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HDZRC直流电阻测试仪原理及使用分析

时间: 2024-03-07 02:14:42 |   作者: 行业新闻

  HDZRC-40A三相直流电阻测试仪带磁功能是集助磁法测试、三相测试和消磁功能于一体的新一代快速测试仪,是测量大型电力变压器直流电阻的理想设备。

  一次将高、低压电流电位测试线全部接到变压器上,测试过程中不用再倒测试线;

  对于星型接法的绕组测试,仪器能采用三相同时测试的方式测试A0、B0、C0相的电阻,节省测试时间;

  三相五柱低压内部角接的变压器低压测试时,仪器内部采取了自动助磁的方法,比直接用大电流测试速度快;

  显示、打印变压器的高中低压绕组的全部测试数据,并自动计算出三相不平衡度,还可以打印折算到额定温度下的阻值;

  三相测试时先测试A0的数据,再三相同时测试,解决了三相同时测试中性点引出线电阻不能测试的问题,测试数据更接近单相测试值;

  其工作原理与变压器相同,基本结构也是铁心和原、副绕组。特点是容量很小且比较恒定,正常运行时接近于空载状态。

  电压互感器本身的阻抗很小,一旦副边发生短路,电流将急剧增长而烧毁线圈。为此,电压互感器的原边接有熔断器,副边可靠接地,以免原、副边绝缘损毁时,副边出现对地高电位而造成人身和设备事故。

  测量用电压互感器一般都做成单相双线圈结构,其原边电压为被测电压(如电力系统的线电压),可以单相使用,也可以用两台接成V-V形作三相使用。实验室用的电压互感器往往是原边多抽头的,以适应测量不同电压的需要。供保护接地用电压互感器还带有一个第三线圈,称三线圈电压互感器。三相的第三线圈接成开口三角形,开口三角形的两引出端与接地保护继电器的电压线圈联接。

  正常运行时,电力系统的三相电压对称,第三线圈上的三相感应电动势之和为零。若发生单相接地时,中性点出现位移,开口三角的端子间就会出现零序电压使继电器动作,从而对电力系统起保护作用。

  线圈出现零序电压则相应的铁心中就会出现零序磁通。为此,这种三相电压互感器采用旁轭式铁心(10KV及以下时)或采用三台单相电压互感器。对于这种互感器,第三线圈的准确度要求不高,但要求有一定的过励磁特性(即当原边电压增加时,铁心中的磁通密度也增加相应倍数而不会损坏)

  测量同一变压器同一电压等级的各相绕组时,应选择相同的电流做测量,避免造成系统误差。变压器容量越大,绕组的电阻越小,选择的测试电流越大。注意所选测试电流的测量范围要大于实际电阻值。按“测量”键后即开始测试。这时屏幕出现“正在充电。。。”,并且有一个充电进度条以显示充电进程,充电结束后屏幕提示“正在测量请稍候”,屏幕中间的显示区显示测量的电阻值。待读数稳定后读取数值,然后能够准确的通过需要按“存储”键存储测量数据或按“打印”键打印数据。

  如果出现所测电阻超出当前量程所能测量的范围,则屏幕提示“超量程”此时应按“退出”键退出测量,然后重新选择测试电流再试。

  对于无载调压变压器测试完某一分接,需要按仪器“退出”键,等待放电指示完后,调节分接开关进行下一次测量。

  对于有载调压变压器测量完某一分接,无需进行放电,直接调节有载调压开关后,按仪器“复测”键,仪器将进行下一分接的测量,很大程度缩短测量时间。

  测量结束后(需要存储数或打印数据请参看“数据存储打印”章节),可按“退出”键。本机即关闭输出,并返回初始状态。等待下一次测量。如果是感性负载则会进入放电状态,此时屏幕上显示放电信息。放电完毕后返回测量菜单,等待下一次测量。放电时间视被试品电感量的大小而定。

