差动变压器及应用
差动变压器及其应用
一、差动变压器简介（摘自日刊《传感器技术》1986年5月专号）
差动变压器是一种将机械位移变换成电信号的电磁感应式位移传感器。它主要是靠圆筒线圈内的可动铁芯的位移，在圆筒线圈的输入线圈和输出线圈之间建立起相互感应关系，可动铁芯的位移可以通过测定与其成正比的输出线圈的感应电压来获得。
1、差动变压器的特点
（1）线性范围的种类很多，容易根据用途进行选择，通常在±2mm～±200mm级之间有10个左右类型的品种。
（2）结构简单，所以耐振性和耐冲击性都很强。
（3）不磨损，不变质，耐久性优良。
（4）输出电压对铁心的位移有精确的比例，即直线性好。一般这种传感器中全行程偏差小于1%，在高档品可以保证在±0.2%～±0.3%。
（5）因为灵敏度高，可以获得大的输出电压，不要求外围电路高级化也能检测到微小的位移。
（6）因为输出变化平滑，故能进行高分辨率的检测。
（7）零点稳定，以其作为测定的基准点对维持精度有好处。
（8）能够得到从500Hz到100Hz的高的响应速度。
2、差动变压器原理
差动变压器的构造原理如图1-1所示，由圆筒形线圈和与其完全分离的铁芯构成。典型的差动变压器的圆筒线圈有三只，各是总长度的三分之一，中间是一次线圈，两侧是二次线圈。加入圆筒线圈中的铁芯用来在线圈中链接磁力线而构成磁路。
当在中间的一次线圈加上交流电压时（即激磁），由于与两端线圈的互感就产生了电动势（这一点与普通变压器相同）。
因为二次线圈彼此极性相反地串联，两个二次线圈中的感应电动势相位相反，将其相加的结果，在输出端产生二者的电位差。相对于线圈长度方向的中心处，两个二次线圈的感应电压大小相等方向相反，因而输出为零。这个位置被称为差动变压器的机械零点（或简称为零点）。当铁芯从零点相某一方向改变位置时，位移方向的二次线圈的电压就增大，另一个二次线圈的电压则减小。
产品设计保证产生的电位差与铁芯的位移成正比。当铁芯从零点向与刚才相反的方向移动
时，就会同样产生成正比的电压，但是相位与刚才的情况相差180°。相对于铁芯位移的二次线圈电压和输出电压差的关系示于图1-2。
电压差和铁芯位移成正比的范围称为直线范围，其比例性称为线性，是差动变压器最重要
的一项指标。
图1-1 差动变压器构造原理
图1-2 差动变压器铁芯位移—输出关系
3、种类 差动变压器分类的依据有如下几种：
（1）根据输入到一次线圈的电压（激磁类型）：
▲ 商用电源型，适用于50～60Hz ，6.3V 电源激磁的实用测量仪器；
＋X
－
X ＋X
－
X
P
零点
x
▲振荡电源型，是由1～5KHz的振荡电路激磁的方式，适用于要求一定精度和响应特性的应用测量仪表；
▲直流电源型，在差动变压器的线圈部分安装半导体器件构成线圈内部的激磁振荡电路和二次输出检波电路，是输入和输出皆为直流的差动变压器，叫做DC—DT。
（2）根据铁芯的位移1范围（位移类型）：
◆微小位移型，从结构上考虑了怎样用于计测0.5mm以下的微小位移；
◆一般位移型，大约以100mm以下的位移为计测对象；
◆长行程型，以120～400mm级的长行程的测量为对象。
（3）根据使用环境（环境类型）：
■标准型，在温度为-30～+90℃，湿度为80%左右的通常环境中使用；
■耐环境型，用于高温、高湿、防水和耐放射性等环境的传感器。
4、外观和结构
标准的差动变压器由圆筒形的线圈和棒状的铁芯构成，在实际使用中也有装上导座和弹簧的结构，见图1-3（略）。
特性和规格
将差动变压器作为位置传感器时，选择的规格项目如下：
◆激磁电源（频率、电压、波形等）；
◆结构（是否需要导座和弹簧）；
◆线性范围（通常为±1%，高档品为±0.5%～±0.2%）；
◆灵敏度（对应铁芯位移1mm的输出）；
◆阻抗（输入端、输出端阻抗）；
◆连接条件（电缆、插座、输入电路等）；
◆装配方法（与被测对象的连接方法等）；
◆环境条件（温度、湿度、灰尘、防水性、防锈条件等）。
5、应用
因为差动变压器作为位移传感器的优良特性，几乎在一切工业领域得到了应用，下面介绍几个具体例子。
（1）钢铁工业：高炉的炉顶水平检测、连续铸造轧辊间隙、砂型振动、凸度等检测，铁水包、中间包等滑动水口的位置检测等。
（2）重型电机工业：蒸汽透平的主阀、旁通阀的阀升程检测，升降机的姿势监控等。
（3）工程机械工业：数控机床模拟检测用的测量头。
（4）陶瓷工业：耐火材料的热膨胀检测，模板玻璃的形状检测。
（5）船舶、车辆工业：柴油机的燃料分类位置检测，汽车发动机的燃料喷射阀的动态特性检测，轮胎、车轮的偏心量检测。
（6）测重机工业：自动计量袋装重量的装置，沥青送料装置计重机。
（7）计测仪器、试验机工业：用于金属材料和塑料等牵引试验、蠕变试验，流量计、液面计的信号变换部分，土木建筑构件的机械试验。
（8）一般工业：组装轴承的隔片选片机，冲压时的动作偏差检测，工件的尺寸和形状偏差检测等。
二、差动变压器（摘自《非电量电测技术》）
此处仅列出提纲，深入研究请查看原文。
1、工作原理与结构
差动变压器的结构分为变隙式和螺线管式两种，变隙式差动变压器由于行程很小，结构也较复杂，因此目前已很少采用，而大多数采用螺管式。
螺管式差动变压器的基本元件有衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈框架等。初级线圈作为激励用，相当于变压器的原边，次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的两个线圈反相串联而成，形成变压器的副边。根据初、次级排列形式不同有二节式、三节式和多节式。三节式的零点电位较小，二节式比三节式灵敏度高、线性范围大，四节式和五节式都是为了改善传感器线性而作的努力。
差动变压器的工作原理可以用变压器原理来解释，不同之处是：一般变压器是闭合磁路，而差动变压器是开磁路；一般变压器原、副边的互感是常数，而差动变压器原、副边之间的互感随衔铁移动而变化。差动变压器工作正是建立在互感变化的基础上。
2、线性度与灵敏度
（1）线性度。差动变压器的线性范围受到螺管线圈轴向磁场不均匀的影响。靠合理的设计保证所要求的线性范围和线性度。
（2）灵敏度。差动变压器的灵敏度是指衔铁移动单位位移时所产生的输出电势的变化，可用mV/mm来表示；在实用中考虑到激励电压的影响，还常用mV/mm/V来表示，即衔铁单位位移所产生的电势变化除以激励电压值。
差动变压器灵敏度的高低与初级电压、次级绕组匝数和激励电压的频率有关：
①与次级匝数的关系
次级匝数增加，灵敏度增加，二者呈线性关系。但是次级匝数不能无限制增加，因为差动变压器零点残余电压也随之变大。
②初级电压
灵敏度与初级电压成正比关系，但初级电压也不能过大，过大时会使差动变压器线圈发热而引起输出信号漂移，一般采用3～8V。
③激励电源频率
在频率很低时，灵敏度随频率增加而增加；当频率升高，线圈的感抗大大高于其电阻时，灵敏度与频率无关；当频率超过某一数值时（该值因衔铁材料而不同），由于高频时导线的
集肤效应使导线有效电阻增加，衔铁的涡流损耗及磁滞损耗增加，使输出下降。图2-1是某种导磁材料输入频率与灵敏度的关系，可供选择激励频率时参考。
图2-1 差动变压器的激磁频率与灵敏度的关系
3、产生误差的原因
误差是指传感器的实际特性与理想特性之间的偏差，这里主要分析传感器本身所固有的系
统误差和随机误差，不涉及测量方法上的误差。 （1）激励电源的幅值和频率影响
激励电源电压幅值的波动会使线圈激励磁场的强度发生变化而直接影响输出电势。频
率的波动影响不大。 （2）温度变化的影响
环境温度的变化会引起线圈及导磁体磁导率的变化，使线圈磁场发生变化而产生温度
漂移。当线圈品质因数较低时，这种影响更为严重。采用恒流源激励比恒压源有利，适当提高线圈的品质因数并采用差动电桥可以减少温度的影响。 （3）零点残余电压
当差动变压器的衔铁处于中间位置时，理想的情况输出电压应为零。但实际上在使用
电桥式电路时，在零点时总有一个微小的电压值（从零点几毫伏到数十毫伏）存在，这个电压称为零点残余电压。图2-2是扩大了的表示零点残余电压的输出特性。虚线为理想特性，实线表示实际特性。零点残余电压的存在会造成零点附近的不灵敏区。
零点残余电压的波形十分复杂，并且不规则。经分析它包含了基波同相成分、基波正交成
分，还有二次和三次谐波以及幅值较小的电磁干扰波等。
零点残余电压产生的原因如下：
