電力變壓器直流電阻的快速測量方法----恒流源的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)（一）

第四章直流電阻測試儀用恒流源的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

4.1恒流源的應(yīng)用與分類

近年來電力變壓器直流電阻快速測試的研究中，恒流源器件被廣泛采用，這是由于經(jīng)仿真試驗(yàn)表明：較大的直流電流有利于感性負(fù)載直流電阻測量的快速性；具有高穩(wěn)定度的直流電流有利于感性負(fù)載直流電阻測量的準(zhǔn)確性。因此，研究一種具有高穩(wěn)定性、較強(qiáng)帶負(fù)載能力的較大容量的恒流源直接決定感性負(fù)載直流電阻測量的準(zhǔn)確性、快速性和可靠性。因此本章介紹恒流源的基本原理和類型，并進(jìn)行了恒流源器件的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)。

一般把能夠向負(fù)載提供恒定電流的電源稱為“恒流源”。所謂“恒流”是一種習(xí)慣叫法，并不是電流值絕對(duì)不變，而是在一個(gè)工作范圍內(nèi)保持足夠的穩(wěn)定性。恒流源的基本作用是消除或削弱負(fù)載電阻和環(huán)境溫度變化對(duì)輸出電流的影響。

恒流源分類：按照所采用的調(diào)整元件不同，可分為電真空器件恒流源、雙極性晶體管恒流源、場效應(yīng)器件恒流源和集成電路恒流源。按照調(diào)整方式不同，恒流源可分為直接調(diào)整型恒流源和間接調(diào)整型恒流源。間接調(diào)整型恒流源根據(jù)調(diào)整元件的工作狀態(tài)不同，又分為連續(xù)調(diào)整型恒流源、開關(guān)調(diào)整型恒流源[21]和組合調(diào)整型恒流源等。

文中先按調(diào)整方式分類對(duì)各種恒流源電路的特點(diǎn)與性能作簡要介紹。然后則根據(jù)采用的調(diào)整元件不同，對(duì)各類恒流源電路進(jìn)行詳細(xì)討論。

4.1.1.直接調(diào)整型恒流源

直接調(diào)整型恒流源由恒流器件和供電電源串聯(lián)組成，電路結(jié)構(gòu)非常簡單，主要是利用了恒流器件的非線性特性對(duì)負(fù)載電流進(jìn)行直接調(diào)整并使之保持穩(wěn)定。作為恒流器件，早先采用鎮(zhèn)流管，目前則廣泛使用半導(dǎo)體恒流二極管。半導(dǎo)體恒流二極管在電路中的連接方法及其恒流特性如圖4-1（a）所示。

半導(dǎo)體恒流二極管能在很寬的電壓范圍Us～Ub內(nèi)提供十分恒定的電流，如圖4-1（b），它在晶體管電路中得到了廣泛應(yīng)用。但是，目前恒流二極管的最大電流只是毫安級(jí)，限制了它的應(yīng)用。

4.1.2間接調(diào)整型恒流源電子管、晶體管一般不能直接提供恒定電流，但可利用它們和其它電子元器件組合而成的恒流電路來實(shí)現(xiàn)恒流，所以稱為間接調(diào)整。根據(jù)調(diào)整元件的工作狀態(tài)不同，又分為連續(xù)調(diào)整、開關(guān)調(diào)整和組合調(diào)整型恒流源。

（1）連續(xù)調(diào)整型恒流源圖4-2是連續(xù)調(diào)整型恒流源的結(jié)構(gòu)示意圖，其中4-2（a）是開環(huán)電路，4-2（b）是閉環(huán)電路。在圖4-2（a）中，由基準(zhǔn)電壓Us，精密電阻Rs與射極跟隨器F構(gòu)成連續(xù)調(diào)整型恒流源開環(huán)電路。由于跟隨器的輸出電壓和輸入電壓（即基準(zhǔn)電壓Us）大致相等，因此串聯(lián)在輸出電流通路中的實(shí)際負(fù)載上流過近似恒定的電流，它等于基準(zhǔn)電壓S U與精密電阻Rs之比，即Io = Us/ Rs.

圖4-2（b）為連續(xù)調(diào)整型恒流源閉環(huán)電路，其中A為放大器，它是一個(gè)輸入端接基準(zhǔn)電壓Us，另一輸入端加上反饋電壓IoRs，由于放大器的作用，使輸出電流在標(biāo)準(zhǔn)電阻S R上的壓降和基準(zhǔn)電壓近似相等，得到Io = Us/ Rs.由此可見，連續(xù)調(diào)整型恒流源的輸出電流僅由基準(zhǔn)電壓和標(biāo)準(zhǔn)電阻決定，而與電源電壓和負(fù)載變化無關(guān)。

（2）開關(guān)調(diào)整型恒流源

圖4-3是開關(guān)調(diào)整型恒流源，這里的電源Us通過開關(guān)S和濾波回路向負(fù)載R_L提供電流。由于這個(gè)電流也通過標(biāo)準(zhǔn)電阻Rs而放大器A將Rs上的電壓降IoRs和基準(zhǔn)電壓Us比較，并對(duì)開關(guān)S進(jìn)行控制以保持輸出電流Io的穩(wěn)定。

圖4-3中S是一個(gè)電子開關(guān)，他的形式很多，在交流輸入的情況下，一般采用單結(jié)晶體管觸發(fā)的可控硅相控開關(guān)電路。而在直流輸入時(shí)，則用多諧振蕩器控制的開關(guān)電路。開關(guān)型恒流源用于輸出容量大，但對(duì)恒流源性能要求不高的場合，例如用作蓄電池的恒流充電器。

（3）組合調(diào)整型恒流源

在連續(xù)調(diào)整型恒流源閉環(huán)電路中，當(dāng)負(fù)載電阻很小甚至短路時(shí)，輸入電源電壓全部加到調(diào)整管的集-射極，耗散功率很大。所以，這種電路的恒流性能雖好，但輸出容量不能很大。對(duì)于開關(guān)調(diào)整型恒流源，因其調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，效率明顯提高，但輸出紋波較大。為了克服上述矛盾，可以采用組合調(diào)整型恒流源，即在開關(guān)調(diào)整穩(wěn)壓電路后緊接連續(xù)調(diào)整恒流電路。