一种高压脉冲变压器定标系统的设计

　　田大军1  高华婷2  王金枝3（1.济南正平自动化设备有限公司，济南 250101；2，3.济南升平软件有限公司，济南 250101）
　　摘  要：本系统将定标控制电路、分压取样电路、脉冲控制电路集成到一个标准箱体内，标准箱体安装调压器旋钮和电压显示表头，同时设计了分压板，利用示波器分两次测的分压板分压比和串接高压脉冲变压器后分压比，计算两者比值得到高压脉冲变压器的变比，通过模拟现场环境使用的办法，简单实用地测量定标高压脉冲变压器的变比，免除现场安装高压脉冲变压器造成不必要的人力物力等资源浪费。
　　关键词：高压脉冲变压器；定标控制；分压取样

　　0 引言

　　高压脉冲变压器现在已经广泛应用，但是用于定标的装置尤其是大功率变压器定标还比较少或者是发展迟滞。
　　本系统设计的高压脉冲变压器定标装置主要用于大功率的高压脉冲变压器的定标，普通变压器是在连续不变的磁场中工作，按照有规律的正弦波变化，这样的变压器基本不用定标变压比或者很容易测试其信号。而脉冲变压器是宽频工作变压器，工作在非线性畸变中的信号，即脉冲信号的发生过程在短时间内完成，是一种类似方波的信号。高压脉冲变压器定标装置能比较方便地得出变压器的变比，最主要的是高压脉冲变压器不用安装在现场就能得到其变比，省去了人工安装时间和很多相关费用，故有较大的应用前景。
　　1 系统结构组成

　　从结构方面看，该系统可以分成定标控制箱体和外部分压板两部分。定标控制箱体主要是标准机壳、脉冲变压器、定标控制电路、电压显示表头、电源、分压取样电路。分压板主要由高压电阻和高压电容组成。定标控制电路用于完成从脉冲产生电路的控制和从分压板分压信号取样输入的取样保持，实时定标控制电路取样保持脉冲变压器后的信号波形，信息处理过程如下：①脉冲产生电路产生脉冲，经过IGBT后再通过脉冲变压器升压，利用分压电路将升压后的脉冲信号降压进入取样处理电路，经过取样保持处理后输出到电压显示表头，实时显示脉冲信号值；②经脉冲变压器升压后，信号端引出到后面板的航空输出端，用于接分压板或高压脉冲变压器初级。
　　2 系统的功能组成

　　从功能方面，该高压脉冲变压器定标系统又可分为调压器旋钮、脉冲控制电路、分压板、电压显示、定标控制电路、分压取样电路部分。变压器定标系统框图如图1所示。

　　2.1 取样定标芯片的选择

　　取样定标是整个系统的核心部分，取样定标芯片的选择关系到整个系统功能的测量精度及优劣。本系统要实现取样定标、实时电压显示、分压板、脉冲控制、IGBT驱动等功能，所以要求该芯片具有采样和存储功能，它必须是一种模拟信号存储器，尤其具有实时采样且易于调试等功能。综合以上所述，采用高性能单片采样保持器LF398是一种很好的选择。LF398具有高直流精度、快速采样时间和比较低的下降速度。同时对模拟信号提供高输入阻抗，对输出信号是一个比较低的输出阻抗。电源电压范围是可调的，它能够对采集取样的模拟信号进行存储并寄存，完全满足系统要求。
　　2.2 脉冲和定标控制电路

　　本系统有脉冲控制和定标控制2个重要功能。首先是脉冲控制有2个问题需要解决：①原始脉冲的产生，②脉冲的处理和转换。该系统采用555定时器产生原始脉冲，用74HC123实现脉冲的处理和转换，它有2种输入方式：A为低电平有效，B为高电平有效；有两种输出：输出结果正好相反，用外接的电阻电容作定时元件，时间可灵活设置。其输出脉冲的宽度主要取决于定时电阻R与定时电容C，脉宽的计算为电阻值R与电容值C的乘积。
　　定标控制电路用于完成从脉冲产生电路的控制和从分压板分压信号取样输入的取样保持，原理框图如图1所示，实时定标控制电路取样保持脉冲变压器后的信号波形，信号处理过程如下：①脉冲产生电路产生信号，经过74HC123的处理和转换，然后脉冲信号经过IGBT后再通过脉冲变压器升压，利用分压电路将升压后的脉冲信号降压进入取样处理电路，经过取样保持处理后输出到电压显示表头，实时显示脉冲信号值；②经脉冲变压器升压后，信号端引出到后面板的航空端子输出端，用于接分压板和高压脉冲变压器的初级。
　　2.3 分压板

　　分压板主要是由10个10 MΩ/10 kV高压电阻和10个100 pF/3 kV高压电容组成，低压端是33 kΩ电阻和0.022μF电容及滤波电阻和电容，因为经过IGBT放大和脉冲变压器之后，输出是高压脉冲波形，所以需要分压板将信号进行分压到取样输入端。这样能满足系统要求，采用这种技术对本系统来说也是一个很好的选择^[5]。图2是分压板低压端电路图。

　　2.4 IGBT及驱动芯片

　　基于系统电路的要求，本系统采用IGBT芯片FGL40N120AND，耐压是1 200 V，最大通过电流40 A，驱动芯片采用2片MIC4452和IRF7343，利用前端的74HC123产生的2个逻辑电平，经过MIC4452后形成1正1负两个脉冲，然后同时传给IRF7343后变换为带有负向的脉冲信号驱动IGBT，负向脉冲部分能有效关断IGBT工作，能输出比较理想的16 μs矩形波。
　　2.5 分压取样

　　板分压取样板由10个100 kΩ/2 W高压电阻和1个10kΩ/2 W取样电阻组成，取样比是 100 1 ∶ ，能简单有效地取样经过脉冲变压器升压后的高压，满足系统的要求。
　　3 定标系统的操作流程

　　该系统利用分压板和外部仪器示波器分两步实现对高压脉冲变压器变比的定标。第一步是该装置首先对接分压板，调节定标装置电压旋钮通过电压表头到设定值，利用示波器测量分压板两端信号并记录该取样值，计算两者比值即为分压板的变比；第二步是该定标装置直接对接高压脉冲变压器，在高压脉冲变压器次级对接分压板，调节定标装置电压旋钮到上次设定电压值，再次测量分压板端的取样电压值，计算该取样电压值和分压板的变比乘积与电压显示表头的比值即为高压脉冲变压器的变比。

　　图3 是定标系统操作流程图。

　　4 结语

　　本系统设计的高压脉冲变压器定标测量装置主要用于高压脉冲类型变压器。本系统的优点是通过模拟现场环境使用的办法，简单实用地测量高压脉冲变压器的变比，免除现场安装高压脉冲变压器造成不必要浪费。且本系统调试方便。
　　系统中是用普通的电子元件搭建硬件电路去测试高压脉冲变压器的变比，能逼真模仿真实的应用环境，因而相关技术产品的研究和开发，不仅对于提高现阶段我国高压脉冲变压器测量的水平具有重要的现实意义，同时也具有良好的市场前景。

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　　本文来源于科技期刊《电子产品世界》2020年第02期第71页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。