第26卷第6期 大学物理实验 Vo1.26 NO.6 Dec.2013 2013年l2月 PHYS AL EXPERIMENT OF C0I I EGE 文章编号:1007—2934(2013)06—0036—03 电力变压器绕组直流电阻的快速测量探索 杨诗晨 ,刘(1.长郡中学,湖南长沙灿 410083) 410000;2.中南大学,湖南长沙摘 关键要:由于电力变压器绕组的大电感、小电阻特点,其直流电阻测量时间过长,本文提出一种快 词:电力变压器;直流电阻;快速测量 文献标志码:A 速测量的方法。 中图分类号:O 4-33 t一0时,合上开关K,回路电压方程为: 1快速测量电力变压器直流电阻的 意义 电力变压器的绕组有它固有的特点,电力变 E一/:c半+/dR t 设t===0时,i===0,则突加直流电压时绕组电 流为: 一 压器绕组的电感很大,约为数百至数千亨,而直流 电阻很小,约为0.001~1 Q,并且变压器的容量 ( ) 越大,电压等级越高,电感与电阻的比值就越大, 例如240 000/330变压器,高压侧的电感约为 700 H,电阻约为0.6 Q,加上测量回路其他内阻, 回路的时间常数T===L/R ̄.350 S,然而充电基本 结束,一般至少需要5 T,大约30 min,时间过长。 这样对于测量一个普通的三相变压器全部待测绕 组的直流电阻,至少长达十几个小时,在现场工作 中是不能接受的。因此,研究快速测量电力变压 器绕组直流电阻具有重要的意义l1 ]。 其中,T一 为回路时间常数。 由此可见,接通直流电压时,i含有一个直流 分量j 和一个衰减分量 一},当衰减分量衰减 至零时,即 达到稳定值 一 /2,时,电感不起作 用,此时可通过测量E和J得到R 。 电路达到稳定时间的长短,取决回路的时间 常数丁。即T越大,达到稳定的时间越长;反之,T 越小,则时问越短。 2电力变压器直流电阻测量的基本 原理 电力变压器绕组可等效为一个电感Lx和一 由于电力变压器绕组的LLr很大,Rr很小,因 此T很大,以致需经过很长时间电流才能达到稳 定,才能准确测量绕组直流电阻。 当f—T时, 一 个电阻尺z的串联电路,绕组直流电阻测量的基 本 E( 一手)一 (卜 一 632J 当t—CxD时, E( 一手)= (1_ J =-当 一5T 图1 电力变压器绕组直流电阻测量基本电路 收稿日期:2013~09—10 一…E(1 )一 (卜 0.993I,R 一 磊可一1.0067R , 比实际的 基金项目:中南大学大学物理专项基金(20120078) 电力变压器绕组直流电阻的快速测量探索 R有0.67 9/6的误差,因此,充电时间要大于5 T。 表1 充电时间与电流的关系 例如一台大型变压器,高压绕组k约115 H,电阻0.484 Q,则T一115/0.484—238 8,则 5T一1 190 8—19.8 arin因此充电电流要20 min 以后才能稳定。 为减小时间常数T— / ,缩短充电时间 t,达到快速测量直流电阻的目的。可从3个方面 人手:一是减小测量回路的电感,二是增大测量回 路的电阻,三是强制进入稳态。 减小电感的方法,通常是加大测量电流,使铁 心饱和,由于导磁系数的减小使电感减小。这种 方法一般需增大测量电源的容量。 增大测量回路的电阻是较常用的一种方法, 但在测量回路中串人附加电阻会使测量灵敏度降 低,为此需相应提高电源电压,但这样增加了电源 的能耗。 更有效的缩短测量时间的方法是强制进入稳 态,为了达到快速测量的目的,可采用增大回路电 阻的电路突变法。 3增大回路电阻的电路突变法工作 原理分析 增大回路电阻的电路突变法原理电路如图2 所示。 图2增大回路电阻的电路突变法原理图 工作原理:使电路过渡过程从一种自然常数 决定的过渡过程强制到另一种自然常数决定的过 渡过程。在测量回路中串人一个附加电阻尺,合上 K,闭合AN,将R短接,使全部电压加于被试绕组 上,强迫它有较大的电流上升,一直到预定值J, 再断开AN,将R串人,则电流由图3的曲线1立 图3增大回路电阻的电路突变法充电电流曲线 刻稳定到曲线2上,从而把充电时间由t。减小到 t。,从而提高了充电速度。 当志闭合,AN闭合时,回路电流方程为: ( ),T 一 当志闭合,AN断开时,回路电流方程为: 一 (1-e- ̄), 一 由于R》t6c,所以 《 ,测量时,将按钮A』\, 闭合,附加电阻R短路,使全部电压加在被试绕组 上,电流沿曲线1以较大的速率上升,一直达到预 定电流 (J一 )时断开按钮AN,则电流由 曲线1立即稳定到曲线2的稳态值,充电时间将 大大缩短。 