K ，m V /m m /V
f ，kHz
图2-2 差动变压器的零点残余电压 图2-3 采用相敏检波后的输出特性
① 基波分量 由于差动变压器两只次级绕组的绕制在工艺上不可能完全一致，因此它
的等效电路参数（互感、自感和损耗电阻等）不可能完全相等，从而使两个感应电势数值不等。初级线圈中铜损电阻及导磁材料的铁损和材质的不均匀，线圈匝间电容的存在，亦使激磁电流与所产生的磁通不同相。
上述因素使得两个次级线圈中的感应电势不仅数值不等，相位也存在误差。相位的不同所
产生的零点残余电压无法通过调节衔铁位移来消除。
② 高次谐波
高次谐波分量主要由导磁材料的磁化曲线的非线性引起。由于磁滞损耗
和磁饱和的影响，使得激励电流与磁通波形不一致，导致产生非正弦波（主要是三次谐波磁通）， 从而在次级绕组感应出非正弦波的电势。 消除零点残余电压的一般方法：
① 从设计和工艺上尽量保证线圈和磁路对称，结构上可采用磁路调节机构；在选取磁路
工作点时，应保证磁场不工作在磁化曲线饱和区域。
② 选用合适的测量线路。采用相敏检波电路不仅可以鉴别衔铁移动方向，而且可以把衔
铁在中间位置时的高次谐波零点残余电压消除很多。如图2-3所示，采用相敏检波后衔铁反行程时的特性曲线由1变成2，从而消除了零点残余电压。
③ 采用补偿线路。在差动变压器应用中，为了消除零点残余电压而采用的电路形式很多，
归纳起来大致有如下几种： ▲ 加串连电阻以消除基波同相成分；一般串连电阻的阻值很小，为0.5～5Ω，用
康铜丝绕制。
▲ 加并联电阻以消除基波正交成分，但它对基波同相成分有影响；并联电阻的阻值为数
十到数百千欧。
▲ 并联电容，改变相移，补偿高次谐波分量；并联电容的数值在100～500pf 范围内。
▲加反馈绕组和反馈电容补偿基波及高次谐波分量。
实际上这些数值通过实验来确定；在搞通差动变压器的工作原理和零点残余电压产生的原因基础上，上述方法可以变通和组合，也有可能设计出新的补偿电路。图2-4给出一些补偿零点残余电压的线路原理图，供参考。
图2-4 差动变压器零点残余电压补偿电路
4、测量电路
（1）差动直流输出电路
差动变压器的输出电压是交流信号，其幅值与衔铁位移成正比。如果用交流电压表测量其输出值只能反映衔铁位移的大小，不能反映位移的方向。其次，交流电压输出存在一定的零点残余电压，即使采用各种补偿方法，也只能减小而不能完全消除。所以在工程实践中常用的是直流输出电路，既能反映衔铁位移方向，又能补偿零点残余电压。
直流输出电路有两种形式：一种是差动相敏检波电路，另一种是差动整流电路。
差动整流电路如图2-5所示，这种电路比较简单，不需要比较电压绕组，不需要考虑相位调
整和零点残余电压的影响，对感应和分布电容影响亦可不予考虑。另外，由于整流部分在差动输出一侧，两条直流输送线连接方便，可以远距离输送，应用比较广泛。
图2-5 差动整流电路a）全波电流输出b）半波电流输出
c）全波电压输出d）半波电压输出
差动相敏检波电路有很多种形式，图2-6给出两个例子，一种是全波电路，一种是半波电路。相敏检波电路要求比较电压和差动变压器次级输出电压频率相同，相位相同或相反。为了保证这一点，通常在电路中接入移相电路。另外，要求比较电压幅值应尽可能大，（因为比较电压在检波电路中是起开关作用，若小于信号电压则不能使开关打通），一般应为信号电压的3～5倍。图中Rw是电桥调零电位器。对于测量小位移的情况，由于输出信号小，电路中还要接输入放大器。
图2-6 差动相敏检波电路a）全波检波b）半波检波
（2）直流差动变压器线路
直流差动变压器工作原理与上面所述普通差动变压器完全相同，差别仅在于仪器所用的电源是直流电源（干电池、蓄电池等）。直流差动变压器原理图如图2-7所示，由直流电源、多谐振荡器、差动整流电路和滤波器等组成。
图2-7 直流差动变压器线路原理图
多谐振荡器提供差动变压器高频激励电源，可以是方波、三角波或正弦波。直流差动变压器一般用于下列场合：
◆测量点与控制室相距较远（大于100m）；
◆同时使用多个差动变压器，要求相互之间以及对其他设备不产生干扰；
◆需要防爆的场合；
◆要求便于携带，如在野外工作。
5、差动变压器应用
位移测量是差动变压器最主要的用途。凡是能够变换成位移的物理量都可以用差动变压器测量。注意，一般用差动变压器测量都是接触式的，在某些场合会影响被测对象的状态（例如振动等），即所谓“负载效应”，这时须选用其他形式的传感器，例如电涡流传感器等。
◆它可以作为不少精密量仪的主要部件，如制成高精度电感比较仪，配上相应的测
量装置，能对零件进行多种精密测量：长度、内径、外径、不平行度、不平面度、
不垂直度、振摆、偏心、和椭圆度等。
◆作为轴承滚动体自动分选机的主要测量部件，可以分选大、小钢球，大、小圆柱，
大、小圆椎，滚针等。
◆用来测量各种零件的膨胀、伸长、应变、移动等。应用各类传感器其位移测量范
围可从±3μm到1000mm以上。
◆振动和加速度测量。利用差动变压器加上悬臂梁弹性支承可以构成测量振动的加
速度计。
◆压力测量。差动变压器和弹性敏感元件（膜片、膜盒、弹簧管等）相结合，可以
组成开环系统的压力传感器和闭环系统的力平衡式压力计。
三、差动变压器应用电路实例 1、MZK-4R 磨床自动控制装置
本装置用于自动或半自动磨床上。在工件磨削过程中，控制装置能精确地根据预调量的大
小顺次发出4个信号来控制磨头的引进、粗磨、精磨、光磨和退出等过程，实现磨削过程的自动测量与控制。 （1）磨床的工作过程
当工件装卡完毕后，测量装置先进入工件进行测量，如果工件尺寸符合预调结果，控制装
置就发出“起始”信号，磨头进入工件并向加工方向快速进给，开始粗磨。以内磨为例，随着砂轮磨削工件尺寸逐渐变小，测量头输出信号也随之变小，达到预设位置时由触发器顺次发出三个信号，即“粗磨结束”信号，表示粗磨结束，使砂轮进给速度减小，进入精磨；当精磨结束时发出“精磨结束”信号，使砂轮停止进给，进行光磨；最后到达预设尺寸时发出“光磨结束”信号，使砂轮和检测装置快速退出。 （2）测量头（传感器）工作原理
测量头采用差动变压器式位移传感器，其结构如图3.1-1（a ）所示，铁芯向右移动，使绕
组A 感应电势减小，绕组B 感应电势增加（反之亦然）。此两绕组与测量装置中的电阻R1、R2组成桥路,实现差动输出，见图3.1-1（b ）。
图3.1-1 差动变压器原理图
初级线圈由方波发生器励磁，方波频率为3kHz ，电压有效值为3.5V 。随着铁芯位移量的变化，在电位器Rw 的动臂与测量头次级公共抽头（接地）之间产生一个相应的电压变量，此电压变量经放大和相敏整流后即获得图3.1-2的位移—电压特性曲线。
次级线圈A 初级激磁电压
铁芯
次级线圈B
初级线圈C 次级差动输出
a ）
图3.1-2 差动变压器输出特性曲线
图中S —T 段为全部线性范围，其中H —E 段（高精度）为×1档指示范围，K —C 段（低精
度）为×10档指示范围。“起始”（0）信号在D —A 段发出，“粗磨结束”（1）信号在G —B 段发出，“精磨结束”信号（2）在0—F 段发出，“光磨结束”信号（3）在0点发出。 （3）电路原理
① 电路方框图如图3.1-3。
图3.1-3 控制装置电路方框图
② 电路原理说明
装置由6个部分组成，测量部分详见电路原理图（MZK-4R.S01）：
0”信号 1”信号 2”信号 3”信号
▲输入桥路，两臂由测量头两个次级绕组组成，另两臂由R84、R85组成，电位器VR1作电气零点粗调，VR2作零点微调，R86用于限制零点调节范围。
为了获得放大器校正用的基准电压，由方波发生器取得一个电压，经变压器TR4、R88、R89组成另一个桥路，VR4用来调节基准电压。
▲放大器，将输入电路中获得的微弱信号进行放大，使之有足够的幅值完成测量与控制作用。T15、T17、T18构成电压放大器，增益分别为10、20、20dB左右，T16是缓冲级，T19、T20构成推挽功率放大级，放大器增的电压增益约60～70dB。为了获得较高的稳定性和线性，各级都加了较深的负反馈，其中第一级负反馈是可调的，通过VR3调整放大器的总增益。
▲相敏整流与指示电路，用来完成整流并鉴别输入信号的相位。由D15、D16组成半波整流电路，封锁电压为13V，由方波发生器提供。
整流后的直流缓变信号一方面用作触发器的输入，另一路用作面板指示。μ表是满量程150μA的微安表，用并联电阻R90、R91获得50μ和500μ的满量程指示。D33用作电压箝位，以保护表头。
