一種變壓器傳輸特性測試裝置及方法
【專利摘要】一種變壓器傳輸特性測試裝置及方法，所述的測試裝置包括單相交流調(diào)壓器（1），單相全橋不控整流電路（2），濾波電容（3），單相全橋逆變器（4），PWM脈寬調(diào)制器電路（5），隔直電容（6）和分段式可調(diào)電感（7）。受試變壓器串聯(lián)接入隔直電容（6）和分段式可調(diào)電感（7）組成的回路中，利用由分段式可調(diào)電感（7）和受試變壓器分布參數(shù)決定的諧振頻率和單相全橋逆變器的工作頻率的關(guān)系，在變壓器原、副邊分段連續(xù)獲得1kHz～50kHz正弦、方波和正弦畸變波形，可用于高頻高壓變壓器傳輸特性測試。
【專利說明】一種變壓器傳輸特性測試裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高頻變壓器傳輸特性測試裝置及方法，特別涉及高頻高壓電源領(lǐng)域高頻高壓變壓器傳輸特性的測試裝置和測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高頻高壓變壓器是高頻高壓電源中的重要組成部分，伴隨高頻高壓電源技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，高頻高壓變壓器的工作頻率、輸出電壓、輸出功率越來越高，導(dǎo)致變壓器的寄生和分布參數(shù)越來越多的受到磁芯、繞組材料、變壓器結(jié)構(gòu)參數(shù)、繞線工藝等影響，并直接影響高頻高壓電源的設(shè)計和性能，因此高頻高壓變壓器傳輸特性是越來越受到關(guān)注的技術(shù)參數(shù)之一。
[0003]專利201220325692.3中變壓器綜合測試儀包括三相直流電阻測試儀、變比測試儀、有載綜合測試儀、通過控制繼電器通、斷方式自動控制三相直流電阻測試儀、變比測試儀、有載綜合測試儀功能的切換，整合功能；實用新型201220298644.X公開了一種大功率高頻變壓器測試系統(tǒng)，工作頻率為5?50kHz，該系統(tǒng)直接將逆變器輸出接至測試變壓器，未對測試系統(tǒng)輸出波形進行控制；專利200910181695.7公開了一種變壓器綜合參數(shù)測試儀校驗裝置，針對工頻變壓器多參數(shù)進行測量，僅公開了測試功能模塊，對采用的具體測試方法未公開說明；專利201020195530.3公開了一種變壓器綜合測試裝置，對集成了變壓器空載負載測試儀、變比組別測試儀、直流電阻測試儀三種單臺儀器進行了結(jié)構(gòu)上的集成，主要用于工頻變壓器的測試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提出一種變壓器傳輸特性測試裝置及方法，配合受試變壓器在變壓器輸入側(cè)繞組產(chǎn)生不同頻率的方波電壓信號、正弦電壓、電流信號和不同程度畸變的正弦電壓、電流信號，用于變壓器傳輸特性的測試。
[0005]本發(fā)明包括7個組成部分:單相交流調(diào)壓器、單相全橋不控整流電路、濾波電容、單相全橋逆變器、PWM脈寬調(diào)制器電路、隔直電容，以及分段式可調(diào)電感。單相交流調(diào)壓器的兩個輸入端分別接220V交流電火線和零線，單相交流調(diào)壓器兩個輸出端接單相全橋不控整流電路的兩個交流輸入端，單相全橋不控整流電路輸出高壓端接濾波電容的正極，單相全橋不控整流電路輸出低壓端接濾波電容的負極，濾波電容的正極接單相全橋逆變器母線正極，濾波電容的負極接單相全橋逆變器母線負極；單相全橋逆變器的輸出一端串聯(lián)隔直電容和分段式可調(diào)電感后接受試變壓器繞組一端，單相全橋逆變器輸出的另一端接受試變壓器繞組的另一端。PWM脈寬調(diào)制器電路作為單相全橋逆變器驅(qū)動電路接單相全橋逆變器驅(qū)動端，隔直電容和分段式可調(diào)電感、受試變壓器收入側(cè)繞組串聯(lián)后接單相全橋逆變器輸出端。通過調(diào)節(jié)單相交流調(diào)壓器的電壓調(diào)節(jié)旋柄可調(diào)節(jié)經(jīng)單相全橋不控整流電路整流和濾波電容濾波后的直流電壓，濾波電容輸出的直流電壓實現(xiàn)O?300V可調(diào)。單相全橋逆變器采用4個高頻可控開關(guān)器件和4個高頻二極管組成，高頻開關(guān)器件和高頻二極管的頻率應(yīng)能滿足受試變壓器測試頻率的要求。