电力设备直流电阻测量用恒流源研究

>］ 连， 如图 5 所示， 可以有效抑制干扰 ［ 。
5%5
功放驱动技术 在测量大型电力设备的直流电阻时， 为提高测
量的准确性和快速性， 要求测试仪表具有较大的恒 流输出能力（ 、 很小的纹波和很高的稳定 =%:?:= <） 度， 才能用于如 ::= @A 级以上的大型变压器绕组等 感性负载直流电阻的准确、 可靠测量。本文研究的 用于测量 恒流源能够稳定输出的最大电流为 := < ，
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电 力 自 动 化 设 备
第 5! 卷
联立求解以下各式可得： 为 !6 7 （ "5 8"!） 9 # 6， （ !$ % !6 7（ "5 8"!） 9 # 6 7 8"#6 9 # 6 :） 因为运算 放 大 器 ; <! 构 成 跟 随 电 路 ， 其输入阻 :5 抗很高（ ， 则流过标准电阻 # 6 的电流 !6 全 !:= !） 表明： 部流向被测感性负载。式（ :） !" 电流 !$ 与被测感性负载无关； #" 电 流 ! $ 与 输 入 电 压 " #6 成 线 性 关系； 纹波大小、 温漂特 $" 输 入 电 压 "#6 的 稳 定 度 、 性、 静态电流大小都直接影响输出电流 !$； %" 标准电阻 # 6 和组成恒流源电路的电阻 # : 都 直接影响输出电流 !$。 布线时， 当 ! 个运算放大器的接地点布置不当 时， 在地线上形成的干扰信号会串到附近的电路中， 导致恒流源工作不稳定。把基准源、 加法器、 反馈放 大器的各个接地点汇集一起， 再将该点与电源地相
流的仪器， 其测量精度可达 "#3O。它是把被测直流所 产生的磁势与另一易于测量的直流磁势在铁芯中进 行比较， 当 1 个磁势平衡时， 铁芯中 磁通为零， 磁势
"J］ ： 平衡 ［
(" +" H (1 +1
（ *）
式 中 ("， (1 分 别 为 流 过 一 次 线 圈 和 二 次 线 圈 的 电 流； +"， +1 分别为一次线圈和二次线圈匝数。 恒流源校验的接线方式如图 & 所示。
第!期
李维波， 等：电力设备直流电阻测量用恒流源研究
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由 于所选开关电源为 "# $ % "& ’， 因此， 对于不同的 感性负载的直流电阻应该选用不同档位的恒流源、 基准电压 ! ( ) 和标准电阻 " ) ， 使开关电源正常工作 （ 处于正常带负载能力） ， 确保测量精度和可靠性。 *， "#］ 档位的切换可通过单片机控制完成 ［ 。 对于输入基准电压 !()， 特选用 +,- 公司生产的 由它产生基准电压 !()） ， 它是 2& $ 精 ./0#1+ 芯片（ 密电压基准 % 温度传感器， 在 3&& 4"1& 5 范围内， 输 出电压最大纹波系数的典型值为 #6#& 7 。可以有效 改善恒流源的稳定性、 可靠性、 漂移和噪声等指标。 同时图 " 中 "" 一般选用精度较高的电阻， 如 #6#" 7 精 密电阻。标准电阻 " ) 必须定做， 同时确保散热充分。
:== "! 级以上感性负载的直流电阻。由于一般的
集成运算放大器的输出电流比较小， 不能直接驱动 较大的功率管， 因此， 要获得 := < 恒流源 B 就必须采 取扩流技术。本文采用了前级驱动后级的办法， 以 达到扩流目的。 代替图 5 图 ! 表示恒流源的功率放大器环节， 中的电流驱动电路 A&C 。其中 # $ 和 & $ 为被测感性 负载的直流电阻和电感， # 6 为标准电阻。 A&C: 选用 ， DE5!> （ ;F; 型 :== A ， 5 <） A&C5 选用 ED5!G （ F;F 型 :== A， 作为前级驱动功率管。A&C !?A&C H 选 5 <） 用 IJ::=!5（ 作为功率放大管。下 ;F; 型 :5= A， K= <） 面简单介绍恒流源功率放大器的工作原理。 当来自 ;<5 的输入电压为正时，图 ! 就是一个
!
