一种变压器传输特性测试装置及方法
【专利摘要】一种变压器传输特性测试装置及方法，所述的测试装置包括单相交流调压器（1），单相全桥不控整流电路（2），滤波电容（3），单相全桥逆变器（4），PWM脉宽调制器电路（5），隔直电容（6）和分段式可调电感（7）。受试变压器串联接入隔直电容（6）和分段式可调电感（7）组成的回路中，利用由分段式可调电感（7）和受试变压器分布参数决定的谐振频率和单相全桥逆变器的工作频率的关系，在变压器原、副边分段连续获得1kHz～50kHz正弦、方波和正弦畸变波形，可用于高频高压变压器传输特性测试。
【专利说明】一种变压器传输特性测试装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高频变压器传输特性测试装置及方法，特别涉及高频高压电源领域高频高压变压器传输特性的测试装置和测试方法。
【背景技术】
[0002]高频高压变压器是高频高压电源中的重要组成部分，伴随高频高压电源技术的发展和应用领域的拓展，高频高压变压器的工作频率、输出电压、输出功率越来越高，导致变压器的寄生和分布参数越来越多的受到磁芯、绕组材料、变压器结构参数、绕线工艺等影响，并直接影响高频高压电源的设计和性能，因此高频高压变压器传输特性是越来越受到关注的技术参数之一。
[0003]专利201220325692.3中变压器综合测试仪包括三相直流电阻测试仪、变比测试仪、有载综合测试仪、通过控制继电器通、断方式自动控制三相直流电阻测试仪、变比测试仪、有载综合测试仪功能的切换，整合功能；实用新型201220298644.X公开了一种大功率高频变压器测试系统，工作频率为5?50kHz，该系统直接将逆变器输出接至测试变压器，未对测试系统输出波形进行控制；专利200910181695.7公开了一种变压器综合参数测试仪校验装置，针对工频变压器多参数进行测量，仅公开了测试功能模块，对采用的具体测试方法未公开说明；专利201020195530.3公开了一种变压器综合测试装置，对集成了变压器空载负载测试仪、变比组别测试仪、直流电阻测试仪三种单台仪器进行了结构上的集成，主要用于工频变压器的测试。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提出一种变压器传输特性测试装置及方法，配合受试变压器在变压器输入侧绕组产生不同频率的方波电压信号、正弦电压、电流信号和不同程度畸变的正弦电压、电流信号，用于变压器传输特性的测试。
[0005]本发明包括7个组成部分:单相交流调压器、单相全桥不控整流电路、滤波电容、单相全桥逆变器、PWM脉宽调制器电路、隔直电容，以及分段式可调电感。单相交流调压器的两个输入端分别接220V交流电火线和零线，单相交流调压器两个输出端接单相全桥不控整流电路的两个交流输入端，单相全桥不控整流电路输出高压端接滤波电容的正极，单相全桥不控整流电路输出低压端接滤波电容的负极，滤波电容的正极接单相全桥逆变器母线正极，滤波电容的负极接单相全桥逆变器母线负极；单相全桥逆变器的输出一端串联隔直电容和分段式可调电感后接受试变压器绕组一端，单相全桥逆变器输出的另一端接受试变压器绕组的另一端。PWM脉宽调制器电路作为单相全桥逆变器驱动电路接单相全桥逆变器驱动端，隔直电容和分段式可调电感、受试变压器收入侧绕组串联后接单相全桥逆变器输出端。通过调节单相交流调压器的电压调节旋柄可调节经单相全桥不控整流电路整流和滤波电容滤波后的直流电压，滤波电容输出的直流电压实现O?300V可调。单相全桥逆变器采用4个高频可控开关器件和4个高频二极管组成，高频开关器件和高频二极管的频率应能满足受试变压器测试频率的要求。本发明中装置测试频率为IkHz?50kHz，因此采用IGBT模块作为可控开关器件，IGBT模块内部寄生存在的反并联二极管作为全桥逆变器的高频二极管使用；PWM脉宽调制器电路输出频率可控的PWM波信号，经放大隔离后给单相全桥逆变器可控开关器件，控制单相全桥逆变器输出相同频率的逆变电压信号，该频率称为工作频率，本发明中工作频率为IkHz?50kHz。PWM脉宽调制器电路PWM波的产生可通过模拟或数字电路实现，本发明采用PWM脉宽调制器UG3525配合IGBT驱动板实现；隔直电容为高频电容，容量需远大于受试变压器分布电容值，一般大于IuF即可；分段式可调电感可分为多段，其最小值为OuH，其最大值视装置的最小测试频率而定。