本發(fā)明中裝置測試頻率為IkHz?50kHz，因此采用IGBT模塊作為可控開關(guān)器件，IGBT模塊內(nèi)部寄生存在的反并聯(lián)二極管作為全橋逆變器的高頻二極管使用；PWM脈寬調(diào)制器電路輸出頻率可控的PWM波信號，經(jīng)放大隔離后給單相全橋逆變器可控開關(guān)器件，控制單相全橋逆變器輸出相同頻率的逆變電壓信號，該頻率稱為工作頻率，本發(fā)明中工作頻率為IkHz?50kHz。PWM脈寬調(diào)制器電路PWM波的產(chǎn)生可通過模擬或數(shù)字電路實現(xiàn)，本發(fā)明采用PWM脈寬調(diào)制器UG3525配合IGBT驅(qū)動板實現(xiàn)；隔直電容為高頻電容，容量需遠大于受試變壓器分布電容值，一般大于IuF即可；分段式可調(diào)電感可分為多段，其最小值為OuH，其最大值視裝置的最小測試頻率而定。
[0006]受試變壓器的一個繞組與隔直電容、分段式可調(diào)電感串聯(lián)后接單相全橋逆變器的輸出端，將受試變壓器接入測試裝置的繞組稱為輸入側(cè)繞組，受試變壓器的另一個繞組稱為輸出側(cè)繞組。分段式可調(diào)電感和受試變壓器分布參數(shù)，主要是分布電容，存在一個諧振點，稱為諧振頻率，隔直電容的容量遠大于受試變壓器分布參數(shù)，一般大于IuF就不會對諧振參數(shù)產(chǎn)生很大影響。當(dāng)單相全橋逆變器工作頻率近似等于諧振頻率時，受試變壓器輸入側(cè)的電壓、電流波形近似正弦波，通過測試輸入側(cè)繞組和輸出側(cè)繞組的電壓和電流波形即可計算出受試變壓器電壓、電流傳輸特性。調(diào)節(jié)單相全橋逆變器工作頻率，即可調(diào)節(jié)受試變壓器輸入側(cè)繞組電壓、電流波形和頻率，得出不同頻率和波形下的變壓器電壓、電流傳輸特性。當(dāng)調(diào)節(jié)工作頻率遠離諧振頻率時，受試變壓器輸入側(cè)的電壓、電流波形發(fā)生畸變，因此可以測試不同畸變輸入信號下變壓器的傳輸特性。當(dāng)調(diào)節(jié)單相全橋逆變器工作頻率仍無法在受試變壓器輸入側(cè)繞組兩端獲得正弦波形時，可調(diào)節(jié)分段式可調(diào)電感，使由分段式可調(diào)電感和受試變壓器分布參數(shù)確定的諧振頻率等于或近似等于目標(biāo)測試頻率，將單相全橋逆變器工作頻率也調(diào)節(jié)至目標(biāo)測試頻率，即可在受試變壓器輸入側(cè)繞組獲得正弦波形。分段可調(diào)電感值為O時，受試變壓器輸入側(cè)繞組電壓波形為方波，方波頻率等于單相全橋逆變器工作頻率。當(dāng)受試變壓器輸入端電壓或電流幅值過大或過小時，調(diào)節(jié)單相交流調(diào)壓器電壓調(diào)節(jié)旋柄，調(diào)節(jié)濾波電容上直流電壓大小，即可改變其受試變壓器輸入端電壓或電流幅值。
[0007]本發(fā)明采用所述的變壓器傳輸特性測試裝置的測試方法，利用由分段式可調(diào)電感和受試變壓器分布參數(shù)確定的諧振頻率與單相全橋逆變器工作頻率的關(guān)系產(chǎn)生標(biāo)準的IkHz?50kHz正弦波形、正弦畸變波形，進行變壓器IkHz?50kHz正弦信號、正弦畸變信號激勵下的傳輸特性測試。當(dāng)本發(fā)明裝置中的分段式可調(diào)電感為OuH時，可在受試變壓器輸入側(cè)產(chǎn)生高頻方波電壓信號，用于變壓器高頻方波電壓信號激勵下傳輸特性測試。
[0008]本發(fā)明的積極效果是:
[0009]1.利用裝置中的分段式可調(diào)電感與受試變壓器分布參數(shù)確定的諧振頻率與單相全橋逆變器工作頻率的關(guān)系，產(chǎn)生不同波形和頻率的電壓波形，用于測試高頻變壓器的電壓傳輸特性。
[0010]2.利用裝置中的分段式可調(diào)電感與受試變壓器分布參數(shù)確定的諧振頻率與單相全橋逆變器工作頻率的關(guān)系，產(chǎn)生不同波形和頻率的電流波形，用于測試高頻變壓器的電流傳輸特性。
