電力設備直流電阻測量用恒流源研究

       電源1直流電阻測量原理在電力系統中，快速、準確地測量感性負載的直流電阻，有利于對電力設備進行現場檢測、故障診斷和實時維護。例如測量變壓器繞組的直流電阻，就是變壓器蓄中，%和！"分別為標準電阻和被測感性負載的直流電阻；4為被測感性負載的電感）。
       尤測量時，閉合按鈕S1，將電阻！短路，使全部電壓加于被測負載上，強迫它有較大的電流上升速度，一直達到預定的電流值再斷開按鈕S1，則電流會很快穩定下來，設穩定電源為/，由可知，"/！"，%n：較大的直流電流有利于感性負載直流電阻測量的快速性；具有高穩定度的直流電流有利于感性負載直流電阻測量的準確性。因此，研究一種具有高穩定性、較強帶負載能力的較大容量的恒流源直接決定感性負載直流電阻測量的準確性、快速性和可靠性5. 2恒流源工作原理公司于20世紀80年代初研制成功的高精度、低漂移、動態校零CMOS型斬波穩零式單片集成運算放大器，稱為第四代運算放大器6.其輸入失調電壓。s只相當于通用型運算放大器F007的千分之一，s=1.0！V，失調電壓溫漂為0.01！V/°C，每月漂移低于1！V，輸入偏置電流約為100pA，且有極高共模抑制能力CM-RR！130dB）、開環增益P140dB）。in為輸入基準電壓；VTR為功率放大器件；！2為VTR的限流電阻。
       恒流源的工作原理簡述如下：基準源in分壓后，經過加法器N>1、反饋放大器Na2，由電流放大驅動電路VTR輸出電流或者/n）。為了使輸出電流穩定，除各個環節引入深度負反饋外，還從輸出電流取樣經電壓跟隨器Nab反饋至加法器N>1，形成一個大反饋，進一步增強了輸出電流的穩定度，使恒流源在負載變化較大范圍內輸出電流具有高穩定度。
       2.1恒流源電流的穩定機理加法器NA1的輸出電壓：為反相放大器NA2.的輸出電壓2為2=-%1，跟隨器NA3的為/n7"2-"3）/6，聯立求解以下各式可得：因為運算放大器NA3構成跟隨電路，其輸入阻抗很高！1012！/則流過標準電阻6的電流全部流向被測感性負載。式1）表明：電流與被測感性負載無關；電流與輸入電壓"m成線性關系；輸入電壓"6的穩定度、紋波大小、溫漂特性、靜態電流大小都直接影響輸出電流??；標準電阻6和組成恒流源電路的電阻1都直接影響輸出電流！。
       布線時，當3個運算放大器的接地點布置不當時，在地線上形成的干擾信號會串到附近的電路中，導致恒流源工作不穩定。把基準源、加法器、反饋放大器的各個接地點匯集一起，再將該點與電源地相連，如所示，可以有效抑制干擾>. 2.2功放驅動技術在測量大型電力設備的直流電阻時，為提高測量的準確性和快速性，要求測試儀表具有較大的恒流輸出能力0.110A）、很小的紋波和很高的穩定度，才能用于如110kV級以上的大型變壓器繞組等感性負載直流電阻的準確、可靠測量。本文研究的恒流源能夠穩定輸出的最大電流為10A，用于測量100級以上感性負載的直流電阻。由于一般的集成運算放大器的輸出電流比較小，不能直接驅動較大的功率管，因此，要獲得10A恒流源，就必須采取擴流技術。本文采用了前級驅動后級的辦法，以達到擴流目的。
       表示恒流源的功率放大器環節，代替中的電流驅動電路VTR.其中和為被測感性負載的直流電阻和電感，用M11032NPN型120V，50A）作為功率放大管。下面簡單介紹恒流源功率放大器的工作原理。
       當來自Na2的輸入電壓為正時，就是一個輸出正電壓的功率放大器，此時，調整管VTR1，VTR3，VTR4導通，VTR2，VTR5，VTRh截止；當來自Na2的輸入電壓為負時，就是一個輸出負電壓的功率放大器，此時調整管VTR2，VTR5，VTRh導通，VTR1，VTR3，VTRl截止。
