一種高壓脈沖變壓器定標(biāo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

田大軍 高華婷 王金枝

摘要：本系統(tǒng)將定標(biāo)控制電路、分壓取樣電路、脈沖控制電路集成到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)箱體內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)箱體安裝調(diào)壓器旋鈕和電壓顯示表頭，同時(shí)設(shè)計(jì)了分壓板，利用示波器分兩次測(cè)的分壓板分壓比和串接高壓脈沖變壓器后分壓比，計(jì)算兩者比值得到高壓脈沖變壓器的變比，通過(guò)模擬現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境使用的辦法，簡(jiǎn)單實(shí)用地測(cè)量定標(biāo)高壓脈沖變壓器的變比，免除現(xiàn)場(chǎng)安裝高壓脈沖變壓器造成不必要的人力物力等資源浪費(fèi)。

關(guān)鍵詞：高壓脈沖變壓器;定標(biāo)控制;分壓取樣

0引言

高壓脈沖變壓器現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但是用于定標(biāo)的裝置尤其是大功率變壓器定標(biāo)還比較少或者是發(fā)展遲滯。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高壓脈沖變壓器定標(biāo)裝置主要用于大功率的高壓脈沖變壓器的定標(biāo)，普通變壓器是在連續(xù)不變的磁場(chǎng)中工作，按照有規(guī)律的正弦波變化，這樣的變壓器基本不用定標(biāo)變壓比或者很容易測(cè)試其信號(hào)。而脈沖變壓器是寬頻工作變壓器，工作在非線(xiàn)性畸變中的信號(hào)，即脈沖信號(hào)的發(fā)生過(guò)程在短時(shí)間內(nèi)完成，是一種類(lèi)似方波的信號(hào)。高壓脈沖變壓器定標(biāo)裝置能比較方便地得出變壓器的變比，最主要的是高壓脈沖變壓器不用安裝在現(xiàn)場(chǎng)就能得到其變比，省去了人工安裝時(shí)間和很多相關(guān)費(fèi)用，故有較大的應(yīng)用前景。

1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

從結(jié)構(gòu)方面看，該系統(tǒng)可以分成定標(biāo)控制箱體和外部分壓板兩部分。定標(biāo)控制箱體主要是標(biāo)準(zhǔn)機(jī)殼、脈沖變壓器、定標(biāo)控制電路、電壓顯示表頭、電源、分壓取樣電路。分壓板主要由高壓電阻和高壓電容組成。定標(biāo)控制電路用于完成從脈沖產(chǎn)生電路的控制和從分壓板分壓信號(hào)取樣輸入的取樣保持，實(shí)時(shí)定標(biāo)控制電路取樣保持脈沖變壓器后的信號(hào)波形，信息處理過(guò)程如下：①脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生脈沖，經(jīng)過(guò)IGBT后再通過(guò)脈沖變壓器升壓，利用分壓電路將升壓后的脈沖信號(hào)降壓進(jìn)入取樣處理電路，經(jīng)過(guò)取樣保持處理后輸出到電壓顯示表頭，實(shí)時(shí)顯示脈沖信號(hào)值;②經(jīng)脈沖變壓器升壓后，信號(hào)端引出到后面板的航空輸出端，用于接分壓板或高壓脈沖變壓器初級(jí)。

2系統(tǒng)的功能組成

從功能方面，該高壓脈沖變壓器定標(biāo)系統(tǒng)又可分為調(diào)壓器旋鈕、脈沖控制電路、分壓板、電壓顯示、定標(biāo)控制電路、分壓取樣電路部分。變壓器定標(biāo)系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2.1取樣定標(biāo)芯片的選擇

取樣定標(biāo)是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，取樣定標(biāo)芯片的選擇關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)功能的測(cè)量精度及優(yōu)劣。本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)取樣定標(biāo)、實(shí)時(shí)電壓顯示、分壓板、脈沖控制、IGBT驅(qū)動(dòng)等功能，所以要求該芯片具有采樣和存儲(chǔ)功能，它必須是一種模擬信號(hào)存儲(chǔ)器，尤其具有實(shí)時(shí)采樣且易于調(diào)試等功能。綜合以上所述，采用高性能單片采樣保持器LF398是一種很好的選擇。LF398具有高直流精度、快速采樣時(shí)間和比較低的下降速度。同時(shí)對(duì)模擬信號(hào)提供高輸入阻抗，對(duì)輸出信號(hào)是一個(gè)比較低的輸出阻抗。電源電壓范圍是可調(diào)的，它能夠?qū)Σ杉拥哪M信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)并寄存，完全滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。