[0006]受试变压器的一个绕组与隔直电容、分段式可调电感串联后接单相全桥逆变器的输出端，将受试变压器接入测试装置的绕组称为输入侧绕组，受试变压器的另一个绕组称为输出侧绕组。分段式可调电感和受试变压器分布参数，主要是分布电容，存在一个谐振点，称为谐振频率，隔直电容的容量远大于受试变压器分布参数，一般大于IuF就不会对谐振参数产生很大影响。当单相全桥逆变器工作频率近似等于谐振频率时，受试变压器输入侧的电压、电流波形近似正弦波，通过测试输入侧绕组和输出侧绕组的电压和电流波形即可计算出受试变压器电压、电流传输特性。调节单相全桥逆变器工作频率，即可调节受试变压器输入侧绕组电压、电流波形和频率，得出不同频率和波形下的变压器电压、电流传输特性。当调节工作频率远离谐振频率时，受试变压器输入侧的电压、电流波形发生畸变，因此可以测试不同畸变输入信号下变压器的传输特性。当调节单相全桥逆变器工作频率仍无法在受试变压器输入侧绕组两端获得正弦波形时，可调节分段式可调电感，使由分段式可调电感和受试变压器分布参数确定的谐振频率等于或近似等于目标测试频率，将单相全桥逆变器工作频率也调节至目标测试频率，即可在受试变压器输入侧绕组获得正弦波形。分段可调电感值为O时，受试变压器输入侧绕组电压波形为方波，方波频率等于单相全桥逆变器工作频率。当受试变压器输入端电压或电流幅值过大或过小时，调节单相交流调压器电压调节旋柄，调节滤波电容上直流电压大小，即可改变其受试变压器输入端电压或电流幅值。
[0007]本发明采用所述的变压器传输特性测试装置的测试方法，利用由分段式可调电感和受试变压器分布参数确定的谐振频率与单相全桥逆变器工作频率的关系产生标准的IkHz?50kHz正弦波形、正弦畸变波形，进行变压器IkHz?50kHz正弦信号、正弦畸变信号激励下的传输特性测试。当本发明装置中的分段式可调电感为OuH时，可在受试变压器输入侧产生高频方波电压信号，用于变压器高频方波电压信号激励下传输特性测试。
[0008]本发明的积极效果是:
[0009]1.利用装置中的分段式可调电感与受试变压器分布参数确定的谐振频率与单相全桥逆变器工作频率的关系，产生不同波形和频率的电压波形，用于测试高频变压器的电压传输特性。
[0010]2.利用装置中的分段式可调电感与受试变压器分布参数确定的谐振频率与单相全桥逆变器工作频率的关系，产生不同波形和频率的电流波形，用于测试高频变压器的电流传输特性。
[0011]3.采用分段式调波电感，扩展装置中电感与变压器分布参数产生的谐振频率范围，有效测量变压器不同频率信号激励下的传输特性。【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明的拓扑结构框图，图中:1单相交流调压器，2单相全桥不控整流电路，3滤波电容，4单相全桥逆变器，5PWM脉宽调制器电路，6隔直电容，7分段式可调电感。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图及【具体实施方式】详细说明本发明。
[0014]如图1所示:本发明包括单相交流调压器1，单相全桥不控整流电路2，滤波电容3，单相全桥逆变器4，PWM脉宽调制器电路5，隔直电容6和分段式可调电感7。单相交流调压器I的两个输入端分别接220V交流电火线和零线，单相交流调压器I两个输出端接单相全桥不控整流电路2的两个交流输入端，单相全桥不控整流电路2输出高压端接滤波电容3的正极，单相全桥不控整流电路2输出低压端接滤波电容3的负极，滤波电容3的正极接单相全桥逆变器4母线正极，滤波电容3负极接单相全桥逆变器4母线负极，单相全桥逆变器4的输出一端串联隔直电容6和分段式可调电感7后接受试变压器绕组一端，单相全桥逆变器4输出的另一端接受试变压器绕组的另一端。
[0015]本发明具体实施以IkW的测试装置为例。单相交流调压器I采用2kW单相交流调压器，调节范围为O?220V，单相全桥不控整流电路2采用西门康公司30A/1200V整流桥，滤波电容3采用1100uF/450V电解电容，单相全桥逆变器4采用英飞凌公司F4-50R12KS4IGBT, PWM脉宽调制器电路5采用UG3252作为PWM波产生和频率调节芯片，UG3252输出接落木源公司DA962D4驱动电路，隔直电容6采用luF/3000V高频电容，分段式可调电感 7 外加工制作，每段电感为 0、107uH、543uH、l.2mH、2.6mH、5.4mH、llmH、30mH。
