CN105527500B - 温度可控的变压器损耗测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度可控的变压器损耗测量系统，包括：加热台、信号发生器、示波器、处理器、温度传感器、采样电阻；待测变压器放置在加热台上，信号发生器的正极输出端连接待测变压器的初级线圈的正极端，待测变压器的初级线圈的负极端分别连接采样电阻和示波器的通道一的正极端，采样电阻另一端分别接地和示波器通道一负极端，待测变压器次级线圈正、负极端连接示波器通道二正、负极端，信号发生器负极输出端、采样电阻另一端和待测变压器次级线圈负极端依次连接，加热台、信号发生器、示波器和温度传感器分别与处理器连接，温度传感器测量待测变压器的温度。本发明实现在不同的温度环境下测量变压器损耗，快速、简单、准确、仪器成本低。

Description

温度可控的变压器损耗测量系统

技术领域

本发明涉及磁性元件测量技术领域，特别是涉及一种温度可控的变压器损耗测量系统。

背景技术

随着科学技术的不断进步，开关电源作为电子设备的核心组成部分也经过了几个周期的发展。磁性元件是开关电源的关键器件，体积及重量一般要占到百分之二十到三十。磁性元件又可分为电感和变压器，电感主要起到滤波作用，变压器主要起到电压变换和电气隔离作用。磁性元件的损坏直接影响开关电源可靠性。损耗是导致磁性元件损坏的直接因素。不同的工作环境下会产生不同的损耗。

现有技术中对开关电源变压器损耗测量方法分为直接法和间接法。直接法是通过测量线圈的电压和电流来获得损耗，主要包括示波器法、瓦特表法、谐振法。间接法主要包括量热法、电桥法、阻抗分析法。但是现有技术中存在一些不足：都没有考虑温度环境改变对开关电源变压器损耗的影响。

发明内容

基于上述情况，本发明提出了一种温度可控的变压器损耗测量系统，在不同的温度环境下测量变压器损耗，快速、简单、准确、仪器成本低。

为了实现上述目的，本发明技术方案的实施例为：

一种温度可控的变压器损耗测量系统，包括：加热台、信号发生器、示波器、处理器、温度传感器、采样电阻；

待测变压器放置在所述加热台上，所述信号发生器的正极输出端连接所述待测变压器的初级线圈的正极端，所述待测变压器的初级线圈的负极端分别连接所述采样电阻和所述示波器的通道一的正极端，所述采样电阻的另一端分别接地和所述示波器的通道一的负极端，所述待测变压器的次级线圈的正极端连接所述示波器的通道二的正极端，所述待测变压器的次级线圈的负极端连接所述示波器的通道二的负极端，所述信号发生器的负极输出端、所述采样电阻的另一端和所述待测变压器的次级线圈的负极端依次连接，所述加热台、信号发生器、示波器和温度传感器分别与所述处理器连接，所述温度传感器用于测量所述待测变压器的温度。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明温度可控的变压器损耗测量系统，待测变压器放置在加热台上，信号发生器可以根据变压器的实际工作模式输出任意的信号到变压器初级线圈上，变压器次级线圈由示波器采集输出信号数据，示波器的另一通道检测与变压器初级线圈连接的采样电阻的电压，两个通道的检测数据送至处理器进行数据处理，同时温度传感器测量待测变压器的温度并传输到处理器，实现了在不同的温度环境下对变压器损耗的测量，快速、简单、准确、仪器成本低，适合实际应用。

附图说明

图1为一个实施例中温度可控的变压器损耗测量系统原理图；

图2为一个实施例中温度可控的变压器损耗测量系统的结构示意图；

图3为一个实施例中温度可控的变压器损耗测量系统校准时的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

一种实施例中温度可控的变压器损耗测量系统，包括：加热台、信号发生器、示波器、处理器、温度传感器、采样电阻；

待测变压器放置在所述加热台上，所述信号发生器的正极输出端连接所述待测变压器的初级线圈的正极端，所述待测变压器的初级线圈的负极端分别连接所述采样电阻和所述示波器的通道一的正极端，所述采样电阻的另一端分别接地和所述示波器的通道一的负极端，所述待测变压器的次级线圈的正极端连接所述示波器的通道二的正极端，所述待测变压器的次级线圈的负极端连接所述示波器的通道二的负极端，所述信号发生器的负极输出端、所述采样电阻的另一端和所述待测变压器的次级线圈的负极端依次连接，所述加热台、信号发生器、示波器和温度传感器分别与所述处理器连接，所述温度传感器用于测量所述待测变压器的温度。

