電力變壓器是變換電壓以達到輸配電能的電氣設(shè)備，而變壓器匝比是其中一項極為重要的參數(shù)，它直接影響電網(wǎng)的安全運行，變壓器匝比測試儀就是專門用來測量變壓器匝比及分接點的儀器。
它以51系列單片機作為微處理器，采用組別切換電路，自動換檔電路，極性判別電路，使用起來方便可靠。通過兩路高精度的雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器及精密整流電路，程控增益放大器，精密互感器來保證整臺儀器的精度。經(jīng)多次現(xiàn)場測試證明，該儀器與國內(nèi)外同類產(chǎn)品相比，具有很高的精度及可靠性，使用方便，功能強大，適于在國內(nèi)電力部門推廣使用。
1工作原理
根據(jù)變壓器的匝比數(shù)等于變壓器的初級與次級電壓比這一原理，通過在變壓器的初級加測試電壓，然后對其初級、次級電壓同時進行A/D轉(zhuǎn)換，再經(jīng)微處理器進行判檔轉(zhuǎn)入相應的檔位進行測試、計算、存儲、顯示。
為了保持輸出電壓的穩(wěn)定，大型電力變壓器在額定匝比的基礎(chǔ)上，通常設(shè)有正負分接點，使匝比能夠上下微調(diào)。在用電高峰，電壓偏低時，通過調(diào)小分接點，使匝比變小，輸出電壓增大；在用電低峰，電壓偏高時，通過調(diào)大分接點，使匝比變大，輸出電壓降低。分接點之間是成比例的，這比例稱之為分接值。只要測出了匝比，知道了分接值和額定匝比，分接點也能隨之計算出來。
2測試電源
變壓器匝比測試儀對精度要求為千分之一。但由于市電的幅度和頻率均有較大的波動，對儀器的精度造成很大的影響，因此一個精密的測試電源是必要的。
89C51內(nèi)有正弦波發(fā)生程序，頻率為50Hz.在儀器初次上電時，89C51開始工作，通過循環(huán)查表，輸出正弦波幅值的數(shù)字信號，經(jīng)DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換，變成相應的模擬信號。該信號是一個呈階梯狀的波形，故采用一個二階低通濾波器，把高頻諧波成分濾掉。經(jīng)濾波器輸出的信號已經(jīng)是波形比較圓滑，頻率為50Hz的穩(wěn)定的正弦波。該正弦波經(jīng)功率管LH0101推動放大后，送升壓變壓器升壓至測試所需的160V電壓。經(jīng)示波器觀察，波形的幅值及頻率都比較穩(wěn)定，達到了要求。
3.1組別切換電路
由于三相變壓器有許多種組別聯(lián)接方式，如Y-S聯(lián)接，S-S聯(lián)接等，加上聯(lián)接組也有多種變化，以往的匝比儀在測試三相變壓器時都得來回撥動切換開關(guān)，既不可靠又容易出錯。采用組別切換電路，只需在菜單中選定高、低電壓的不同組別及聯(lián)接組即可，儀器自動測試變壓器A、B、C三相的匝比，極性，分接點等參數(shù)。組別切換電路如圖3。
自動組別切換電路
舉三相變壓器中常見的YN-d-11來說，對于A相，高壓繞組連接方式是U-N,而低壓繞組聯(lián)接方式是W-U,故繼電器PA0及PA3,PB2及PB4應吸合，這樣測出的兩端電壓比即為該變壓器A相的匝比。此電路適用于所有變壓器。點焊機
3.2極性判別電路
對于單相變壓器來說，有時需測試它的同名端及異名端.極性判別電路就是為這種功能而設(shè)置的.具體電路
極性判別電路
Vi輸入U1的正輸入端，U1的負輸入端為1V,U1輸出的波形，被測變壓器的次級經(jīng)衰減或放大后，送U2的正輸入端，則U2輸出的波形，兩波形經(jīng)相與，便得到圖d。經(jīng)光耦送入8031的P1口。單片機在一個周期內(nèi)連續(xù)讀取P1的值。若出現(xiàn)高電平，表明待測變壓器的極性為正，若不出現(xiàn)高電平，則極性為負。波形表明變壓器的極性為正。
3.3精密整流電路
在這臺儀器中，A/D轉(zhuǎn)換前的交流小信號處理是保證精度的關(guān)鍵。通用的方法是將交流信號轉(zhuǎn)化為直流，送A/D進行轉(zhuǎn)換。。但通過分析它們內(nèi)部原理框圖發(fā)現(xiàn).