  注意:在测量完感性负载时不能直接拆掉测试线,以免由于电感放电危及测试人员和设备的安全。本机的输出端设有放电电路。关闭输出时,电感会通过它泄放能量。一定要在放电指示完毕后才能拆掉测试线、数据存储打印:

  在测量时,待读数稳定后,按“存储”键后,当时显示值被储存在仪器内部存储器上(掉电或复位时数据都不丢失),此时仪器还在继续测量,如继续按“存储”键将存储第二个数据。当已存储了255个数据时,如果继续按“存储”键则屏幕提示以下信息:“存储区已满,无法存储”,这时需要清除存储区,(清除存储区参看后面打印部分)按“退出”键,回到如下所示屏幕提示:

  直流双臂电桥又称凯尔文电桥,大多数都用在测量低值电阻。双电桥测小电阻的电路原理图如图2.5所示:

  图中RX是被测电阻,RN是低阻值标准电阻,它们都是4端连接;RX与RN用一根短而粗的电阻值为R的导线连接,并与电源组成一个闭合回路:电压接头分别与R1,R2,R3和R4连接,各电阻值均不小于10

  当电桥平衡时,检流计中无电流通过,E和f两点电势相等,根据基尔霍夫第二定律列出方程组,解得:

  在实验中,固定凡和凡,调节凡和凡,使电桥平衡,运用公式即可计算出被侧电阻凡的阻值.

  双臂电桥减小附加电阻影响的重点是4端连接,从图中能够准确的看出,4端连接是电流接头和电压接头分接,把各连接部分的导线电阻分别引入检流计回路或电源支路中。因检流计回路电阻为大电阻,引入检流计回路的附加电阻可忽略不计;而引入电源支路的导线电阻和接触电阻只影响工作电流,不影响电桥平衡;因此,都不影响凡的测量值。值得说明的是,由于电源回路包括凡与凡中电阻小,电流大,电路易发热,会使电路中电阻值增大,造成测量值变化不定。因此,在实际测量低阻时,应尽量缩短实验操作的时间,为避免实验数据变化不定,应考虑电路散热问题,最简单的方法是增大4端连接头的散热面积〔51.双电桥法测电阻的特点是能消除接线电阻及接触电阻所造成的误差,大大减小接触电阻的影响,提高了测量的精度。但是由于双臂电桥回路通过的是只有几个微安的微弱电流,难以消除电阻较大的氧化膜的影响,测出的电阻示值偏大,而氧化膜在大的电流下很容易被烧坏,不允许正常电流通过。而且当触头因调整不当、运行中发生明显的变化或触头烧损严重等使有效接触面积减小时,双臂电桥的微弱电流在其接触处不会产生收缩,无法测出收缩电阻,而在大电流或正常电流通过时,会使该处接触处的电阻增加,引起触头的过渡发热和加速氧化。

  四线测量是将恒流源Is电流流入被测电阻RX的两根电流线和电压表测量端的两根电压线分开,使得电压表测量端的电压不再是恒流源两端的直接电压,如图2.6所示。

  从图中可知:“四线测量法比二线测量法多了两根馈线,电压测量端并不和恒流源端直接相连,而是直接连到待测电阻两头。所以,恒流源与被测电阻R厂、馈线尺、凡构成一个回路。送至电压测量端的电压只有RX两端的电压,馈线电压没有送至电压测量端,因此,馈线对测量结果影响极小。由于电压表的输入阻抗远大于馈线,馈线对测量结果影响同样很小。通过已知电流凡和测得的电阻凡两端的电压呱即可得到RX:

  所以由上式可知,四线测量法测量微小电阻的准确度很高。因此,即使测量导线电阻不相等,也不会对测量造成影响。所以,本课题研究的高精度微电阻测试仪采用四线.电流反向两次测量法

  电流反向两次测量法的原理如下图2.7所示,误差源中的热电动势既来自测量电路外部,又来自测量电路本身;电化学电势,同样也来自测量电路外部和内部,折算到放大电路输入端放大电路本身的失调电压,记为际。这些误差信号大小基本都不随测试电流的大小和方向变化,但是热电动势会随气温变化而变化