[0011]3.采用分段式調(diào)波電感，擴展裝置中電感與變壓器分布參數(shù)產(chǎn)生的諧振頻率范圍，有效測量變壓器不同頻率信號激勵下的傳輸特性?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的拓撲結(jié)構(gòu)框圖，圖中:1單相交流調(diào)壓器，2單相全橋不控整流電路，3濾波電容，4單相全橋逆變器，5PWM脈寬調(diào)制器電路，6隔直電容，7分段式可調(diào)電感。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】詳細說明本發(fā)明。
[0014]如圖1所示:本發(fā)明包括單相交流調(diào)壓器1，單相全橋不控整流電路2，濾波電容3，單相全橋逆變器4，PWM脈寬調(diào)制器電路5，隔直電容6和分段式可調(diào)電感7。單相交流調(diào)壓器I的兩個輸入端分別接220V交流電火線和零線，單相交流調(diào)壓器I兩個輸出端接單相全橋不控整流電路2的兩個交流輸入端，單相全橋不控整流電路2輸出高壓端接濾波電容3的正極，單相全橋不控整流電路2輸出低壓端接濾波電容3的負極，濾波電容3的正極接單相全橋逆變器4母線正極，濾波電容3負極接單相全橋逆變器4母線負極，單相全橋逆變器4的輸出一端串聯(lián)隔直電容6和分段式可調(diào)電感7后接受試變壓器繞組一端，單相全橋逆變器4輸出的另一端接受試變壓器繞組的另一端。
[0015]本發(fā)明具體實施以IkW的測試裝置為例。單相交流調(diào)壓器I采用2kW單相交流調(diào)壓器，調(diào)節(jié)范圍為O?220V，單相全橋不控整流電路2采用西門康公司30A/1200V整流橋，濾波電容3采用1100uF/450V電解電容，單相全橋逆變器4采用英飛凌公司F4-50R12KS4IGBT, PWM脈寬調(diào)制器電路5采用UG3252作為PWM波產(chǎn)生和頻率調(diào)節(jié)芯片，UG3252輸出接落木源公司DA962D4驅(qū)動電路，隔直電容6采用luF/3000V高頻電容，分段式可調(diào)電感 7 外加工制作，每段電感為 0、107uH、543uH、l.2mH、2.6mH、5.4mH、llmH、30mH。
[0016]本發(fā)明工作過程如下所述:將受試變壓器串聯(lián)接入諧振電路，如圖1所示，分段式可調(diào)電感可隨便選擇一檔電感值；SPWM脈寬調(diào)制器電路5正常供電；單相交流調(diào)壓器I輸入端接220V交流電；采用2套電壓、電流測試探頭，分別測量受試變壓器輸入側(cè)繞組電壓、電流和輸出側(cè)繞組電壓、電流，電壓、電流探頭接至示波器。首先調(diào)好電壓、電流探頭和示波器設(shè)置，啟動PWM脈寬調(diào)制器電路5供電電源，并調(diào)節(jié)PWM脈寬調(diào)制器電路5至目標(biāo)測試頻率，緩慢調(diào)節(jié)單相交流調(diào)壓器電壓調(diào)節(jié)旋柄即可在變壓器輸入側(cè)和輸出側(cè)測量得到電壓、電流波形，波形不理想時，電源系統(tǒng)斷電并調(diào)節(jié)分段式可調(diào)電感至其他分段直至波形理想，得到理想波形后，繼續(xù)調(diào)節(jié)單相交流調(diào)壓器電壓調(diào)節(jié)旋柄即可調(diào)節(jié)受試變壓器輸入側(cè)和輸出側(cè)繞組電壓、電流幅值，直至滿意為止。受試變壓器輸入側(cè)繞組電壓、電流波形由工作頻率和諧振頻率的相對關(guān)系決定，當(dāng)工作頻率等于諧振頻率或在諧振頻率附近時，受試變壓器輸入側(cè)繞組電壓、電流波形為正弦波，當(dāng)工作頻率偏離諧振頻率較遠時，受試變壓器輸入側(cè)繞組電壓、電流波形發(fā)生畸變，成為不標(biāo)準的其他波形，當(dāng)諧振電感為O時，受試變壓器輸入側(cè)繞組電壓波形為方波。得到受試變壓器輸入側(cè)和輸出側(cè)繞組電壓、電流波形后，即可根據(jù)需要，計算得出變壓器的電壓、電流傳輸特性。
[0017]本發(fā)明用于高頻高壓變壓器傳輸特性測試，發(fā)明中采用高電壓、大電流對變壓器進行傳輸特性測試，同時由于電路結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，可根據(jù)需要產(chǎn)生不同幅值和頻率的測試波形，能更準確、真實的計算變壓器的傳輸特性。
【權(quán)利要求】