所述信号发生器的输出端包括正负两极，正极与所述待测变压器的初级线圈的正极端连接，负极与所述采样电阻的接地一端、所述待测变压器的次级线圈的负极连接；

处理器发送控制指令到加热台和信号发生器，控制加热台的温度和信号发生器输出的信号，处理器采集示波器和温度传感器上的数据进行数据处理，控制示波器工作；

信号发生器可以根据变压器的实际工作模式输出任意的信号到变压器初级线圈上，变压器次级线圈由示波器采集输出信号数据，示波器的另一通道检测与变压器初级线圈连接的采样电阻的电压，两个通道的检测数据送至处理器进行数据处理，同时温度传感器测量待测变压器的温度并传输到处理器。

从以上描述可知，本发明温度可控的变压器损耗测量系统在不同的温度环境下测量变压器损耗，快速、简单、准确、仪器成本低，有很高的实际应用价值。

此外，在一个具体示例中，所述温度可控的变压器损耗测量系统还包括连接在所述信号发生器和所述待测变压器之间的功率放大器，所述信号发生器的正极输出端连接所述功率放大器的正极输入端，所述信号发生器的负极输出端连接所述功率放大器的负极输入端，所述功率放大器的正极输出端连接所述待测变压器的初级线圈的正极端，所述功率放大器的负极输出端、所述采样电阻的另一端和所述待测变压器的次级线圈的负极端依次连接。

由于信号发生器通常输出功率有限，功率放大器可以将信号发生器输出的功率进行放大，当功率放大器的输出功率足够大时可以测得变压器的饱和区，符合实际应用需求。

此外，在一个具体示例中，所述温度可控的变压器损耗测量系统还包括初级测试转接板，所述初级测试转接板用于实现所述功率放大器的正极输出端与所述待测变压器的初级线圈的正极端的连接，以及所述待测变压器的初级线圈的负极端分别与所述采样电阻和所述示波器的通道一的正极端的连接，简单、方便。

此外，在一个具体示例中，所述温度可控的变压器损耗测量系统还包括次级测试转接板，所述次级测试转接板用于实现所述待测变压器的次级线圈的正极端与所述示波器的通道二的正极端的连接，以及所述待测变压器的次级线圈的负极端与所述示波器的通道二的负极端的连接，快速实现准确连接，适合实际应用。

此外，所述温度可控的变压器损耗测量系统还包括绝热样品盒，所述绝热样品盒放置在所述加热台上，所述待测变压器放置在所述绝热样品盒内；待测样品放置在绝热样品盒内，样品盒可以控制待测样品的热扩散，同时样品盒两侧留有细孔，可以伸出线圈的接线端，方便使用。

其中，所述温度传感器的温度传感部分放置在所述绝热样品盒内，所述温度传感器的温度测量部分放置在所述绝热样品盒外，温度传感器读取样品盒内待测样品的温度并将读取的温度传输到处理器，准确、简单。

其中，所述加热台、信号发生器、示波器和温度传感器通过GPIB或LAN或USB分别与所述处理器连接，更加适合实际应用。

其中，所述绝热样品盒内放置有石棉，所述绝热样品盒外增加隔热板，进一步控制样品盒内待测样品的热扩散，使测量更加准确。

为了更好地理解本方法，以下详细阐述一个本发明温度可控的变压器损耗测量系统应用实例。

其测试原理如图1所示，信号发生器输出信号经由功率放大器输入到变压器初级线圈上，变压器次级线圈由示波器采集输出电压信号数据，示波器的另一通道检测与变压器初级线圈连接的采样电阻的电压，两个通道的检测数据送至计算机进行数据处理。