  设来自测量电路外部的热电势为绮,来自测量电路本身的热电势为瑞;来自测量电路外部的电化学电势为凡,来自内部的电化学电势为E:;折算到放大电路输入端放大电路本身的失调电压为。

  虽然该直流误差信号也会被放大电路放大,但当测试电流方向发生明显的变化(倒向)的时候,放大后的直流误差信号的大小和极性并不会发生明显的变化,由此能够将其同待测信号区分开来18‘,只要进行两次测量并将结果相减即可。下面具体说明。当测试电流为十Is时,电流自上而下流过待测电阻Rx,此时:

  这样,直流误差源的影响就被消除了,采用四线制测量的整个测量系统如图3所示,其中,四线制测量办法能够消除导线电阻的影响,电流倒向可以消除折算到

  测量电阻最根本的原理是基于欧姆定律,即加电流测电压的方法。由于待测电阻阻值很微弱,测试电流通过其产生的电压也必然很微弱,因此,微电阻测量中电流源的选取是很重要的。目前工程上通常选用的电流源有两种,分别是脉冲大电流源和恒流源,它们各有优缺点,下面就具体的脉冲电流与恒电流作为电流源的选择进行原理分析和比较。

  大电流测量法是工程上常用的一种测量微电阻的方法,理论研究表明电阻阻值与电阻温度、电流通过的时间的关系为:

  从以上两式能够准确的看出,电阻的阻值增加与温度的变化呈线性关系,而电阻温度的变化又与通过电阻的电流及时间有关。要使大电流通过电阻且使阻值的变化很小,就应使用脉冲大电流;利用脉冲大电流法测量微电阻,电流的大小和脉宽应根据电阻的阻值大小和放大器的性能决定〔‘“。硬件设计的关键是控制脉冲时序,电流源要工作在较大的电流下,电流开启时间必须严控。如果出现开启时间过长,就会造成测试装置的损坏或被测触点的损坏。同时,数据采集时序要求严格,应在电流源开启时间内,开启放大器,在放大器放大倍率调整稳定后,A/D转换器进行采样。如果时序不合适,就会严重影响精度。显然,为了更好的提高测量准确度,可使用大电流以提高信噪比,但需考虑电阻的负载效应,同时对时序的控制要求也很高。在微电阻测量过程中,选择正真适合的测量电流是很重要的,是因为被测电阻的温度系数一般都很高,测量电流过大会引起导线发热产生热误差,从而造成测量值产生偏差。恒流源是一种受环境影响小、抗噪声能力强的可靠稳定的电流源,在具体的恒电流电路设计中应进行换档调电流从而能够测量不同范围的微小电阻的阻值。

  脉冲调宽式恒流源通过改变调整器的工作脉冲宽度达到恒流的目的。目前大范围的应用于空间技术、计算机、通讯、家电等领域中。这种恒流源调整器工作在开关状态、功率损耗小、效率高达70哈95%,但纹波电流大,辐射干扰强、恒流精度低。

  线性负反馈式恒流源通过改变调整器的工作电压,使其输出电流保持恒定,具有失真小、稳定度高、纹波小等特点,但功率损耗大、效率较低,主要使用在于高精度场合。在本课题的研究中,经综合比较,线性负反馈式恒流源受环境影响小、抗噪声能力强、精度高,满足课题要求,所以采用线性负反馈式恒流源。

  采用线性负反馈式恒流源测量微电阻的思路是:恒流源电流通过微电阻,经信号调理后进行信号采集,然后输出显示。由于通常的直流恒流源电流较小,微电阻测量中的电压信号会淹没在噪声中而无法提取,所以先应进行恒流源扩展,使其大到信号能提取出来;接着进行信号调理中的信号放大,接着进行信号采集和A/D转换,最后显示测量结果“l].在下一章节将会着重的分析与设计测试仪恒流源的电路。

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