一種高壓脈沖變壓器定標系統的設計

田大軍 高華婷 王金枝

摘要：本系統將定標控制電路、分壓取樣電路、脈沖控制電路集成到一個標準箱體內，標準箱體安裝調壓器旋鈕和電壓顯示表頭，同時設計了分壓板，利用示波器分兩次測的分壓板分壓比和串接高壓脈沖變壓器后分壓比，計算兩者比值得到高壓脈沖變壓器的變比，通過模擬現場環境使用的辦法，簡單實用地測量定標高壓脈沖變壓器的變比，免除現場安裝高壓脈沖變壓器造成不必要的人力物力等資源浪費。

關鍵詞：高壓脈沖變壓器;定標控制;分壓取樣

0引言

高壓脈沖變壓器現在已經廣泛應用，但是用于定標的裝置尤其是大功率變壓器定標還比較少或者是發展遲滯。

本系統設計的高壓脈沖變壓器定標裝置主要用于大功率的高壓脈沖變壓器的定標，普通變壓器是在連續不變的磁場中工作，按照有規律的正弦波變化，這樣的變壓器基本不用定標變壓比或者很容易測試其信號。而脈沖變壓器是寬頻工作變壓器，工作在非線性畸變中的信號，即脈沖信號的發生過程在短時間內完成，是一種類似方波的信號。高壓脈沖變壓器定標裝置能比較方便地得出變壓器的變比，最主要的是高壓脈沖變壓器不用安裝在現場就能得到其變比，省去了人工安裝時間和很多相關費用，故有較大的應用前景。

1系統結構組成

從結構方面看，該系統可以分成定標控制箱體和外部分壓板兩部分。定標控制箱體主要是標準機殼、脈沖變壓器、定標控制電路、電壓顯示表頭、電源、分壓取樣電路。分壓板主要由高壓電阻和高壓電容組成。定標控制電路用于完成從脈沖產生電路的控制和從分壓板分壓信號取樣輸入的取樣保持，實時定標控制電路取樣保持脈沖變壓器后的信號波形，信息處理過程如下：①脈沖產生電路產生脈沖，經過IGBT后再通過脈沖變壓器升壓，利用分壓電路將升壓后的脈沖信號降壓進入取樣處理電路，經過取樣保持處理后輸出到電壓顯示表頭，實時顯示脈沖信號值;②經脈沖變壓器升壓后，信號端引出到后面板的航空輸出端，用于接分壓板或高壓脈沖變壓器初級。

2系統的功能組成

從功能方面，該高壓脈沖變壓器定標系統又可分為調壓器旋鈕、脈沖控制電路、分壓板、電壓顯示、定標控制電路、分壓取樣電路部分。變壓器定標系統框圖如圖1所示。

2.1取樣定標芯片的選擇

取樣定標是整個系統的核心部分，取樣定標芯片的選擇關系到整個系統功能的測量精度及優劣。本系統要實現取樣定標、實時電壓顯示、分壓板、脈沖控制、IGBT驅動等功能，所以要求該芯片具有采樣和存儲功能，它必須是一種模擬信號存儲器，尤其具有實時采樣且易于調試等功能。綜合以上所述，采用高性能單片采樣保持器LF398是一種很好的選擇。LF398具有高直流精度、快速采樣時間和比較低的下降速度。同時對模擬信號提供高輸入阻抗，對輸出信號是一個比較低的輸出阻抗。電源電壓范圍是可調的，它能夠對采集取樣的模擬信號進行存儲并寄存，完全滿足系統要求。

2.2脈沖和定標控制電路

本系統有脈沖控制和定標控制2個重要功能。首先是脈沖控制有2個問題需要解決：①原始脈沖的產生，②脈沖的處理和轉換。該系統采用555定時器產生原始脈沖，用74HC123實現脈沖的處理和轉換，它有2種輸入方式：A為低電平有效，B為高電平有效;有兩種輸出：輸出結果正好相反，用外接的電阻電容作定時元件，時間可靈活設置。其輸出脈沖的寬度主要取決于定時電阻R與定時電容c，脈寬的計算為電阻值R與電容值c的乘積。

定標控制電路用于完成從脈沖產生電路的控制和從分壓板分壓信號取樣輸入的取樣保持，原理框圖如圖1所示，實時定標控制電路取樣保持脈沖變壓器后的信號波形，信號處理過程如下：①脈沖產生電路產生信號，經過74HC123的處理和轉換，然后脈沖信號經過IGBT后再通過脈沖變壓器升壓，利用分壓電路將升壓后的脈沖信號降壓進入取樣處理電路，經過取樣保持處理后輸出到電壓顯示表頭，實時顯示脈沖信號值：②經脈沖變壓器升壓后，信號端引出到后面板的航空端子輸出端，用于接分壓板和高壓脈沖變壓器的初級。

2.3分壓板

分壓板主要是由10個10 MΩ/10 kV高壓電阻和10個100 pF/3 kV高壓電容組成，低壓端是33KΩ電阻和0.022uf電容及濾波電阻和電容，因為經過IGBT放大和脈沖變壓器之后，輸出是高壓脈沖波形，所以需要分壓板將信號進行分壓到取樣輸入端。這樣能滿足系統要求，采用這種技術對本系統來說也是一個很好的選擇。圖2是分壓板低壓端電路圖。

2.4IGBT及驅動芯片

基于系統電路的要求，本系統采用IGBT芯片FGL40N120AND，耐壓是1 200 V，最大通過電流40 A，驅動芯片采用2片MIC4452和RF7343，利用前端的74HC123產生的2個邏輯電平，經過MIC4452后形成1正1負兩個脈沖，然后同時傳給IRF7343后變換為帶有負向的脈沖信號驅動IGBT，負向脈沖部分能有效關斷IGBT工作，能輸出比較理想的16us矩形波。

2.5分壓取樣板

分壓取樣板由10個100 kΩ/2 w高壓電阻和1個10kΩ/2 w取樣電阻組成，取樣比是100：1，能簡單有效地取樣經過脈沖變壓器升壓后的高壓，滿足系統的要求。

3定標系統的操作流程

該系統利用分壓板和外部儀器示波器分兩步實現對高壓脈沖變壓器變比的定標。第一步是該裝置首先對接分壓板，調節定標裝置電壓旋鈕通過電壓表頭到設定值，利用示波器測量分壓板兩端信號并記錄該取樣值，計算兩者比值即為分壓板的變比：第二步是該定標裝置直接對接高壓脈沖變壓器，在高壓脈沖變壓器次級對接分壓板，調節定標裝置電壓旋鈕到上次設定電壓值，再次測量分壓板端的取樣電壓值.計算該取樣電壓值和分壓板的變比乘積與電壓顯示表頭的比值即為高壓脈沖變壓器的變比。

4結語

本系統設計的高壓脈沖變壓器定標測量裝置主要用于高壓脈沖類型變壓器。本系統的優點是通過模擬現場環境使用的辦法，簡單實用地測量高壓脈沖變壓器的變比，免除現場安裝高壓脈沖變壓器造成不必要浪費。且本系統調試方便。

系統中是用普通的電子元件搭建硬件電路去測試高壓脈沖變壓器的變比，能逼真模仿真實的應用環境，因而相關技術產品的研究和開發，不僅對于提高現階段我國高壓脈沖變壓器測量的水平具有重要的現實意義.同時也具有良好的市場前景。