▲方波发生器，用来产生测量头所需的励磁电压和相敏整流所需的封锁电压。由T21、T22组成高矩形系数多谐振荡器电路，起振容易，频率和幅度稳定度高，其振荡频率为3～3.5KHz。
▲触发器，根据相敏整流的输出电压和预调电压的比较结果，顺次产生四个不同的控制信号输出。电路采用射极由稳压管耦合的双稳态触发器，温度漂移小，回差调节方便。其中VR5、VR6、VR7、VR8分别作为面板上“0”、“1”、“2”、“3”四个信号的调节电位器。
▲电源：－24V，整流滤波后供功率继电器使用；
－15V，由串联稳压电路产生，用作各三极管的集电极电压及触发器预调用；
＋6V，由并联稳压电路产生，供给触发器的偏压和预调用。
（4）主要技术指标
★仪表分度及误差：高精度（G）档1μ/分度；满量程-10～+50μ；误差≤1.5μ
低精度（D）档20μ/分度；满量程-100～+500μ；误差≤30μ★控制信号可调范围：“0”信号，350～500μ；“1”信号，30～100μ；
“2”信号，0～30μ；“3”信号，-10～+10μ★电气零点可调范围：不小于100μ，另有±5μ微调
★重复误差：不大于1 μ
★（电网）电压调整误差：不大于3μ
★不稳定性：时间漂移不大于10μ/4小时；温度漂移不大于10μ/10℃
2、ZD41B 短圆柱磙子分选机
本机由高精度测微头（差动变压器），配合晶体管电路组成测量和逻辑控制装置，完成自动
分选短圆柱轴承磙子的任务。
（1）主要技术指标 ◆ 测量范围：长度不大于15mm
直径5～15mm
◆ 精度： 1μ，2μ，3μ
若重新整定倍率和径向分组电位器，可获得0.5～5μ范围内的任意分组
◆ 分组数：10组。过小，1、2、3、4、5、6、7、8，过大 ◆ 速度：28个/分钟到65个/分钟，任意调节
（2）工作原理
磙柱径向尺寸的测量和分类是自动化的。待测的磙柱预先由人工放入盘形料斗，通过振动磙柱沿着管道到达送料位置，然后由往复运动的推杆推入测量部位进行径向测量。
当不同尺寸的磙子进入测量部位进行测量时，差动变压器导杆铁芯在线圈中位移，从而差
动变压器输出一个与磙柱尺寸变化成正比的交流电信号，这一微小电信号经放大、整流后再由直流放大器放大，使相应的触发器动作带动执行继电器和电磁铁，从而开启分类组储料活门，使测量完的不同直径尺寸的磙柱落到不同的分类储料箱中，完成自动测量和分类任务。
这里主要介绍径向尺寸测量部分，即差动变压器及其二次电路。磙子测量部分由差动变压
器、4KHz 振荡器、衰减器、低频交流放大器、相敏整流、直流放大器、稳压电源等部分组成，详见电路原理图（DGS-200A.SO1）。
① 测微头（差动变压器）：利用差动变压器将磙柱直径尺寸转变为电量的变化，其变换关
系为：
2()E Af l
E 2是次级线圈电压；A 是比例常数；l 是磙柱直径。
初级线圈采用频率4KHz ，幅值2～3V 的矩形波激磁。因而在次级线圈中感应出u2、u3电
压。将次级两线圈的异名端相连作为公共点接地，另外两端作为差动输出，并与电阻R1、R2及电位器VR 构成电桥平衡回路。当铁芯位于两个次级线圈中心位置时，由于两个线圈磁阻相等，电桥处于平衡状态，差动变压器输出E2＝0（u2＝u3）。静态时由于铁芯和导杆的自重使铁芯位于次级线圈最下端，因而输出一个负极性电压；测量磙柱时导杆向上位移，带动铁芯在差动线
圈中也同时向上位移，输出电压随位移大小而变化，当位移超过中心位置时，差动变压器输出一个正极性电压。
②振荡器：采用一只高频三极管作为电容分压式振荡器，振荡频率4KHz。此电路特点能避免电感式振荡器电感绕制的困难。利用中间变压器耦合输出，再经一级电压放大，用两只对接的齐纳二极管限幅削波，形成波幅恒定的（2～3V）矩形波，一路供差动变压器初级激磁，另一路作为相敏整流比较电压。
③交流放大器：三级增幅电路，变压器耦合输出。为保持放大器增益稳定，在一、二级之间引入20dB负反馈，放大总增益为75～80dB。
④相敏整流电路：采用二极管半波相敏整流，比较电压幅值较高，正半周使两个二极管都打通。信号电压较小，与比较电压同相输出正电压，与比较电压反相输出负电压。
⑤直流差动放大器：相敏整流电路输出的直流电压进一步放大，并实现极性转换。当输入±50mV时，差动输出为4～12V。
3、差动变压器应用讨论
（1）上面的例子使用了差动变压器的两个方向，是针对磙柱分选这一特殊用途确定的。使用时标称尺寸的磙柱测量时，差动变压器铁芯正好调在中心位置，正公差的磙子产生正位移，输出正电压；负公差的磙子产生负位移，输出负电压。充分利用了差动变压器的线性范围。
对于不同的应用，特别是小量程、高精度测量，不需要区分位移的方向，也可以只用差动变压器一个方向的位移，相应的电路还可以简化。
（2）该产品为上世纪70年代产品，所以使用晶体管分立元件电路。今天的电子技术和元、器件水平早已不可同年而语，交流放大和直流放大完全可以采用运算放大器，性能比分立元件电路好的多。电路的基本原理和各个功能部分还是适用的，可以据此进行设计。
（3）现在单片机应用普及，完全可以取代过去各种逻辑电路。在使用单片机的情况下，整个电路设计可能产生巨大变化。例如，振荡源可以数字化（晶振分频或直接由单片机产生），测量结果数字化（经A/D转换），就不需要大量的模拟比较器、触发器，可用程序判断的方法。甚至，利用单片机精确的定时、同步功能，可以直接对交流信号采样进行A/D转换，省去相敏整流电路等。测量结果数字化以后，就可以采用数据传输代替模拟量传输，不损失精度，抗干扰，传输距离远。
变压器差动调试方法
1) 调试A 相差动动作值及其制动斜率：按图视接线 I Y.B =0A; I Y.C =0A; I Δ.b =0A; 测试仪加电流：a)Y 侧动作值测试： I A =|I A |↑∠00…|I A |↑;I B =0A; I C =0.8I op.min ∠00A b)制动斜率测试：I A =√3/kI re ∠00A; I B =I re ∠1800A …?|I B |↓...↓;I C =I re ∠00A +?=+?=+?=c .A .Y C .Y cd.c b .C .Y B .Y cd.b a .B .Y A .Y cd.a I 3I I k I I 3I I k I I 3I I k I ???Y/Δ_11变压器差动调试方法一： I ;3I I k max(I a .B .Y A .Y re.a ??= I ;3I I k max(I b .C .Y B .Y re.b ??=I ;3 I I k max(I c .A .Y C .Y re.c ??= =∠+∠×?=+?=∠=∠∠×=∠+∠×=+=00I 0I k 33k I I 3k I 0I )180I 0I k 33k max(I 180I 0I k 33k I I 3k I 0re 0 re C A c .cd 0re 0B 0 re a .re 0re 0 re B A a .cd 、 ………… =0B re a .cd B 0B I I I I 180I ?=↓∠↓? …差流计算：
+?=+?=+?=c .A .Y C .Y cd.c b .C .Y B .Y cd.b a .B .Y A .Y cd.a I 3I I k I I 3I I k I I 3I I k I ???Y/Δ_11;3I I k max(I B .Y A .Y re.a ?= ;3I I k max(I C .Y B .Y re.b ?=;3 I I k max(I A .Y C .Y re.c ?= =∠+∠×?=+?=∠=∠+∠∠×=∠?=∠+∠?∠×=+?=00I 0I k 33k I I 3k I 0I )180I 0I 0I k 33k max( I 180I )180I 0I (0I k 33k )I I (I 3k I 0re 0 re B A c .cd 0re 0 cd 0re 0re a .re 0cd 0cd 0re 0re C B A a .cd 、………… 1) 调试A 相差动动作值及其制动斜率：按图视接线I Y.B =0A; I Y.C =0A; I Δ.b =0A;测试仪加电流：a)Y 侧动作值测试：I A =|I A |↑∠00…|I A |↑;I B =0.8I op.min ∠00A;I C =0.8I op.min ∠1800A b)制动斜率测试：I A =√3/kI re ∠00A;I B =I re ∠00A; I C =I cd ∠1800A ?|I cd |↑∠1800…|I cd |↑
