組的首尾端極性。三相感應電機測試系統(tǒng)框架如圖1（b）所示。

1.2 繞組極性自動測試系統(tǒng)中單元電路的設計

1.2.1 單脈沖電路設計

單脈沖電路是給變壓器一次繞組（電機任一繞組）加激磁信號，當電路處于初始狀態(tài)時（如圖2所示）， U1B的輸出6腳為低電平，此時Q1不導通，待測變壓器一次側沒有受到激磁的作用，二次側不會產(chǎn)生感應電勢。當按下K1（即開關撥向START端時），6腳的輸出電壓翻轉為高電平，此時Q1導通，變壓器一次側瞬間被激磁，二次側立即產(chǎn)生感應電勢。

1.2.2 比較電路設計

比較電路如圖3所示。圖3中，當變壓器二次側繞組（電機的另外兩組繞組）產(chǎn)生感應電勢，繞組兩端將有電位產(chǎn)生，將這兩個電位與設定的參考電位進行比較，比較的結果不是高于就是低于參考電位。高于參考電位輸出高電平，反之輸出低電平。三相感應電機繞組極性測試，只需增加兩組比較電路。

1.2.3 顯示電路設計

顯示電路采用LED來進行指示，本文只描述其中一端的顯示原理，其電路如圖4所示。圖4中，在進行測試時，要先按下顯示電路的“CLEAR”按鈕，此時LED1亮LED2滅。顯示電路輸入接比較電路的輸出信號端，若比較器輸出信號端為高電平，利用D型觸發(fā)器的S端接高電平置“1”的特性，使D觸發(fā)器的輸出Q端為高電平，同時Q 端為低電平。通過電路工作原理可知，此時LED1會滅掉，而LED2會亮起，這時表示變壓器繞組該端的極性為“+”，否則為“-”。而三相感應電機繞組極性測試根據(jù)楞次定律可知，與變壓器極性測試是不一致的，但兩者使用的方法不盡相同，只是其顯示電路的結果要與變壓器繞組極性的顯示結果剛好相反。

2 結果與分析

2.1 變壓器的極性測試

根據(jù)上述原理制作出測試儀器，并以220V/15V變壓器進行測試，將待測變壓器的一次側繞組兩端接圖1（a）中的P （假定為“+”）和P（假定為“-”），而將變壓器二次側繞組接S和S，實驗測試的配置如圖5所示。測試步驟如下：

（1） 按下“CLEAR”清除鍵，將系統(tǒng)設定為初始狀態(tài)。此時LED1和LED3亮（“-”端），LED2和LED4滅。

（2） 按下“START”開始鍵，繞組極性測試開始。

（3） LED燈顯示結果。LED2、LED4一亮一滅，亮的是“+”端與假定一次側P端同極性。

2.2 三相感應電機繞組極性測試

首先用萬用表測出每一相繞組，任意假設一組繞組為一次繞組，將此繞組接至圖6的P和P端，另外兩組繞組分別假定為二次繞組，分別接到三相感應電機繞組極性配置圖中的S和S以及T和T端點，完成測試前的準備工作，然后按下列步驟進行極性測試：

（1） 按下“CLEAR”清除鍵，將系統(tǒng)設定為初始狀態(tài)。此時LED1、LED3和LED5、LED7亮（“-”端），LED2、LED4和LED6、LED8滅。

（2） 按下“START”開始鍵，繞組極性測試開始。

（3） LED燈顯示結果。LED1、LED2和LED3、LED4兩組燈中的LED2、LED4會出現(xiàn)一亮一滅，滅的是“+”端與假定一次側P端同極性。同樣LED5、LED6和LED7、LED8兩組燈中的LED6、LED8也會出現(xiàn)一亮一滅，滅的也是“+”端與假定一次側P端同極性。

3 結束語

變壓器與三相感應電機是諸多電氣設備的動力來源，其重要性不言而喻。然而這兩種設備存在著繞組極性的問題，在使用時必須先對兩種設備的繞組極性進行測試，判別初次級繞組間端點的極性關系，避免因極性接錯而造成設備的損壞。傳統(tǒng)變壓器和三相感應電機繞組極性的測試方法很多，但測試不夠方便，測試結果指示不夠明確。本文所闡述的繞組極性測試方法是以傳統(tǒng)方法為基礎，設計出能進行繞組極性自動測試的電子電路，改善傳統(tǒng)測試方法的不足。電路具有體積小、攜帶方便、操作簡單、顯示明確等優(yōu)點。本文所設計的電路還具有一定的實際操作意義。

參考文獻：

[1] 吳克勤. 變壓器極性與接線級別[M]. 中國電力出版社，2006.

[2] 南京航空大學. 三相感應電機設計[M]. 南京：南京航空大學出版社，2002.

[3] 吳敏. 三相電動機繞組首末端的判別[J]. 重慶職業(yè)技術學院學報，2004（3）：122-123.

[4] 楊子增. 淺析三相異步電動機定子繞組首末端判別的方法[J]. 水利采煤與管道運輸，2008（6）：71-73.

（責任編輯：徐興華）