如图1、2所示，该应用实例可以包括：程控加热台、信号发生器、功率放大器、初级测试转接板、示波器、次级测试转接板、计算机、温度传感器、采样电阻、绝热样品盒；

待测变压器放置在绝热样品盒内，绝热样品盒内放置在程控加热台上，信号发生器的正极输出端连接功率放大器的正极输入端，信号发生器的负极输出端连接功率放大器的负极输入端，功率放大器的正极输出端连接待测变压器的初级线圈的正极端，待测变压器的初级线圈的负极端分别连接采样电阻和所述示波器的通道一的正极端，采样电阻的另一端分别接地和示波器的通道一的负极端，待测变压器的次级线圈的正极端连接示波器的通道二的正极端，待测变压器的次级线圈的负极端连接示波器的通道二的负极端，功率放大器的负极输出端、采样电阻的另一端和待测变压器的次级线圈的负极端依次连接，程控加热台、信号发生器、示波器和温度传感器分别与计算机连接；

上述信号发生器可以根据变压器的实际工作模式输入任意的信号，比如，正弦波、方波和三角波等，并且可以调节所输入信号的大小(幅值和频率)，对于正弦波信号，信号发生器必须能够产生失真程度尽量低的信号，一旦失真程度高，失真的信号也将被功率放大器所放大；信号发生器至少带有两个通道，同时可以精确控制两个通道的相位差，以便用于验证示波器相位差的测量；

由于信号发生器输出功率有限，需要通过功率放大器进行放大。上述功率放大器的二次谐波抑制必须足够大，保证进入待测变压器初级线圈的驱动信号与次级所得输出信号之间的相位足够稳定；当功率放大器的输出功率足够大时可以测得变压器的饱和区；功率放大器的频率响应范围必须能够覆盖测量要求；

上述程控加热台整个加热面板采用纯铜材料制作，导热系数高，加热快等；加热功率足够高，保证变压器样品的测量要求，目前大部分的变压器加热范围在125度以下，加热台也可以使用液体浸泡式或者热流循环式；

上述示波器对采样电阻和次级线圈电压输出信号进行实时监测，同时记录和保存数据；

上述初级测试转接板和次级测试转接板可以做成一体或者分开制作；转接板不需要放置在样品盒中；初级测试转接板用于实现所述功率放大器的正极输出端与所述待测变压器的初级线圈的正极端的连接，以及所述待测变压器的初级线圈的负极端分别与所述采样电阻和所述示波器的通道一的正极端的连接；次级测试转接板用于实现所述待测变压器的次级线圈的正极端与所述示波器的通道二的正极端的连接，以及所述待测变压器的次级线圈的负极端与所述示波器的通道二的负极端的连接；

上述绝热样品盒内放置待测变压器，样品盒两侧留有细孔，可以伸出线圈的接线端；盒子内部放置石棉控制热扩散，样品盒外面增加隔热板等进一步控制热扩散；

上述温度传感器的温度传感部分放置在绝热样品盒内，温度传感器的温度测量部分放置在绝热样品盒外；

上述程控加热台、信号发生器、示波器和温度传感器通过GPIB或LAN或USB分别与计算机连接，计算机发送控制指令到加热台和信号发生器的控制端，控制加热台的温度和信号发生器输出的信号，计算机采集示波器和温度传感器上的数据进行数据处理，控制示波器工作；

在使用图2的温度可控的变压器损耗测量系统进行测量之前，要对系统校准，校准 连接图如图3所示，计算机连接信号发生器的输入端，信号发生器的两个输出通道分别连接 示波器的通道一和通道二，示波器的输出端连接计算机，校准步骤：首先设定信号发生器的 两个输出通道的频率、幅值和相位，设定示波器的水平显示时间精度、电压标尺、采集数据 的长度等；然后采集示波器两个通道输出的波形数据；最后根据采集的数据计算相位差：其中为相位差，u₁ (k)，u₂(k)分别是示波器两个通道输出的波形数据，相位本底误差：其中是 在信号发生器中设定的相位误差；