变压器差动保护
变压器差动保护 一：这里讲的是差动保护的一种，即变压器比例制动式完全纵差保护（以下简称差动）； 二：差动保护的定义 由于在各种参考书中没有找到差动保护的具体定义，这里只根据自己所掌握的知识给差动保护下一个定义：当区内发生某些短路性故障的时候，在变压器各侧电流互感器CT的二次回路中将产生大小相同，相位不同的短路电流，当这些短路电流的向量和即差流达到一定值时，跳开变压器各侧断路器的保护，就是变压器差动保护 三：下面我以两圈变变压器为例，针对以上所述变压器差动保护的定义，对差动保护进行阐述： 1、图一所示：为一两圈变变压器，具体参数如下：主变高压侧电压U高 =220KV,主变低压侧电压U低=110KV,变压器容量Sn=240000KV A, I1’：流过变压器高压侧的一次电流； I”：流过变压器低压侧的一次电流； I2’：流过变压器高压侧所装设电流互感器即CT1的二次电流； I2”：流过变压器低压侧所装设电流互感器即CT1的二次电流； nh：高压侧电流互感器CT1变比； nl：低压侧电流互感器CT2变比； nB：变压器的变比； 各参数之间的关系：I1’/ I2’= nh I”/ I2”= nl I2’= I2”I1’/ I”= nh/ nl=1/ nB 2、区内：CT1到CT2的范围之内； 3、反映故障类型：高压侧内部相间短路故障，高压侧（中性点直接接地） 单相接地故障以及匝间、层间短路故障；
四：差动的特性 1、比率制动：如图二所示，为差动保护比率特性的曲线图： 下面我们就以上图讲一下差动保护的比率特性： o：图二的坐标原点； f：差动保护的最小制动电流； d：差动保护的最小动作电流； p：比率制动斜线上的任一点； e：p点的纵坐标； b：p点的横坐标； 动作区：在of范围内，由于电流小于最小制动电流，因此在此范围内，只要电流大于最小动作电流Iopo，差动保护动作；当电流大于f点时， 由于电流大于最小制动电流，此时保护开始进行比率制动运算，曲 线抬高，此时只有当电流在比率制动曲线以上时保护动作；因此， 图中阴影部分，即差动保护的动作区； 制动区：当电流在落在曲线以下而大于最小动作电流的时候，由于受比率制动系数的制约，保护部动作，这个区域就是差动保护的制动区； 比率制动系数K：实际上比率制动系数，就是图二中斜线的斜率，因此我们只要计算出此斜线的斜率，就等于算出了比率制动系数。以p点为 例：计算出斜线pc的斜率K=pa/ac=(pb-ab)/(ob-of)；举例说明一下： 差动保护有关定值整定如下：最小动作电流Iopo=2,最小制动电流 Iopo=5,比率制动系数k=0.5；按照做差动保护比率制动系数的方法， 施加高压侧电流I1=6A,180度，低压侧电流I2=6A,0度，固定I1升 I2,当I2升到9.4A的时候保护动作，计算一下此时的比率制动系数。 由于两圈变差动的制动电流为（I1+I2）/2,因此，Izd=(9.4+6)/2=7.7, 所以K=(9.4-6-2)/(7.7-5)=1.4/2.7=0.52; 2、谐波制动：当差动电流中的谐波含量达到一定值的时候，我们的装置就 判此电流为非故障电流，进行谐波闭锁。500kv一下等级的变压器之
变压器差动保护
第二节变压器差动保护 1.概述 电气主设备内部故障的主保护方案之一是差动保护，差动保护在发电机上的应用是比较简单的，但是作为变压器内部故障的主保护，差动保护将有许多特点和困难。 变压器有两个和更多个电压等级，构成差动保护所用电流互感器的额定参数各不相同，由此产生的差动保护不平衡电流将比发电机大得多。 变压器每相原副边电流之差(正常运行时的励磁涌流)将作为变压器差动保护不平衡电流的一种来源，特别是当变压器过励磁运行时，励磁电流可达变压器额定电流的水平，势必引起差动保护误动作。更有甚者，在空载变压器突然合闸时，或者变压器外部短路被切除而变压器端电压突然恢复时，暂态励磁电流(即励磁涌流)的大小可与短路电流相比拟，在这样大的不平衡电流下，要求差动保护不误动，是一个相当复杂困难的技术问题。 正常运行中的变压器，根据电力系统的要求，需要调节分接头，这又将增大变压器差动保护的不平衡电流。 变压器差动保护能反应高、低压绕组的匝间短路，而匝间短路时虽然短路环中的电流很大，但流入差动保护的电流可能不大。 变压器差动保护还应能反应高压侧(中性点直接接地系统)经高阻接地的单相短路，此时故障电流也较小。 综上所述，差动保护用于变压器，一方面由于各种因素产生较大和很大的不平衡电流，另一方面又要求能反应具有流出电流的轻微匝间短路，可见变压器差动保护要比发电机差动保护复杂得多。 2.配置原则 对变压器引出线、套管及内部的短路故障，应装设相应的保护装置，并应符合下列规定： (1) 10MVA及以上的单独运行变压器和6.3MVA及以上的并列运行变压器，应装设纵联差动 保护。6.3MVA及以下单独运行的重要变压器，亦可装设纵联差动保护。 (2) 10MVA以下的变压器可装设电流速断保护和过电流保护。2MVA及以上的变压器，当电 流速断灵敏系数不符合要求时，宜装设纵联差动保护。 (3) 0.4MVA及以上，一次电压为10kV及以下，线圈为三角-星形连接的变压器，可采用两 相三继电器式的过流保护。 (4) 以上所述各相保护装置，应动作于断开变压器的各侧断路器。 3.要求达到的性能指标 (1) 具有防止区外故障误动的制动特性； (2) 具有防止励磁涌流引起误动的功能； (3) 宜具有TA断线判别功能，并能选择闭锁差动或报警，当电流超过额定电流的 1.5～2倍 时可自动解除闭锁； (4) 动作时间(2倍整定值时)不大于50ms； (5) 整定值允差±5%。 4.原理及其微机实现 4.1四方 4.1.1 保护原理 变压器差动包括主变差动、发变组差动、厂用变差动、起/备变差动、励磁变差动等，对于高压侧为500kV的一个半开关接线方式，发变组差动及主变差动保护应反应四侧的电流量。
变压器纵差动保护动作电流的整定原则是什么
变压器纵差动保护动作电流的整定原则是什么? .(1)大于变压器的最大负荷电流； (2)躲过区外短路时的最大不平衡电流； (3)躲过变压器的励磁涌流。 39．什么是自动重合闸？电力系统为什么要采用自动重合 闸？ 答：自动重合闸装置是将因故障跳开后的断路器按需要自动投入的一种自动装置。电力系统运行经验表明，架空线路绝大多数的故障都是瞬时性的，永久性故障一般不到10%。因此，在由继电保护动作切除短路故障之 后，电弧将瞬间熄灭，绝大多数情况下短路处的绝缘可以自动恢复。因此，自动将断路器重合，不仅提高了供电的安全性，减少了停电损失，而且还提高了电力系统的暂态稳定水平，增大了高压线路的送电容量。所以，架空线路要采用自动重合闸装置。 什么是主保护、后备保护、辅助保护？ 答：主保护是指能满足系统稳定和安全要求，以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。 后备保护是指当主保护或断路器拒动时，起后备作用的保护。后备保 护又分为近后备和远后备两种：（1）近后备保护是当主保护拒动时， 由本线路或设备的另一套保护来切除故障以实现的后备保护（2）远后 备保护是当主保护或断路器拒动时，由前一级线路或设备的保护来切 除故障以实现的后备保护. 辅助保护是为弥补主保护和后备保护性能的不足，或当主保护及后备 保护退出运行时而增设的简单保护。 、何谓主保护、后备保护？何谓近后备保护、远后备保护？(8分) 答：所谓主保护是指能以较短时限切除被保护线路（或元件）全长上的故障的保护装置。（2分） 考虑到主保护或断路器可能拒动而配置的保护，称为后备保护。（2分） 当电气元件的主保护拒动时，由本元件的另一套保护起后备作用，称为近后备。（2分）
变压器差动保护历史及思考