4实验方案设计 为了验证以上分析,设计了用增大回路电阻 的电路突变法测量绕组电阻的实验方案。 (1)实验设备: ①l5 V直流稳压电源1台; ②O~10 Q,200 W变阻器l台(只要有5 Q、 10 Q两档阻值就行,作为R); ③4 Q,100 W电阻1个(作为限流电阻r); ④0.4 Q,20 W电阻1个;120 H电感1个 (替代被测电力变压器绕组L); ⑤20 Q,200 W电阻1个,45 V,5 A二极管一 个(作为放电回路的放电电阻R 和D) ⑥直流电流表(5A)1台;直流电压表(最高 2 V,最低0.4 V)1台; ⑦开关3个; ⑧秒表一个、温度计一个、导线若干。 (2)实验原理接线图及说明 实验原理接线图如图4所示。该实验线路由 测量回路和放电回路组成。 电力变压器绕组直流电阻的快速测量探索 测量回路由稳压电源E、限流电阻r、可调电 阻尺、开关、电压表、电流表等组成; ①按实验原理接线图接好实际电路(注意:由 于被测电阻小,采用电压表内接法,并使其尽量靠 近被测绕组L); ②测量时,尺选5 n档,合K。,将尺短接,计 算预定值I。,I =El(R+r+R )(实际测变压器 绕组时可按Jz—E/(R+r),这里可取Rx一 0.5 Q,j2—1.579 A); 放电回路由反向二极管D、放电电阻R 组 成。充电时二极管关断,电源对绕组充电。断电 时(K 断开时)二极管导通,绕组通过二极管D 和放电电阻R 放电。 实验时用0.4 Q电阻、120 H电感等效电力 变压器绕组L。 ③再合K (同时按下秒表,开始计时),观察 实验时突变电阻R用两种阻值(5 Q和10 Q) 测量。 电流表读数,待电流增加到预定值J。后,立即断 开K (同时按下秒表,结束计时,记录所用时间), 电阻R串入测量回路,电流很快就稳定下来; ④电流稳定后,接入电压表(合l<3),测量绕组 上的电压降,记录电压表读数U、电流表读数J; ⑤测量完毕,应先断开电压表(断开K。),后 断开电源(K ),以免断电时产生的反电动势损坏 电压表; 图4增大回路电阻的电路突变法原理接线图 ⑥R选1O Q档,合K ,将R短接,计算预定 值J (J ===1.O1 A);重复实验步骤③~⑤。 (3)实验步骤 (4)实验数据及处理 表2实验数据及处理(测量温度To:25℃) R IfA 1.585 5 n 1.580 1.586 1.035 1O Q 1.038 1.039 U O.714 O.713 电流达到预定值时间t/s 17.2 16.5 18.2 9.50 9.50 R O.451 0.450 0.450 0.450 0.715 0.466 0.468 0.470 0.451 0.452 9.50 均一平一 —一∞ U值一 —U 由于R,随温度有一定的变化,应将不同温 [2]徐富新,刘碧兰.大学物理实验l-M].长沙:中南大学 出版社. 度下测得的电阻值换算到同一温度,一般按下式 换算到75℃的电阻值: T I_r [3]邱关源.电路EM].5版.北京:高等教育出版社, 2004. R ℃一R ×睾干—』1I』 ,T为常数(铜导线取 0 1-4]金盛.浅谈变压器直流电阻试验EM].江西电力, 2006(5). 234.5,铝导线取225),To为测量时的温度。 参考文献: [1]杨兵初.大学物理学l-M].北京:高等教育出版社. E5]李磊,功学军.箱式电位差斗交流电源的新设计[J]. 大学物理实验,2007(2):57—59. Study on Rapid Measurement of Power Tansformer Winding DC Resistance YANG Shi—chen .LIU Can (1.Changjun High School,Hunan Changsha 410000;2.Central South University,Hunan Changsha 410083) Abstract:Due to the large inductance,small resistance-characteristics of power transformer winding DC resistance measurement,the time is too long,this paper proposes a method for the rapid measure— ment. Key words:power transformer;IX;resistance;rapid measurement