使用图2的温度可控的变压器损耗测量系统进行测量的步骤包括：设定程控加热台的温度，实时采集温度传感器的温度；设定信号发生器测量的频率范围，以及频率的步长，或者需要采集的频率点，并把这些设置变成指令，传输至信号发生器，进行信号发生器设定；设定示波器两个通道的数据采集，获得波形数据；根据获得的数据计算损耗：其中U_rms是变压器次级线圈得到的波形数据，I_rms是初级电流，由采样电阻的电压除以电阻阻值得到，为相位差。

本应用实例待测变压器放置在程控加热台上，信号发生器可以根据变压器的实际工作模式输出任意的信号到变压器初级线圈上，变压器次级线圈由示波器采集输出信号数据，示波器的另一通道检测与变压器初级线圈连接的采样电阻的电压，两个通道的检测数据送至计算机进行数据处理，温度传感器测量待测变压器的温度并传输到计算机，实现了在不同的温度环境下对变压器损耗的测量，快速、简单、准确、仪器成本低。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种温度可控的变压器损耗测量系统，其特征在于，包括：加热台、信号发生器、示波器、处理器、温度传感器、采样电阻；

待测变压器放置在所述加热台上，所述信号发生器的正极输出端连接所述待测变压器的初级线圈的正极端，所述待测变压器的初级线圈的负极端分别连接所述采样电阻和所述示波器的通道一的正极端，所述采样电阻的另一端分别接地和所述示波器的通道一的负极端，所述待测变压器的次级线圈的正极端连接所述示波器的通道二的正极端，所述待测变压器的次级线圈的负极端连接所述示波器的通道二的负极端，所述信号发生器的负极输出端、所述采样电阻的另一端和所述待测变压器的次级线圈的负极端依次连接，所述加热台、信号发生器、示波器和温度传感器分别与所述处理器连接，所述温度传感器用于测量所述待测变压器的温度；处理器发送控制指令到加热台和信号发生器，控制加热台的温度和信号发生器输出的信号，处理器采集示波器和温度传感器上的数据进行数据处理，控制示波器工作。

2.根据权利要求1所述的温度可控的变压器损耗测量系统，其特征在于，还包括连接在所述信号发生器和所述待测变压器之间的功率放大器，所述信号发生器的正极输出端连接所述功率放大器的正极输入端，所述信号发生器的负极输出端连接所述功率放大器的负极输入端，所述功率放大器的正极输出端连接所述待测变压器的初级线圈的正极端，所述功率放大器的负极输出端、所述采样电阻的另一端和所述待测变压器的次级线圈的负极端依次连接。

3.根据权利要求2所述的温度可控的变压器损耗测量系统，其特征在于，还包括初级测试转接板，所述初级测试转接板用于实现所述功率放大器的正极输出端与所述待测变压器的初级线圈的正极端的连接，以及所述待测变压器的初级线圈的负极端分别与所述采样电阻和所述示波器的通道一的正极端的连接。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的温度可控的变压器损耗测量系统，其特征在于，还包括次级测试转接板，所述次级测试转接板用于实现所述待测变压器的次级线圈的正极端与所述示波器的通道二的正极端的连接，以及所述待测变压器的次级线圈的负极端与所述示波器的通道二的负极端的连接。

5.根据权利要求1所述的温度可控的变压器损耗测量系统，其特征在于，还包括绝热样品盒，所述绝热样品盒放置在所述加热台上，所述待测变压器放置在所述绝热样品盒内。

6.根据权利要求5所述的温度可控的变压器损耗测量系统，其特征在于，所述温度传感器的温度传感部分放置在所述绝热样品盒内，所述温度传感器的温度测量部分放置在所述绝热样品盒外。

7.根据权利要求1所述的温度可控的变压器损耗测量系统，其特征在于，所述加热台、信号发生器、示波器和温度传感器通过GPIB或LAN或USB分别与所述处理器连接。

8.根据权利要求5或6所述的温度可控的变压器损耗测量系统，其特征在于，所述绝热样品盒内放置有石棉，所述绝热样品盒外增加隔热板。