它們由精密整流電路、均方根電路等一系列運算電路組成的。經(jīng)過這么多環(huán)節(jié)，自然在穩(wěn)定度和精度上都難以保證，通常在千分之五左右。因本儀器的精度要求很高，若采用常規(guī)的真有效值轉(zhuǎn)換電路，必將進一步丟失精度，所以，本儀器設(shè)計時，
終放棄了真有效值轉(zhuǎn)換，而是根據(jù)雙積分型A/D轉(zhuǎn)換的本質(zhì)是平均值轉(zhuǎn)換，即：
Vx=Vr×N2/N1
其是N1為A/D轉(zhuǎn)換過程中采樣階段的時間記數(shù)值；N2為比較階段的時間記數(shù)值；Vr為基準電壓。將被測變壓器兩端的交流信號經(jīng)過精密整流后直接送入雙積分型A/D,轉(zhuǎn)換后可直接得到變壓器兩端電壓平均值，送入微機處理。這一方法省去許多中間環(huán)節(jié)，從而減少了誤差，保證了精度。本儀器采用的精密整流電路.
精密整流電器
在此高精度絕 對值電路中，用模擬開關(guān)取代二極管而組成的全波檢波電路，可完全消除二極管閾值電壓Vd及非線性r對檢波性能的影響，它由反向器U1、過零檢測器U2和模擬開關(guān)U3組成。過零檢測器檢測輸入信號的極性。Vc為高電平信號，用以控制模擬開關(guān)S1、S2的接通與斷開。其波形：
精密整流示意圖
當Vi>0時，Vc為低電平，輸出端與S1接通，輸出為Vo＝V；當Vi<0時，Vc為高電平，輸出端與S2接通，輸出為Vo=Vi,所以Vo=|Vi|，這種電路的誤差可小于0.05%.
3.4高精度A/D轉(zhuǎn)換
雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器以其轉(zhuǎn)換精度高、靈敏度高、抗干擾能力強等優(yōu)點被廣泛應用于各類數(shù)字式儀表和低速數(shù)字采集系統(tǒng)中。在本臺儀器中，需要雙積分式A/D直接對全波進行轉(zhuǎn)換。這里采用的是ICL7135,它是一種4位半的BCD碼動態(tài)掃描輸出的單片集成雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器。在本臺儀器中，采用了一種簡便的方法，將兩路ICL7135的BUSY端口與ICL7135的時鐘相與，送計數(shù)器進行計數(shù)，就可把ICL7135Z轉(zhuǎn)換后的值送入單片機，節(jié)省了系統(tǒng)的I/O口。電路框。
ICL7135與單片機的一種簡便接口方法
3.5自動換檔的處理
由于ICL7135轉(zhuǎn)換速度較慢，在被測匝比較大的情況下，如1000,需換檔多次，這樣測一組匝比，至少需要15s，為了提高測試速度，采用直接跳檔的方法。開始先A/D轉(zhuǎn)換一次，其值與各分檔電壓比較，若在某檔范圍內(nèi)，則直接跳該檔，切換分檔繼電器，重測一次。為了防止超量程(Vi>2V)，將兩路ICL7135的超量程輸出相與，輸出到單片機的P1口，若為高電平，則表明至少有一路超量程，此時應切換換檔繼電器至合適檔。
4結(jié)束語
在保定變壓器廠對該儀器進行過多次現(xiàn)場測試及與國內(nèi)外同類產(chǎn)品比較，其主要性能指標可達：匝比測量范圍：0.900～4000(自動變換量程，指標值四位；精度：0.1%-/+3個字；測量時間：＜4s，該儀器與國內(nèi)外同類產(chǎn)品相比，性能穩(wěn)定可靠，精度高，操作方便，具有較好的推廣應用前景。