浅谈变压器直流电阻快速测量技术及其应用

刘照林

（国营大众机械厂，山西太原 030024）

0 引言

在对大型变压器进行线圈的直流电阻测量中，当我们合上电桥电源，总需要等待一段时间，待检流计稳定后，才能测出最终结果，这段时间通常被叫做“充电过程”。充电过程的长短随变压器容量和电压等级而有区别，对于大容量的变压器，充电过程可长达几分钟至十几分钟。为了对大容量变压器的直流电阻进行快速测量，提高主要供电设备检修的工作效率，需要缩短充电过程。因此，缩短充电过程是解决大容量变压器直流电阻快速测量问题的关键。现对实现缩短充电过程的工作原理及方法问题讨论分析如下:

1 工作原理

在对线性电路的过渡过程现象的研究分析中我们知道:在一定条件下，电路有一定的稳定状态。当电路的结构、参数或电源等发生改变，则电路将从原来的稳态变到新的稳态。这种稳定状态的改变一般不会在一瞬间完成，而需要一个转变过程。这种介于两个稳态之间的变化过程叫做过渡过程。大容量变压器直流电阻测量中较长时间的充电过程，正是这种介于两个稳态之间的变化过程。

（1）为了使问题讨论简便，我们将变压器用R、L等值代替，这样不论用压降法或双桥法测量，均可用图1的等效电路说明大型变压器直流电阻测量中的整个充电过程。

图1 测量变压器直流电阻等效电路图

设在t=0的瞬间将图1电路中的K合上，此时电路的状态可用下式表示。

解此微分方程可知，电路中电流由稳态和暂态二个分量组成:

（2）从式（2）中，我们可以了解到大容量变压器直流电阻测量中的充电全过程及变化规律:

（a）充电电流由初始值零按指数函数的规律变化，逐渐上升至稳态值。如图2所示:

图2 充电电流按指数函数规律变化曲线图

（b）充电时间常数τ是一个具有时间量纲的量，与电源无关而仅由电路参数决定，它反映暂态分量衰减的快慢。τ愈大，充电过程进行得愈慢。充电时间常数τ与电路参数L和（r+R）的关系从物理意义上不难理解。假定电源电压U是相同的，如果L越大，则电流的变化率越小，电流增长到稳态值就要慢一些;如果（r+R）越小，则稳态值越大，达稳态需要的时间就要长一些，这与从式中看到的τ=越大则i″衰减越慢的结论是一致的。

（3）充电电流i和稳态电流i'之比的大小与充电时间τ的关系如表1所示。

表1 充电电流i和稳态电流i'之比的大小与充电时间τ的关系

（a）从表1所列数值可以看出，经过τ秒时间，充电电流i上升至稳态电流i'的63.2%;经过5τ～6τ的时间，充电电流才能趋近于稳态电流的数值。

（b）从上面的分析可知，要想缩短充电时间，只有减小充电时间常数τ。而τ=，要减小τ，只有减小L或加大r，从实用的角度讲，增加r比较容易实现。

2 参数的选择

2.1 r的选择

从上面的分析可知，充电时间常数τ，表征着充电时间的快慢。如果我们要求充电时间缩短n倍，则τ必须减少n倍。

式中，R为被测变压器的直流电阻及双臂电桥电流回路的串联电阻。r为快速测定器的外加电阻;t1为没有加入r的充电时间;t2为要求外加电阻r后的充电时间。

一般情况下，当R≤1 Ω时的充电时间为5 min～15 min。如要求半分钟内充电电流稳定，则n可取10～30倍可满足此要求。r的选择还需根据P=I2r来考虑其热容量。

2.2 电源电压U的选择

双电桥的灵敏度与电流回路的电流大小有关。当电流回路中增加了外加电阻后，如不增加电源电压U，将使电流减小，电桥灵敏度降低。为此在不降低电桥灵敏度的前提下，还应适当增加电源电压，直至流过电流回路的电流不超过最大允许值为止。

3 快速测量方法应用实例

QJ103型双桥附加快速测定器，全部测量线路如图3所示。其中Ⅱ为快速测定器部分，它包括附加电源，附加可调电阻及一个电流表。

图3 QJ103型双桥附加快速测定器线路

使用时，先按图3接好线，电桥C2与附加器C2相连，被试变压器按四端接线法接到电桥的C1、P1、P2及附加器的C'2。调节电桥比例臂旋钮至适应位置，附加电阻r根据被试变压器直流电阻用式（3）估算，调至适当位置，按下电源按钮“B”，这时电流表指示增大，大约半分钟内稳定即可进行正常测量。

经过实测证明，这一方法在测量精度相同条件下，测量时间可缩短20～30倍，且操作简便，快速测定器电路制作简单易行，可以大大缩短充电时间，能有效解决生产实践中大型变压器直流电阻的快速测量问题，具有较高的推广应用价值。