恒流源特性分析
可以将整个恒流源简化为图 ! 所示的闭环系统
控制框图（ 图中 !81 为放大器 $9. 的基极电压） 。
图 & 恒流源校验原理框图 0(:6& 9;< =F>(KDFC(?) ?E =?)@CF)C =GDD<)C @?GD=<
第 "$ 卷第 9 期 "DD$ 年 9 月
电 力 自 动 化 设 备
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电力设备直流电阻测量用恒流源研究
李维波， 毛承雄， 陆继明， 李启炎
（ 华中科技大学 电气与电子工程学院， 湖北 武汉 8$DDB8 ） 如电力变压器） 直流电阻的高稳定度 !D > 恒流源的工作 !"：介绍了一种用于测量大型电力设ห้องสมุดไป่ตู้（ 原理、 设计方法和重要性能指标， 并提出了利用直流比较仪对大电流恒流源（ 测量微小电阻时） 进行 校验的新颖方法。
#$%：电力设备；恒流源；直流电阻；校验 &’()* ：*F Q$$)! +,-./ ：>
!DDC # CD8B（ "DD$） D9 # DDC$ # D8 +01*：
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直流电阻测量原理
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恒流源工作原理
图 " 为恒流源工作原理电路示意图。
在电力系统中， 快速、 准确地测量感性负载的直 流电阻， 有利于对电力设备进行现场检测、 故障诊断 和实时维护。例如测量变压器绕组的直流电阻， 就 ［ !， "］ 是变压器实验中既简便又重要的试验项目之一 。 目前测量感性负载直流电阻的方法主要有平衡电桥 测量法、 不平衡电桥测量法和电阻# 电压变换测量法 ［ $］ 三种。由于电力系统中类似变压器绕组之类的感 性负载具有较大的电感和较小的直流电阻， 为缩短 测量时间、 提高工作效率， 现在普遍采用第三种方 法。该方法又分为恒压源和恒流源两种测量方法。 在测量时为有效缩短感性负载的充电时间， 常常在 如图 ! 所示（ 图中， 测量回路中串入附加电阻 ! ， !% 和 ! " 分别为标准电阻和被测感性负载的直流电阻； 。 # " 为被测感性负载的电感）
收稿日期： "DD" # !! # !9
图中， = >! ， = >" 和 = >$ 全 部 采 用 集 成 运 算 放 大 器 ?@ABC9D （ 或 @&BC9D ） 。它是 ?%3,1/’6 公司于 "D 世 纪 ED 年代初研制成功的高精度、 低漂移、 动态校零 称为第 @FG7 型 斩 波 稳 零 式 单 片 集 成 运 算 放 大 器 ， C］ 。其输入失调电压 %G 7 只相当于 四代运算放大器 ［ 通用型运算放大器 &DDB 的千分之一， 失 %G7 H!)D !I， 每月漂移低于 ! !I ， 输入 调电压温漂为 D)D! !I J K， 偏置电流约为 !DD L> ， 且有极高共模抑制能力（ @FM 、 开环增 益 ( : （ 。 %’ % 为 输 入 NN ! !$D :O ） P!8D :O ） 基准电压； I*N 为功率放大器件； ! " 为 I*N 的限流 电阻。 恒流源的工作原理简述如下： 基 准 源 %’ % 分 压 反馈放大器 =>"， 由电流放大驱动 后， 经过加法器 =>!、 电路 I*N 输出电流 $" （ 或者 $%） 。为了使输出电流稳 定， 除各个环节引入深度负反馈外， 还从输出电流 $" 取样经电压跟随器 =>$ 反馈至加法器 =>!， 形成一个 大反馈， 进一步增强了输出电流的稳定度， 使恒流源 在负载变化较大范围内输出电流具有高稳定度。 ")! 恒流源电流的稳定机理 加法器 =>! 的输出电压 %! 为 %! H %’% # %8，反相 放大器 =>" 的输出电压 %" 为 %" H #%!， 跟随器 =>$ 的 输出电 压 % 8 为 % 8 H % $ ， 而 标 准 电 阻 ! % 上 的 电 流 $%
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恒流源误差分析
由式（ 可得被测感性负载的直流电阻为 :）
（ # $ % "$ ’ !$ % "$ # 6 ’ "#6 5） 对式（ 进行全微分， 则被测感性负载的直流电 5） 阻 # $ 的误差可以表达为 ## $ %（ "$ ’ "#6） ## 6 (（ # 6 ’ "#6） #"$ ) （ "$ # 6 ’ " #6 ） #"#6
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（ L）
图 ! 功率放大原理框图 "#$%! &’( )*’(+,-#* .#,$/,+ 01 203(/ ./#4(/
式（ 表明： 对于一定的被测感性负载的直流电 L） 阻 # $， 当 #6 固 定 不 变 时 ， "$ 越 大 ， #$ 的 误 差 越 小 ； # $ 越大， # $ 的误差也越大。 由式（ 可得系统测量的相对误差为 L） （ $ 7 ## $ ’ # $ 7 ## 6 ’ # 6 N#"$ ’ "$ )#"#6 9 "#6 K） 由 于 加 法 器 ; <: 的 共 模 信 号 不 为 零 ， 故存在共 模误差。;<: 的共模电压为 "#6， 由共模抑制比引起的 误差可以推导为 （ % %:=8OICC 9 5= P:== Q H） 由于选用了 ROS>HK= 集成运算放 大 器 ， 计算可 知， 由共模抑制比引起的误差是可以忽略的。并且