电力变压器差动保护技术的发展 及对提高可靠性的思考 董济生 一、引言 电力变压器是电网最主要的设备之一，对于电网的安全稳定运行具有极其重要的作用。由于其单体价值高，在电网中的数量多，一旦发生故障将对电网的运行造成严重后果。通常情况下，变压器保护正确动作率，远低于线路保护的正确动作率。所以历来人们对变压器保护装置的研究、配置、运行都非常重视。随着电网的飞速发展，超高压、大容量变压器的出现，对变压器的保护装置也提出了新的更高的要求。因此迫切需要对变压器保护进一步发展与完善。 本文试图通过对电力变压器差动保护技术的发展的回顾，谈提高其动作可靠性的思考。 二、变压器故障的类型及应配置的保护 变压器的运行故障主要有两类： （1）油箱内部故障 包括各相绕组之间的相间短路、单相绕组部分线匝之间的匝间短路、单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障、铁心烧损等； （2）油箱外部故障 包括引出线的相间短路、绝缘套管闪络或破碎引起的单相接地（通过外壳）短路等。 变压器故障会导致不正常工作状态，主要表现在：外部短路或过负荷产生过电流、油箱漏油造成油面降低、长时间油温过高、中性点过电压等。 根据变压器的故障状态，应装设下述保护： （1）瓦斯保护 防止变压器油箱内各种短路故障、油面降低以及长时间油温过高在壳内产生的气体，其中重瓦斯跳闸、轻瓦斯发信号；（2）纵联差动保护和电流速断保护 防止变压器绕组和引出线相间短路、大电流接地系统侧绕组和引出线的单相接地短路； （3）相间短路的后备保护，包括过电流保护、复合电压起动的过电流保护、负序过电流保护 防止变压器外部相间短路并作为瓦斯保护和差动保护的后备； （4）零序电流保护 防止大电流接地系统中变压器外部接地短路；、 （5）过负荷保护 防止变压器对称过负荷； （7）反应变压器油温过高的报警信号。 以上1和7是非电类参数的，其它是电类参数。其中，差动保护原理简单、易于实现，有很高的动作选择性和灵敏度，以其优越的保护性能不仅成为大容量、高电压变压器的主保护，而且在发电机、超短线路也被采用。但是由于变压器自身的特点，存在着容易误动的情况。 三、变压器差动保护误动的原因 变压器差动保护属于纵差保护，即将电气设备两端的保护装置纵向联接起来，并将两端电气量比较来判断保护是否动作，其基础是基尔霍夫定律。根据该定律，保护范围内流入与流出的电流应该相等（变压器归算到同侧），当保护范围内发生故障时，其流入与流出的电流不等，差动保护就是根据这个差电流作为动作判据。但是在实际应用中，由于变压器励磁涌流等原因的存在，导致了变压器差动保护的误动。 从理论上讲，变压器在正常运行和区外故障时，流经差动保护装置的电流应该为零。然而，由于变压器在结构和运行上的特点，实际运行中有很多因素使该电流不为零，从而产生不平衡电流。即当保护范围内无故障时也存在不平衡电流，这些不平衡电流有可能引起保护误动。以下，对不平衡电流产生的原因及消除方法予以分析。 1、稳态情况下不平衡电流产生的原因及消除方法： 在变压器稳态运行的状态下，影响差动保护误动的原因就是回路中的不平衡电流。其产生的原因大致有： （1）因各侧绕组的接线方式不同造成电流相位不同而产生不平衡电流 我国规定的五种变压器标准联结组中，Y/D-11双绕组变压器常被使用。这种联结方式的变压器两侧电流相差30°，要使差动保护不误动就要设法调整电流互感器二次回路的接线和变比以进行相位校正，使电源侧和负荷侧的电流互感器二次电流相差180°且大小相等，这样就能消除Y/D-11变压器接线对差动保护的影响。 （2）因电流互感器计算变比与实际变比不同而产生不平衡电流
差动变压器数据处理
、实验数据及数据处理 （一）差动变压器性能实验 差动变压器位移X值与输出电压Vp-p数据表 X(mm) 8.8 9.0 9.2 9.4 9.6 9.8 10.0 10.2 10.4 10.6 10.8 11.0 11.2 Vp-p(mV) 250 225 175 130 90 55 35 50 90 130 170 210 255 灵敏度S \ -125 -250 -225 -200 -175 -100 75 200 200 200 200 225
（二）差动变压器零点残余电压补偿实验 补偿后 200mV 补偿前 600mV （三）差动变压器的静态标定 X(mm) 8.8 9.0 9.2 9.4 9.6 9.8 10.0 10.2 10.4 10.6 10.8 11.0 11.2 V(V) 0.615 0.509 0.406 0.305 0.202 0.099 0 -0.106 -0.206 -0.309 -0.411 -0.512 -0.614 8.9 9.1 9.3 9.5 9.7 9.9 10.1 10.3 10.5 10.7 10.9 11.1 灵敏度S \ -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5
（四）差动变压器的应用—振动测量实验 测量值 f(Hz) 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 Vp-p(V) 0.62 0.80 0.96 1.14 1.72 6.48 1.36 0.62 0.42 0.32 0.24 0.20 0.16 0.14 计算值Xp-p(mm)
变压器差动保护整定计算
变压器差动保护整定计算 1. 比率差动 装置中的平衡系数的计算 1）．计算变压器各侧一次额定电流： n n n U S I 113= 式中n S 为变压器最大额定容量，n U 1为变压器计算侧额定电压。 2）．计算变压器各侧二次额定电流： LH n n n I I 12= 式中n I 1为变压器计算侧一次额定电流，LH n 为变压器计算侧TA 变比。 3）．计算变压器各侧平衡系数： b n n PH K I I K ?= -2min 2，其中)4,min(min 2max 2--=n n b I I K 式中n I 2为变压器计算侧二次额定电流，min 2-n I 为变压器各侧二次额定电流值中最小值，max 2-n I 为变压器各侧二次额定电流值中最大值。
平衡系数的计算方法即以变压器各侧中二次额定电流为最小的一侧为基准，其它侧依次放大。若最大二次额定电流与最小二次额定电流的比值大于4，则取放大倍数最大的一侧倍数为4，其它侧依次减小；若最大二次额定电流与最小二次额定电流的比值小于4，则取放大倍数最小的一侧倍数为1，其它侧依次放大。装置为了保证精度，所能接受的最小系数ph K 为，因此差动保护各侧电流平衡系数调整范围最大可达16倍。 差动各侧电流相位差的补偿 变压器各侧电流互感器采用星形接线，二次电流直接接入本装置。电流互感器各侧的极性都以母线侧为极性端。 变压器各侧TA 二次电流相位由软件调整，装置采用Δ->Y 变化调整差流平衡，这样可明确区分涌流和故障的特征，大大加快保护的动作速度。对于Yo/Δ-11的接线，其校正方法如下： Yo 侧： )0('I I I A A ? ??-= )0(' I I I B B ? ? ? -= )0('I I I C C ? ??-= Δ侧： 3/ )('c a a I I I ? ??-=
电力变压器保护作用有哪些
https://www.sodocs.net/doc/c29299618.html, 电力变压器保护作用有哪些？据贤集网小编了解其有差动保护、瓦斯保护、后备保护、电流保护。下面对于电办变压器四种保护作用进行详细介绍。 瓦斯保护的作用 变压器中的主要保护措施是瓦斯保护，变压器油面降低以及变压器油箱内的故障都由瓦斯予以反映。当变压器出现轻微故障时，就会出现油面下降的现象，轻瓦斯会有信号发出，而当瓦斯有严重故障发生时，会有大量的气体产生，重瓦斯也会有跳闸的现象。 变压器内部发生故障时，故障局部会有发热的情况产生，这样一来，在附近的变压器就会发生油膨胀的现象，空气被放出，形成气泡逐渐上升，而其他材料和油会在放电等作用下产生瓦斯，从而让油面下降。 故障很严重时，产生瓦斯气体之后，增大了变压器内部的压力，从而让油流向油枕方向，挡板会在油流冲击时对弹簧的阻力进行克服，从而让磁铁朝干簧移动，接通干簧的触点，这样一来，就会发生跳闸的现象。 差动保护的作用 差动保护是对变压器的主保护，主要是对变压器的引出线以及绕组的故障进行反映，变压器的各侧断路器它都可以跳开。根据装置不同，差动保护可以分为以下几种：横联差动保护常常用于并联电容器以及短路保护中，当设备采用双母线以及双绕组时，就会采用横联差动保护；纵联差动保护主要是对短路以及匝间短路等进行反映，保护范围主要包括引出线和套管。 后备保护作用 主变压器在运行时有阻抗较大的特点，因此，主变压器在低压侧时有故障出现，对高压侧的运行不会产生影响。高压侧的稳定性对电压闭锁的保护功能可以有效地实现。但是在主变故障在运行时发生异常的情况下并不能及时的做出反应。因此，主变压器在运行时，要做好后备保护措施，可以采用高压侧和低压侧并联开放的方式，让闭锁回路的开放具有灵活性。 变压器的电压以及电流保护的作用 当变压器的外部有故障发生时，就会产生过电流；在变压器的内部有故障时，就会产生差动保护以及瓦斯保护的后备，在变压器中，应该安装电流保护装置。根据变压器容量以及系统短路电流的不同，对不同的保护方法进行选择。 继电保护用的电流互感器要求为：绝缘可靠；足够大的准确限值系数；足够的热稳定性和动稳定性。保护用互感器在额定负荷下能够满足准确级的要求最大一次电流叫额定准确限值一次电流。准确限值系数就是额定准确限值一次电流与额定一次电流比。当一次电流足够大时铁芯就会饱和起不到反映一次电流的作用，准确限值系数就是表示这种特性。保护用互感器准确等级5P、10P，表示在额定准确限值一次电流时的允许误差5%、10%。