2.2脈沖和定標(biāo)控制電路

本系統(tǒng)有脈沖控制和定標(biāo)控制2個(gè)重要功能。首先是脈沖控制有2個(gè)問(wèn)題需要解決：①原始脈沖的產(chǎn)生，②脈沖的處理和轉(zhuǎn)換。該系統(tǒng)采用555定時(shí)器產(chǎn)生原始脈沖，用74HC123實(shí)現(xiàn)脈沖的處理和轉(zhuǎn)換，它有2種輸入方式：A為低電平有效，B為高電平有效;有兩種輸出：輸出結(jié)果正好相反，用外接的電阻電容作定時(shí)元件，時(shí)間可靈活設(shè)置。其輸出脈沖的寬度主要取決于定時(shí)電阻R與定時(shí)電容c，脈寬的計(jì)算為電阻值R與電容值c的乘積。

定標(biāo)控制電路用于完成從脈沖產(chǎn)生電路的控制和從分壓板分壓信號(hào)取樣輸入的取樣保持，原理框圖如圖1所示，實(shí)時(shí)定標(biāo)控制電路取樣保持脈沖變壓器后的信號(hào)波形，信號(hào)處理過(guò)程如下：①脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生信號(hào)，經(jīng)過(guò)74HC123的處理和轉(zhuǎn)換，然后脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)IGBT后再通過(guò)脈沖變壓器升壓，利用分壓電路將升壓后的脈沖信號(hào)降壓進(jìn)入取樣處理電路，經(jīng)過(guò)取樣保持處理后輸出到電壓顯示表頭，實(shí)時(shí)顯示脈沖信號(hào)值：②經(jīng)脈沖變壓器升壓后，信號(hào)端引出到后面板的航空端子輸出端，用于接分壓板和高壓脈沖變壓器的初級(jí)。

2.3分壓板

分壓板主要是由10個(gè)10 MΩ/10 kV高壓電阻和10個(gè)100 pF/3 kV高壓電容組成，低壓端是33KΩ電阻和0.022uf電容及濾波電阻和電容，因?yàn)榻?jīng)過(guò)IGBT放大和脈沖變壓器之后，輸出是高壓脈沖波形，所以需要分壓板將信號(hào)進(jìn)行分壓到取樣輸入端。這樣能滿(mǎn)足系統(tǒng)要求，采用這種技術(shù)對(duì)本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)也是一個(gè)很好的選擇。圖2是分壓板低壓端電路圖。

2.4IGBT及驅(qū)動(dòng)芯片

基于系統(tǒng)電路的要求，本系統(tǒng)采用IGBT芯片F(xiàn)GL40N120AND，耐壓是1 200 V，最大通過(guò)電流40 A，驅(qū)動(dòng)芯片采用2片MIC4452和RF7343，利用前端的74HC123產(chǎn)生的2個(gè)邏輯電平，經(jīng)過(guò)MIC4452后形成1正1負(fù)兩個(gè)脈沖，然后同時(shí)傳給IRF7343后變換為帶有負(fù)向的脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)IGBT，負(fù)向脈沖部分能有效關(guān)斷IGBT工作，能輸出比較理想的16us矩形波。

2.5分壓取樣板

分壓取樣板由10個(gè)100 kΩ/2 w高壓電阻和1個(gè)10kΩ/2 w取樣電阻組成，取樣比是100：1，能簡(jiǎn)單有效地取樣經(jīng)過(guò)脈沖變壓器升壓后的高壓，滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求。

3定標(biāo)系統(tǒng)的操作流程

該系統(tǒng)利用分壓板和外部?jī)x器示波器分兩步實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓脈沖變壓器變比的定標(biāo)。第一步是該裝置首先對(duì)接分壓板，調(diào)節(jié)定標(biāo)裝置電壓旋鈕通過(guò)電壓表頭到設(shè)定值，利用示波器測(cè)量分壓板兩端信號(hào)并記錄該取樣值，計(jì)算兩者比值即為分壓板的變比：第二步是該定標(biāo)裝置直接對(duì)接高壓脈沖變壓器，在高壓脈沖變壓器次級(jí)對(duì)接分壓板，調(diào)節(jié)定標(biāo)裝置電壓旋鈕到上次設(shè)定電壓值，再次測(cè)量分壓板端的取樣電壓值.計(jì)算該取樣電壓值和分壓板的變比乘積與電壓顯示表頭的比值即為高壓脈沖變壓器的變比。

4結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高壓脈沖變壓器定標(biāo)測(cè)量裝置主要用于高壓脈沖類(lèi)型變壓器。本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)模擬現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境使用的辦法，簡(jiǎn)單實(shí)用地測(cè)量高壓脈沖變壓器的變比，免除現(xiàn)場(chǎng)安裝高壓脈沖變壓器造成不必要浪費(fèi)。且本系統(tǒng)調(diào)試方便。

系統(tǒng)中是用普通的電子元件搭建硬件電路去測(cè)試高壓脈沖變壓器的變比，能逼真模仿真實(shí)的應(yīng)用環(huán)境，因而相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品的研究和開(kāi)發(fā)，不僅對(duì)于提高現(xiàn)階段我國(guó)高壓脈沖變壓器測(cè)量的水平具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.同時(shí)也具有良好的市場(chǎng)前景。