1.一種變壓器傳輸特性測試裝置，其特征在于，所述的測試裝置包括單相交流調(diào)壓器(1)，單相全橋不控整流電路(2)，濾波電容(3)，單相全橋逆變器(4)，PWM脈寬調(diào)制器電路(5 )，隔直電容(6 )和分段式可調(diào)電感(7 );單相交流調(diào)壓器(I)的兩個輸入端分別接220V交流電火線和零線，單相交流調(diào)壓器(I)兩個輸出端接單相全橋不控整流電路(2)的兩個交流輸入端，單相全橋不控整流電路(2 )輸出高壓端接濾波電容(3 )的正極，單相全橋不控整流電路(2)輸出低壓端接濾波電容(3)的負極，濾波電容(3)的正極接單相全橋逆變器(4)母線正極，濾波電容(3)負極接單相全橋逆變器(4)母線負極，單相全橋逆變器(4)的輸出一端串聯(lián)隔直電容(6)和分段式可調(diào)電感(7)后接受試變壓器輸入側(cè)繞組的其中一端，單相全橋逆變器(4 )輸出的另一端接受試變壓器輸入側(cè)繞組的另一端。
2.采用權(quán)利要求1所述的變壓器傳輸特性測試裝置的測試方法，其特征在于，所述的方法通過調(diào)節(jié)單相全橋逆變器工作頻率和分段式可調(diào)電感的電感值，利用單相全橋逆變器工作頻率和由分段式可調(diào)電感(7)和受試變壓器分布參數(shù)決定的諧振頻率的關(guān)系在受試變壓器繞組輸入端產(chǎn)生IkHz?50kHz高頻正弦、方波、正弦畸變波形，通過測試受試變壓器輸入側(cè)繞組和受試變壓器輸出側(cè)繞組的電壓、電流波形的方式進行變壓器IkHz?50kHz正弦、方波、正弦畸變激勵信號下的傳輸特性測試。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變壓器傳輸特性測試方法，其特征在于，當(dāng)所述的單相全橋逆變器工作頻率等于由分段式可調(diào)電感和受試變壓器分布參數(shù)確定的諧振頻率時，受試變壓器輸入側(cè)的電壓、電流波形為正弦波，通過測試受試變壓器輸入側(cè)和輸出側(cè)繞組的電壓和電流波形計算出變壓器在正弦激勵下的電壓、電流傳輸特性；當(dāng)調(diào)節(jié)單相全橋逆變器工作頻率至諧振頻率附近時，受試變壓器輸入側(cè)電壓、電流波形近似正弦波，通過測試受試變壓器輸入側(cè)和輸出側(cè)繞組的電壓和電流波形即可計算得出近似正弦波形下的變壓器電壓、電流傳輸特性；當(dāng)調(diào)節(jié)單相全橋逆變器工作頻率遠離諧振頻率時，受試變壓器輸入側(cè)電壓、電流波形發(fā)生畸變，能夠測試畸變正弦輸入信號下變壓器的電壓、電流傳輸特性；當(dāng)調(diào)節(jié)單相全橋逆變器工作頻率仍無法在受試變壓器輸入側(cè)繞組兩端獲得正弦波形時，調(diào)節(jié)分段式可調(diào)電感，使由分段式可調(diào)電感和受試變壓器分布參數(shù)確定的諧振頻率等于或近似等于目標(biāo)測試頻率，將單相全橋逆變器工作頻率也調(diào)節(jié)至目標(biāo)測試頻率，即在受試變壓器輸入側(cè)繞組獲得正弦波形；分段可調(diào)電感值為O時，受試變壓器輸入側(cè)繞組電壓波形為方波，方波頻率等于單相全橋逆變器工作頻率，其頻率范圍為裝置的工作頻率IkHz?50kHz范圍，能夠測試IkHz?50kHz方波輸入信號下受試變壓器的電壓、電流傳輸特性；當(dāng)受試變壓器輸入端電壓或電流幅值過大或過小時，調(diào)節(jié)單相交流調(diào)壓器電壓調(diào)節(jié)旋柄，即調(diào)節(jié)濾波電容上直流電壓大小，便改變受試變壓器輸入端電壓或電流幅值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變壓器傳輸特性測試方法，其特征在于，所述的方法能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器IkHz?50kHz分段連續(xù)頻率測試；通過更換變壓器傳輸特性測試裝置中單相全橋逆變器中采用的開關(guān)器件，提高單相全橋逆變器工作頻率，同時細化分段式可調(diào)電低電感值段的分段，即能夠測試更高頻率下的變壓器傳輸特性；通過增大分段式可調(diào)電感值，即能夠測量更低頻率下變壓器的傳輸特性。
【文檔編號】G01R31/00GK103513136SQ201310479506
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月14日
【發(fā)明者】高迎慧, 付榮耀, 劉坤, 嚴萍, 孫鷂鴻 申請人:中國科學(xué)院電工研究所