差动变压器及应用
. 差动变压器及其应用 5月专号）一、差动变压器简介（摘自日刊《传感器技术》1986年差动变压器是一种将机械位移变换成电信号的电磁感应式位移传感器。它主要是靠圆筒线圈内的可动铁芯的位移，在圆筒线圈的输入线圈和输出线圈之间建立起相互感应关系，可动铁芯的位移可以通过测定与其成正比的输出线圈的感应电压来获得。、差动变压器的特点1级之间有200mm）线性范围的种类很多，容易根据用途进行选择，通常在±2mm～±（1 个左右类型的品种。10 ）结构简单，所以耐振性和耐冲击性都很强。（2 ）不磨损，不变质，耐久性优良。（3）输出电压对铁心的位移有精确的比例，即直线性好。一般这种传感器中全行程偏差小4（0.3%。1%于，在高档品可以保证在±0.2%～±）因为灵敏度高，可以获得大的输出电压，不要求外围电路高级化也能检测到微小的位（5 移。）因为输出变化平滑，故能进行高分辨率的检测。（6 ）零点稳定，以其作为测定的基准点对维持精度有好处。（7 的高的响应速度。到100Hz （8）能够得到从500Hz 2、差动变压器原理典型的差所示，由圆筒形线圈和与其完全分离的铁芯构成。差动变压器的构造原理如图1-1动变压器的圆筒线圈有三只，各是总长度的三分之一，中间是一次线圈，两侧是二次线圈。加入圆筒线圈中的铁芯用来在线圈中链接磁力线而构成磁路。（这由于与两端线圈的互感就产生了电动势（即激磁），当在中间的一次线圈加上交流电压时一点与普通变压器相同）。因为二次线圈彼此极性相反地串联，两个二次线圈中的感应电动势相位相反，将其相加的 结果，在输出端产生二者的电位差。相对于线圈长度方向的中心处，两个二次线圈的感应电压。大小相等方向相反，因而输出为零。这个位置被称为差动变压器的机械零点（或简称为零点）当铁芯从零点相某一方向改变位置时，位移方向的二次线圈的电压就增大，另一个二次线圈的电压则减小。产品设计保证产生的电位差与铁芯的位移成正比。当铁芯从零点向与刚才相反的方向移动 .. . °。相对于铁芯位移的二次线但是相位与刚才的情况相差180时，就会同样产生成正比的电压，圈电压和输出电压差的关系示于图1-2。电压差和铁芯位移成正比的范围称为直线范围，其比例性称为线性，是差动变压器最重要 的一项指标。X
变压器差动保护基本原理与逻辑图
变压器差动保护的基本原理及逻辑图 发布日期：2009-5-19 11:07:16 (阅2761次) 关键词: 变压器差动保护励磁涌流 1、变压器差动保护的工作原理 与线路纵差保护的原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。 2、变压器差动保护与线路差动保护的区别： 由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不相等再加上变压器各侧电流的相位往往不相同。因此，为了保证纵差动保护的正确工作，须适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿使得正常运行和区外短路故障时，两侧二次电流相等。例如图8-5所示的双绕组变压器，应使 8.3.2变压器纵差动保护的特点 1 、励磁涌流的特点及克服励磁涌流的方法 （1）励磁涌流：
在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电 等情况下，变压器励磁电流的数值可达变压器额定6～8倍变压器励磁电流通常称为励磁涌流。 （2）产生励磁涌流的原因 因为在稳态的情况下铁心中的磁通应滞后于外加电压90°，在电压瞬时值u=0瞬间合闸，铁芯中的磁通应为-Φm。但由于铁心中的磁通不能突变，因此将出现一个非周期分量的磁通+Φm，如果考虑剩磁Φr，这样经过半过周期后铁心中的磁通将达到2Φm+Φr，其幅值为如图8-6所示。此时变压器铁芯将严重饱和，通过图8-7可知此时变压器的励磁电流的数值将变得很大，达到额定电流的6～8倍，形成励磁涌流。
（3）励磁涌流的特点： ①励磁电流数值很大，并含有明显的非周期分量，使励磁电流波形明显偏于时间轴的一侧。 ②励磁涌流中含有明显的高次谐波，其中励磁涌流以2次谐波为主。 ③励磁涌流的波形出现间断角。
变压器差动保护的基本原理及逻辑图
变压器差动保护的基本原理及逻辑图 1、变压器差动保护的工作原理 与线路纵差保护的原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。 2、变压器差动保护与线路差动保护的区别： 由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不相等再加上变压器各侧电流的相位往往不相同。因此，为了保证纵差动保护的正确工作，须适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿使得正常运行和区外短路故障时，两侧二次电流相等。例如图8-5所示的双绕组变压器，应使
8.3.2变压器纵差动保护的特点 1 、励磁涌流的特点及克服励磁涌流的方法 （1）励磁涌流： 在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下，变压器励磁电流的数值可达变压器额定6～8倍变压器励磁电流通常称为励磁涌流。 （2）产生励磁涌流的原因 因为在稳态的情况下铁心中的磁通应滞后于外加电压90°，在电压瞬时值u=0瞬间合闸，铁芯中的磁通应为-Φm。但由于铁心中的磁通不能突变，因此将出现一个非周期分量的磁通+Φm，如果考虑剩磁Φr，这样
经过半过周期后铁心中的磁通将达到2Φm+Φr，其幅值为如图8-6所示。此时变压器铁芯将严重饱和，通过图8-7可知此时变压器的励磁电流的数值将变得很大，达到额定电流的6～8倍，形成励磁涌流。
（3）励磁涌流的特点： ①励磁电流数值很大，并含有明显的非周期分量，使励磁电流波形明显偏于时间轴的一侧。
②励磁涌流中含有明显的高次谐波，其中励磁涌流以2次谐波为主。 ③励磁涌流的波形出现间断角。 表8-1 励磁涌流实验数据举例 （4）克服励磁涌流对变压器纵差保护影响的措施： 采用带有速饱和变流器的差动继电器构成差动保护； ②利用二次谐波制动原理构成的差动保护； ③利用间断角原理构成的变压器差动保护； ④采用模糊识别闭锁原理构成的变压器差动保护。 2、不平衡电流产生的原因 （1）稳态情况下的不平衡电流
差动变压器及应用
差动变压器及其应用 一、差动变压器简介（摘自日刊《传感器技术》1986年5月专号） 差动变压器是一种将机械位移变换成电信号的电磁感应式位移传感器。它主要是靠圆筒线圈内的可动铁芯的位移，在圆筒线圈的输入线圈和输出线圈之间建立起相互感应关系，可动铁芯的位移可以通过测定与其成正比的输出线圈的感应电压来获得。 1、差动变压器的特点 （1）线性范围的种类很多，容易根据用途进行选择，通常在±2mm～±200mm级之间有10个左右类型的品种。 （2）结构简单，所以耐振性和耐冲击性都很强。 （3）不磨损，不变质，耐久性优良。 （4）输出电压对铁心的位移有精确的比例，即直线性好。一般这种传感器中全行程偏差小于1%，在高档品可以保证在±0.2%～±0.3%。 （5）因为灵敏度高，可以获得大的输出电压，不要求外围电路高级化也能检测到微小的位移。 （6）因为输出变化平滑，故能进行高分辨率的检测。 （7）零点稳定，以其作为测定的基准点对维持精度有好处。 （8）能够得到从500Hz到100Hz的高的响应速度。 2、差动变压器原理 差动变压器的构造原理如图1-1所示，由圆筒形线圈和与其完全分离的铁芯构成。典型的差动变压器的圆筒线圈有三只，各是总长度的三分之一，中间是一次线圈，两侧是二次线圈。加入圆筒线圈中的铁芯用来在线圈中链接磁力线而构成磁路。 当在中间的一次线圈加上交流电压时（即激磁），由于与两端线圈的互感就产生了电动势（这一点与普通变压器相同）。 因为二次线圈彼此极性相反地串联，两个二次线圈中的感应电动势相位相反，将其相加的结果，在输出端产生二者的电位差。相对于线圈长度方向的中心处，两个二次线圈的感应电压大小相等方向相反，因而输出为零。这个位置被称为差动变压器的机械零点（或简称为零点）。当铁芯从零点相某一方向改变位置时，位移方向的二次线圈的电压就增大，另一个二次线圈的电压则减小。 产品设计保证产生的电位差与铁芯的位移成正比。当铁芯从零点向与刚才相反的方向移动
