Page 105 - 电力与能源2024年第三期

朱 岳，等：电气试验仪器功能整合与轻量化技术 379

选择过零检测鉴相法作为介损测量原理。 耗，导致转换过程中的能量损失，从而降低系统的
过零检测鉴相法的工作原理如图 3 所示。将 整体效率，还会产生高频噪声和电磁干扰，这会对
采样电路检测电压和电流信号的过零点通过逻辑 周围的电子设备和通信系统造成干扰。
转换为一定宽度的时间信号，脉冲宽度反映了相 在感性负载下，为了给交流调压电路提供续
位差的大小，通过测量相位差方波的宽度，即可以 流通路，在串联双向开关 S1 的同时，还须将负载
得到介质损耗角 δ 和介质损耗因数 tgδ。该方法 与双向开关 S2 并联。当开关 S1 导通、S2 关断时，

利用单片机技术实现起来非常简便。 输出电压等于输入电压；当开关 S1 关断、S2 导通
时，输出电压为零。控制开关导通时间与关断时
间之比即能控制交流调压器的输出电压。开关
S1 和 S2 动作的频率称为斩波频率。斩波频率越
高，输出电压中的谐波电压频率越高，滤波越容
易。当斩波频率不是输入电源频率的整数倍时，
输出电压中会产生分数次谐波。当斩波频率较低

时，分数次谐波较大，会对负载产生恶劣影响。将
图 3 过零检测鉴相法原理
斩波信号与电源电压锁相，可消除分数次谐波。
在过零检测鉴相法介质损耗测量电路中，电
斩波控制的交流调压电路的功率开关元件必须采
压和电流信号通过信号抽取单元、滤波与放大电
用功率晶体管或其他自关断元件，因此成本较高。
路等处理后转换成时间信号 Δt，再通过单片机的
斩控式交流调压电路原理如图 4 所示，一般
计数器测量脉冲宽度，并采用数字处理方法计算
采用全控型器件作为开关器件。其基本原理和直
得到介质损耗因数值。同时，图 3 中限幅放大电
流斩波电路有类似之处，只是直流斩波电路输入
路输出的信号经 V/F 变换后输入单片机进行计
的是直流电压，而斩控式交流调压电路输入的是
数，根据测量信号与标准信号的计数比值可计算
正弦交流电压。在交流电源 u 1 的正半周，用 V1 进
得到试验样品的电容值，在绝缘电阻的测试中，同
行斩波控制，用 V3 给负载电流提供续流通道；在
样需要测试试验样品的吸收比。吸收比的本质是
交流电源 u 1 的负半周，用 V2 进行斩波控制，用 V4
试验样品中电容分量与电阻分量的比例，以及最
给负载电流提供续流通道。设载波器件（V1 或
终电阻分量的大小。借助过零介损检测方法，通
V2）导通时间为 t on，开关周期为 T，则导通比 a=
过提升仪器的输出电压，就可以分析出在高压下
t on/T。与直流斩波电路一样，斩控式交流调压电
试验样品电容与电阻分量的各自大小及比例，也
路也可以通过改变导通比 a 来调节输出电压。
就可以实现同时检测介损、绝缘电阻和泄漏电流
等电气参数的功能整合。
3.2 工频变压器轻量化技术
采用基于电力电子技术的调压系统，是工频
变压器实现轻量化的关键。电力电子技术的轻量
化调压，目前有晶闸管调压器和逆变式调压器两
种。晶闸管调压器采用的是相控方式，因此输出 图 4 斩控式交流调压电路结构

波形较差，且其高次谐波明显不是正弦波，这会对 交流斩波调压用一组频率恒定、占空比可调
试验产生较大影响，因此必须使用具有正弦波特 的脉冲，对正弦波电压进行调制，得到边缘为正弦
性的交流调压电路 ［6-7］ 。逆变式调压器通过控制 波、占空比可调的电压波形。该电压的基本谐波
开关管的导通和断开来实现电压调节。其内部的 频率为 50 Hz。改变占空比，即可改变输出电压。
开关管在开关过程中不仅会产生一定的开关损 利用具有自关断能力的电力半导体器件就可以方