       由于功率管的耗散功率和輸出電流較大，一個功率管往往不夠用，為此采取了將參數相近的功率管并聯的方法。如果只是將它們各自的3個極簡單地并聯，將導致各個功率管流過電流的差別很大，從而造成其中某個功率管負擔過重而損壞8.為避免因功率管的特性不完全相同所造成的電流分配不均，需采取均流措施，即在各個功率管的發射極上接入一個平衡電阻58，其上的電壓降與流過的電流成正比，構成電流負反饋，從而使并聯的幾個功率管的電流比較接近。當平衡電阻增大時，其電流負反饋的作用愈強，均流的效果也就愈好；但平衡電阻上消耗的功率也就愈大。因此在設計時必須兼顧這兩個方面。實踐表明，取平衡電阻上的電壓降在0.11.0V之間比較合理。
       調整管，尤其是達林頓管M11032，是恒流源電路中承受功率損耗最大的功率管。晶體管的結溫隨著耗散功率的增大而升高，而晶體管的使用壽命隨著結溫的升高而呈指數下降。因此，調整管的散熱問題是決定恒流源可靠性、穩定性的一個重要因素。
       3恒流源誤差分析由，確保測量精度和可靠性。檔位的切換可通過單片機控制完成，10.對于輸入基準電壓！in，特選用PMI公司生產的REF02P芯片由它產生基準電壓！in），它是+5V精密電壓基準/溫度傳感器，在-55~1255范圍內，輸出電壓最大紋波系數的典型值為0.05 7.可以有效改善恒流源的穩定性、可靠性、漂移和噪聲等指標。
       同時中"1一般選用精度較高的電阻，如0.017精密電阻。標準電阻"n必須定做，同時確保散熱充分。
       4恒流源特性分析可以將整個恒流源簡化為所示的閉環系統控制框圖圖中！1為放大器VTR的基極電壓）。
       為3個運算放大器的開環電壓放大倍數，"be為放大器VTR的b-e結電阻。
       假設放大器VTR的基極電流為心，由于運算放大器和功率管VTR構成了電流的深度負反饋，同時運算放大器N'1和Na為電壓的深度負反饋，+"%），/0=/+，則輸出電流的近似表達式可簡化為1112經反復測試，恒流源性能指標如下：采用12V直流風扇）；開關電源滿量程輸出電壓10V；預熱時間"3min用20m"或200m"檔預熱，因為該檔電流為10A）；5利用直流比較儀校驗大電流流的儀器，其測量精度可達10-0.它是把被測直流所產生的磁勢與另一易于測量的直流磁勢在鐵芯中進行比較，當2個磁勢平衡時，鐵芯中磁通為零，磁勢平衡13：流；+1，+2分別為一次線圈和二次線圈匝數。恒流源校驗的接線方式如所示。
       圖中ZZC-H型測試儀是利用本文所研究的恒流源試制的感性負載直流電阻的智能化測試儀表以下簡稱測試儀，己經通過湖北省計量測試研究院的鑒定/直流比較儀只畫出了一次線圈和二次線圈，省略了其他線圈。當校驗時用0.01級標準電阻代替被測對象"%，%表示被測對象直流電阻的端電壓。
       由于電力設備如變壓器繞組具有較大的電感和較小的電阻，有的變壓器的電感可高達數百乃至數千亨，并且其電阻僅為10-4~10-2"數量級，則對于微小電阻的精密測量，引線電阻的影響不容忽視，必須采取有效措施加以克服。該測試儀采用四端接法，目的是減小接線對被測對象的影響。
       當用恒流源測量微小電阻大型電力設備）時，要求恒流源輸出較大的穩定電流，以便快速準確測量。利用直流比較儀可以準確校驗恒流源輸出的較大電流如10A的穩定度，下面簡要介紹其校驗的工作原理。
       當測試儀內部產生的恒定電流（n或者/%）經過標準電阻"n輸出到比較儀的一次線圈中，1=根據直流比較儀的工作原理可得比較儀的二次線圈電流為（2=（%+1）/+2，被測電阻的電壓顯示的準確數字"應為假設測試儀除恒流源外其他各個環節均在測試準確度的要求范圍內，利用直流比較儀可以很方便地校驗恒流源輸出的大電流的準確度，并且該校驗方法具有高準確度、高可靠性，操作簡單。
       深度負反饋和輸出電流的采樣反饋作用，可以提高恒流源的工作性能，具有良好的實用性和通用性。利用本文所述基本思想研制出的10A恒流源已經應用于大型電力設備直流電阻測試儀中。