变压器差动保护原理
主变差动保护 一、主变差动保护简介 主变差动保护作为变压器的主保护，能反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障 ，差动保护是输入的两端CT 电流矢量差，当两端CT 电流矢量差达到设定的动作值时启动动作元件。 差动保护是保护两端电流互感器之间的故障（即保护范围在输入的两端CT 之间的设备上），正常情况流进的电流和流出的电流在保护内大小相等，方向相反，相位相同，两者刚好抵消，差动电流等于零；故障时两端电流向故障点流，在保护内电流叠加，差动电流大于零。驱动保护出口继电器动作，跳开两侧的断路器，使故障设备断开电源。 二、纵联差动保护原理 (一)、纵联差动保护的构成 纵联差动保护是按比较被保护元件（1号主变）始端和末端电流的大小和相位的原理而工作的。为了实现这种比较，在被保护元件的两侧各设置一组电流互感器TA1、TA2，其二次侧按环流法接线，即若两端的电流互感器的正极性端子均置于靠近母线一侧，则将他们二次的同极性端子相连，再将差动继电器的线圈并入，构成差动保护。其中差动继电器线圈回路称为差动回路，而两侧的回路称为差动保护的两个臂。 (二)、纵联差动保护的工作原理 根据基尔霍夫第一定律，0 =∑ ? I ；式中∑? I 表示变压器各侧电流的向量和，其物理意义是：变 压器正常运行或外部故障时，若忽略励磁电流损耗及其他损耗，则流入变压器的电流等于流出变压器的电流。因此，纵差保护不应动作。 当变压器内部故障时，若忽略负荷电流不计，则只有流进变压器的电流而没有流出变压器的电流，其纵差保护动作，切除变压器。见变压器纵差保护原理接线。
（1）正常运行和区外故障时，被保护元件两端的电流和的方向如图1.5.5（a）所示，则流入继电器的电流为 继电器不动作。 （2）区内故障时，被保护元件两端的电流和的方向如图1.5.5（b）所示，则流入继电器的电流为 此时为两侧电源提供的短路电流之和，电流很大，故继电器动作，跳开两侧的断路器。 由上分析可知，纵联差动保护的范围就是两侧电流互感器所包围的全部区域，即被保护元件的全部，而在保护范围外故障时，保护不动作。因此，纵联差动保护不需要与相邻元件的保护在动作时间和动作值上进行配合，是全线快速保护，且具有不反应过负荷与系统震荡及灵敏度高等优点。 三、微机变压器纵差保护的主要元件介绍 主要元件有：1）比率差动保护元件，2）励磁涌流闭锁元件，3）TA饱和闭锁元件，4）TA断线闭锁（告警）元件，5）差动速断元件，6）过励磁闭锁元件 下面对各个元件的功能和原理作个简要的介绍：
差动变压位移传感器.
lvdt位移传感器是目前位移测量当中广泛应用的传感器之一,在很多应用领域占有重要地位。 lvdt位移传感器工作原理 LVDT(差动变压器位移传感器为电磁感应原理,与传统的电力变压器不 同,LVDT是一种开磁路弱磁耦合的测量元件。LVDT的结构由铁心、衔铁、初级线圈、次级线圈组成,初级线圈、次级线圈分布在线圈骨架上,线圈内部有一个可自由移动的杆状衔铁。用不同线径的漆包线,在骨架上绕制一组初级线圈,两组次级线圈,其工作方式依赖于在线圈骨架内磁芯的移动,当初级线圈供给一定频率的交变电压时,铁芯在线圈内移动就改变了空间的磁场分布,从而改变了初、次级线圈之间的互感量,次级线圈就产生感应电动势,随着铁心的位置不同,互感量也不同,次级产生的感应电动势也不同,这样就将铁芯的位移量变成了电压信号输出。 lvdt位移传感器主要特点: 1、使用寿命长:由于铁芯和线圈内壁存在间隙,铁芯在运动的时候与线圈不接触,无摩擦损耗;同时采用优良的生产工艺把骨架和所绕漆包线两者固化为一整体,不会产生断线,开裂等故障,加上其它的优化设计,因此传感器的使用寿命理论上可以是无限的,据国外某机构测试此类传感器的MTBF可达到30万小时,在实际的正常使用中可达到数十年,其最终故障往往是人为造成或变送器电路元器件的寿命决定的。 2、多样的环境适应性:LVDT是少数几种可以应用在多种恶劣环境下的位移传感器,通过特殊方式进行密封处理的传感器可以防潮、防盐雾,可以放置于承压的液体中、气体密闭容器中,甚至于某些腐蚀性环境中,对核辐射电磁辐射干扰不敏感,能抗振动,具有较宽的工作温度范围-25℃~85℃和满足国军标—55℃~125℃工作温度。机电分体的位移传感器单独使用可以在200℃下工作。 3、响应速度快:基于非接触测量的实现,对于某些快速运动物体的冲击振动测量,此类传感器可以提供很宽的频率响应。
变压器差动保护的平衡系数
变压器微机差动保护平衡系数说明 1、影响变压器差动保护差流计算的因素 1）、变压器高低压侧电流幅值不同造成的不平衡。由于变压器高低压侧电压等级不同，所以变压器高低压侧的电流幅值不同。 2）、变压器高低压侧电流相位不同造成的不平衡。由于变压器接线方式导致高低压侧电压的相位不同，所以变压器高低压侧的电流相位也不同。 3）、变压器高低压侧电流互感器的不匹配造成的不平衡。由于电流互感器的变比是一个标准的数值，而变压器虽然容量是一个标准值，但其额定电流是一个不规则的数，所以，电流互感器的选择并不考虑其对差流的影响。 2、消除电流不平衡的方法 1）、通过引入平衡系数消除高低压侧电流幅值不同及高低压侧电流互感器不匹配造成的不平衡。 2）、根据变压器高低压侧电流的相位关系，通过数学公式的计算，消除变压器高低压侧电流相位不同造成的不平衡。 3、平衡系数概念和计算方法 1）、概念：两个不同单位或相同单位而基准不同的物量归算到同一单位或同一基准时所用到的比例系数就是平衡系数。举例如下： a、一斤大米3元，一斤白面2元，归算到大米侧，白面的平衡系数为2/3。 b、一斤大米3元，一斤白面2元，归算到白面侧，大米的平衡系数为3/2。 c、一斤大米3元，一斤白面2元，一斤鸡蛋4元，归算到鸡蛋侧，大米的平衡系数为3/4，白面的平衡系数为1/2。 2）、计算方法
主变的型号为100000kVA-110kV/35kV，高压侧一次额定电流：Ieg1=524.9A，低压侧一次额定电流：Ie d1=1649.6A，高压侧电流互感器变比：800/5，低压侧电流互感器变比：2000/1。 a、以高压侧电流互感器为基准，把高压侧电流互感器折算到低压侧。 I12=800*110/35=2514.3A，K ph2=2000/ I12=2000/2514.3=0.80。 b、以低压侧电流互感器为基准，把低压侧电流互感器折算到高压侧。 I21=2000*35/110=636.4A，K ph1=800/ I21=800/636.4=1.26。 c、以变压器额定电流为基准，把高低压侧电流互感器折算到额定电流侧。 K ph1=800/Ieg1=800/524.9=1.52, K ph2=2000/Ie d1=2000/1649.6=1.21。 举例验证： 高压侧一次电流Ig1=450A，低压侧一次电流Id2=1414.3A。 高压侧二次电流实际采样为：Ig2=Ig1/800=450/800=0.5625； 低压侧二次电流实际采样为：I d2=I d1/2000=1414.3/2000=0.7072； a、以高压侧电流互感器为基准，把高压侧电流互感器折算到低压侧，K ph2=0.80。 I12=800*110/35=2514.3A，K ph1=2000/ I12=2000/2514.3=0.80 差流I d= Ig2*1-I d1* K ph2=0.5625*1-0.7072*0.80=0.00326≈0。 b、以低压侧电流互感器为基准，把低压侧电流互感器折算到高压侧，K ph1=1.26。 I21=2000*35/110=636.4A，K ph1=800/ I21=800/636.4=1.26 差流I d= Ig2* K ph1-I d1*1 =0.5625*1.26-0.7072*1=0.00326≈0。 c、以变压器额定电流为基准，把高低压侧电流互感器折算到额定电流侧。 差流I d= Ig2*K ph1-I d2*K ph2=0.5625*1.52-0.7072*1.21=0.000712≈0。 4、数学公式的计算方法