[0016]本发明工作过程如下所述:将受试变压器串联接入谐振电路，如图1所示，分段式可调电感可随便选择一档电感值；SPWM脉宽调制器电路5正常供电；单相交流调压器I输入端接220V交流电；采用2套电压、电流测试探头，分别测量受试变压器输入侧绕组电压、电流和输出侧绕组电压、电流，电压、电流探头接至示波器。首先调好电压、电流探头和示波器设置，启动PWM脉宽调制器电路5供电电源，并调节PWM脉宽调制器电路5至目标测试频率，缓慢调节单相交流调压器电压调节旋柄即可在变压器输入侧和输出侧测量得到电压、电流波形，波形不理想时，电源系统断电并调节分段式可调电感至其他分段直至波形理想，得到理想波形后，继续调节单相交流调压器电压调节旋柄即可调节受试变压器输入侧和输出侧绕组电压、电流幅值，直至满意为止。受试变压器输入侧绕组电压、电流波形由工作频率和谐振频率的相对关系决定，当工作频率等于谐振频率或在谐振频率附近时，受试变压器输入侧绕组电压、电流波形为正弦波，当工作频率偏离谐振频率较远时，受试变压器输入侧绕组电压、电流波形发生畸变，成为不标准的其他波形，当谐振电感为O时，受试变压器输入侧绕组电压波形为方波。得到受试变压器输入侧和输出侧绕组电压、电流波形后，即可根据需要，计算得出变压器的电压、电流传输特性。
[0017]本发明用于高频高压变压器传输特性测试，发明中采用高电压、大电流对变压器进行传输特性测试，同时由于电路结构简单，控制方便，可根据需要产生不同幅值和频率的测试波形，能更准确、真实的计算变压器的传输特性。
【权利要求】
1.一种变压器传输特性测试装置，其特征在于，所述的测试装置包括单相交流调压器(1)，单相全桥不控整流电路(2)，滤波电容(3)，单相全桥逆变器(4)，PWM脉宽调制器电路(5 )，隔直电容(6 )和分段式可调电感(7 );单相交流调压器(I)的两个输入端分别接220V交流电火线和零线，单相交流调压器(I)两个输出端接单相全桥不控整流电路(2)的两个交流输入端，单相全桥不控整流电路(2 )输出高压端接滤波电容(3 )的正极，单相全桥不控整流电路(2)输出低压端接滤波电容(3)的负极，滤波电容(3)的正极接单相全桥逆变器(4)母线正极，滤波电容(3)负极接单相全桥逆变器(4)母线负极，单相全桥逆变器(4)的输出一端串联隔直电容(6)和分段式可调电感(7)后接受试变压器输入侧绕组的其中一端，单相全桥逆变器(4 )输出的另一端接受试变压器输入侧绕组的另一端。
2.采用权利要求1所述的变压器传输特性测试装置的测试方法，其特征在于，所述的方法通过调节单相全桥逆变器工作频率和分段式可调电感的电感值，利用单相全桥逆变器工作频率和由分段式可调电感(7)和受试变压器分布参数决定的谐振频率的关系在受试变压器绕组输入端产生IkHz?50kHz高频正弦、方波、正弦畸变波形，通过测试受试变压器输入侧绕组和受试变压器输出侧绕组的电压、电流波形的方式进行变压器IkHz?50kHz正弦、方波、正弦畸变激励信号下的传输特性测试。
3.根据权利要求2所述的变压器传输特性测试方法，其特征在于，当所述的单相全桥逆变器工作频率等于由分段式可调电感和受试变压器分布参数确定的谐振频率时，受试变压器输入侧的电压、电流波形为正弦波，通过测试受试变压器输入侧和输出侧绕组的电压和电流波形计算出变压器在正弦激励下的电压、电流传输特性；当调节单相全桥逆变器工作频率至谐振频率附近时，受试变压器输入侧电压、电流波形近似正弦波，通过测试受试变压器输入侧和输出侧绕组的电压和电流波形即可计算得出近似正弦波形下的变压器电压、电流传输特性；当调节单相全桥逆变器工作频率远离谐振频率时，受试变压器输入侧电压、电流波形发生畸变，能够测试畸变正弦输入信号下变压器的电压、电流传输特性；当调节单相全桥逆变器工作频率仍无法在受试变压器输入侧绕组两端获得正弦波形时，调节分段式可调电感，使由分段式可调电感和受试变压器分布参数确定的谐振频率等于或近似等于目标测试频率，将单相全桥逆变器工作频率也调节至目标测试频率，即在受试变压器输入侧绕组获得正弦波形；分段可调电感值为O时，受试变压器输入侧绕组电压波形为方波，方波频率等于单相全桥逆变器工作频率，其频率范围为装置的工作频率IkHz?50kHz范围，能够测试IkHz?50kHz方波输入信号下受试变压器的电压、电流传输特性；当受试变压器输入端电压或电流幅值过大或过小时，调节单相交流调压器电压调节旋柄，即调节滤波电容上直流电压大小，便改变受试变压器输入端电压或电流幅值。
4.根据权利要求2所述的变压器传输特性测试方法，其特征在于，所述的方法能够实现变压器IkHz?50kHz分段连续频率测试；通过更换变压器传输特性测试装置中单相全桥逆变器中采用的开关器件，提高单相全桥逆变器工作频率，同时细化分段式可调电低电感值段的分段，即能够测试更高频率下的变压器传输特性；通过增大分段式可调电感值，即能够测量更低频率下变压器的传输特性。
【文档编号】G01R31/00GK103513136SQ201310479506
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年10月14日 优先权日:2013年10月14日
【发明者】高迎慧, 付荣耀, 刘坤, 严萍, 孙鹞鸿 申请人:中国科学院电工研究所