变压器差动保护
变压器主保护 （一）变压器的基本结构及联结组别 1.1：电力变压器主要是由铁芯及绕在铁芯上的两个或两个以上的绝缘绕组构成。为增强各绕组之间的绝缘及铁芯，绕组散热的需要，将铁芯置于装有变压器油的油箱中。然后，通过绝缘套管将变压器各绕组引到变压器壳体之外。 大型电力变压器均为三相三铁芯柱式变压器或者由三个单相变压器组成的三相组式变压器。 1.2：将变压器同侧的三个绕组按一定的方式连接起来，组成某一联结组别的三相变压器。双绕组变压器的主要联结组别有：YNy,YNd,Dd及Dd-d。分析表明，联结组别为Yy的变压器，运行时某侧电压波形要发生畸变，从而使变压器的损耗增加，进而使变压器过热。因此，为避免油箱壁局部过热，超高压大容量的变压器均采用YNd的联结组别。 YNd联结组别的变压器中YN连接的绕组为高压侧绕组，而呈d连接的绕组为低压侧绕组，前者接大电流接地系统（中性点直接接地系统），后者接小电流接地系统（中性点不接地或经消弧线圈接地的系统）。 1.3：在实际运行的变压器中，最多的即为YNd11联结组别的，以其为例，介绍一下联结组别的含义： Y代表变压器高压绕组接成Y形，N代表中性点接地，D代表低压绕组接成d， 11代表低压侧的线电压或线电流分别滞后高压侧对应线电压或线电流（即三角形侧超前星型侧30度），相当于时钟的11点，故又叫11点接线方式。 （二）瓦斯保护： 变压器的主保护主要由瓦斯保护和差动保护构成，简单介绍一下瓦斯保护 瓦斯保护：瓦斯保护是变压器油箱内绕组短路故障及异常的主要保护。其原理是：变压器内部故障时，在故障点产生有电弧的短路电流，造成油箱内局部过热并使变压器油分解，产生气体（瓦斯），进而造成喷油，冲击气体继电器，瓦斯保护动作。瓦斯保护分轻瓦斯和重瓦斯两种，轻瓦斯保护作用于信号，重瓦斯保护作用于跳闸。重瓦斯保护是油箱内部故障的主保护，它能反映变压器内部的各种故障。当变压器组发生少数匝间短路时，虽然故障点的故障电流很大，但在差动保护中产生的差流可能不大，差动保护可能拒动，此时，靠重瓦斯保护切
差动变压器的应用――振动测量实验
安康学院电子与信息工程系实验报告 课程 名称 传感器原理与 应用 实验 名称 差动变压器的应用――振动测量实验 成绩 姓名 学号 班级 同组 人员 实验台号 09 实验 日期 2014.3.24 差动变压器的应用――振动测量实验 一、实验目的：了解差动变压器测量振动的方法。 二、基本原理：利用差动变压器测量动态参数与测位移量的原理相同。 三、需用器件与单元：音频振荡器、差动放大器模板、移相器/相敏检波器/滤波器模 板、测微头、数显单元、低频振荡器、振动源单元（台面上）、示波器、直流稳压电源。 四、实验步骤： 1、将差动变压器按图3－5，安装在台面三源板的振动源单元上。
图3-5差动变压器振动测量安装图 2、按图3－6接线，并调整好有关部分，调整如下：（1）检查接线无误后，合上主控 台电源开关，用示波器观察L V峰－峰值，调整音频振荡器幅度旋钮使V op-p=2V （2）利用示波器观察相敏检波器输出，调整传感器连接支架高度，使示波器显示的波形幅值为最小。（3）仔细调节R W1和R W2使示波器（相敏检小波器）显示的波形幅值更小，基本为零点。（4）用手按住振动平台（让传感器产生一个大位移）仔细调节移相器和相敏检波器的旋钮，使示波器显示的波形为一个接近全波整流波形。（5）松手，整流波形消失变为一条接近零点线。（否则再调节R W1和R W2）激振源接上低频振荡器，调节低频振荡器幅度旋钮和频率旋钮，使振动平台振荡较为明显。用示波器观察放大器Vo相敏检波器的V o及低通滤波器的Vo波形。 图3－6差动变压器振动测量实验接线图 3、保持低频振荡器的幅度不变，改变振荡频率（频率与输出电压Vp-p的监测方法 与实验十相同）用示波器观察低通滤波器的输出，读出峰－峰电压值，记下实验数据，填入下表3－3
差动变压器位移传感器
课程设计任务书
目录 1摘要 (2) 2引言 (4) 3.螺线管式差动变压器传感器 (4) 3.1差动变压器式传感器简介 (4) 3.2 工作原理 (4) 4.差动变压器的测量电路及其仿真 (6) 4.1差动整流电路 (7) 4.2相敏检波电路： (9) 4.3零点残余误差补偿 (13) 5.差动变压器位移传感器的改进 (14) 5.1差动电压接放大器电路及其仿真 (14) 5.2整流信号接滤波电路 (15) 6.使用器件清单 (17) 7 总结 (17)
1.摘要 ------差动变压器位移传感器的基本知识介绍 传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。在有些学科领域，传感器又称为敏感元件、检测器、转换器等。 通常传感器由敏感元件和转换元件组成。 其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号的部分。由于传感器的输出信号一般都很薄弱，因此需要有信号调理与转换电路对其进行放大等。 电感式传感器是利用电磁感应原理，将被测非电量的变化转换成线圈的自感或互感变化的机电转换装置。它也常用来检测位移、振动、力、应变、流量、比重等物理量。 电感式传感器的种类很多。根据传感器转换原理不同，可分为自感式、互感式、涡流式、压磁式和感应同步器等。根据结构形式不同，可分为气隙式和螺管式两种。根据改变的参数不同，又可分为变气隙厚度式、变气隙面积式、变铁芯导磁率式三种。 电感传感器具有以下优点：结构简单，工作可靠，寿命长；灵敏度高，分辨率高；测量精度高，线性好；性能稳定，重复性好；输出阻抗小，输出功率大；抗干扰能力强，适合在恶劣环境中工作。电感传感器的缺点是：频率低，动态响应慢，不宜作快速动态测量；存在交流零位信号；要求附加电源的频率和幅值的稳定度高；其灵敏度、
实验一差动变压器的应用—电子秤
实验一差动变压器的应用——电子秤 实验目的：了解差动变压器的实际应用 所需单元及部件： 音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、V/F表、电桥、砝码、振动平台。 有关旋钮初始位置： 音频振荡器调至4KH Z，V/F表打到2V档。 实验步骤： （1）按图1接线，组成一个电感电桥测量系统，开启主、副电源，利用示波器观察调节音频振荡器的幅度旋钮，使音频振荡器的输出为V P-P值为lV。 图1 接线图 （2）将测量系统调零，将V/F表的切换开关置20V档，示波器X轴扫描时间切换到0.1～0.5ms（以合适为宜），Y轴CHl或CH2切换开关置5V/div，音频振荡器的频率旋钮置5KHz，幅度旋钮置中间位置。开启主、副电源，调节电桥网络中的W1，W2，使V/F表和示波器显示最小，再把V/F表和示波器Y轴的切换开关分别置2V和50mv/div，细条W1和W2旋钮，使V/F表显示值最小。再用手按住双孔悬臂梁称重传感器托盘的中间产生一个位移，调节移相器的移相旋钮，使示波器显示全波检波的图形。放手后，粱复原。 （3）适当调整差动放大器的放大倍数，使在称重平台上放上一定数量的砝码时电压表指示不溢出。 （4）去掉砝码，必要的话将系统重新调零。然后逐个加上砝码，读出表头读数，记下实验数据，填入下表；
（5）去掉砝码，在平台上放一重量未知的重物，记下电压表读数（1.7V），关闭主副电源。 （6）利用所得数据，求得系统灵敏度及重物重量。 注意事项： （1）砝码不宜太重，以免粱端位移过大。 （2）砝码应放在平台中间部位，为使操作方便，可将测微头卸掉。 数据处理 由上图可知系统灵敏度K=0.12，重物手机重量M=1.7/0.12*0.01kg=0.14kg 实验心得 通过本次试验来了解差动变压器的实际应用，差动变压器时传感器与弹性敏感元件相结合，用来测量压力。当被测压力经接头输入膜盒后，推动衔铁移动，从而使差动变压器输出正比于被测压力的电压。