技术文章

 一、技术背景

目前，在世界范围内针对电力电子科学理论教育、科研、电能质量、电子产品开发、质量检测、维修的各种技术环节均大量使用示波器测量电路电压时间特性曲线。通过观察线路关键节点的电压电流波形可以直观地检查线路工作是否正常，验证设计是否恰当，这对于提高电路可靠性有着极大的帮助。

示波器是测量仪器中zui为基础与重要的仪器。几乎所有电力、电子工程师都是根据示波器说明书的波形测量方式来判断；或是利用一些工作积累的经验来进行电路电压特性的测量，来观察、解释电路实际工作的原理、功能。

与此同时却有个非常难以解释的现象：一台合格的模拟、数字示波器在测试普通的工频、脉冲、函数电信号等波形时，测试效果都比较理想，一致性也很好。但应用到电力网络的测量时，因被测电路会受到不同级别的信号噪音、谐波、闪变及负荷工作特性的特殊纹波等复合信号的影响，所以无论什么级别的数字示波器都很难获取真实的、重现性好的动态电压变化特征曲线。特别在测量二次电源电压特性方面，测量的波形模糊不清、电信号定位、再现性都很差。

对于此种长期而又普遍存在的示波器使用缺陷，有的专家观点是：示波器探头的分布电容太大因而影响显示效果；有的观点认为：由于许多电源的工作特性其电信号接近噪声，需要更高分辨率的示波器或特殊探头配合使用才能清晰的显示电压特性曲线，而现阶段只有期待提高示波器配置性能和工程师实际工作经验才能进行具体分析。

因此对二次电源的电压特性测试目前还没有比较标准的测试方法来判断电源的功率变化特征，因为电源电压动态特性测试无法规范化，各种技术类型二次电源的适用范围不好定性，使用的安全性也是不理想的。据有关统计，电器设备80%故障的发生与电源有关，由此可以证明长期以来因为在科教理论，产品说明书一直依靠一些不清晰的测量参数资料和工程师的工作经验来维持电源的设计、生产检验，这是一种不严谨的科学态度。需要电力电子从业者高度重视二次电压波形测量的技术问题。

二、TDTCT-1A电源电压特性动态测试系统简介

针对数字示波器在常规使用时测量二次电源运行特性电压、电流动态变化曲线显示不清晰的问题，长沙天顶变压器厂技术人员设计了一种全新的数字示波器测量技术解决方案，并且研制成功TDTCT-1和TDTCT-1A两种型号的电源特性动态测试系统，TCTDT-1不包含电参数测量、模拟负载电路的简约型，TDTCT-1A电源电压特性动态测试系统则是一种便携式测试系统，包括一台数字示波器和一台含电参数测量、模拟负载电路的辅助机箱，参见图一。

TDTCT-A型电源特性动态测试系统优选了四个测试环节的系统配置。

一、选择了测试功能、灵敏度，度合适的数字示波器作为电压、电流波形显示仪器

二、使用多功能真有效值多功能电参数测量仪用作电量参数的测量

三、配置恰当的大功率低阻抗电流波采样器

四、选优多档R、RL模拟电路作为电源输出负载。

这样就组成了一个结构简单，功能齐全，操作方便、安全可靠并且实用性很强的便携式电源特性动态测试系统。可以满足工程技术人员测量交流电源、直流恒压、恒流电源、开关电源、变频电源、逆变电源等各种类型二次电源工作时的空载、轻载、满载、临界保护状态的综合电量参数指标；一次电源输入侧电压、电流波电能量时间分布曲线以及二次电源输出电压、电流波幅变化、开关频率，占空比等电能量时间分布曲线等电源工作的动态特性。

三、TGTDT-1电源电压特性测试与传统测试效果比较

1、示波器常规测试方法及其波形显示效果

现代电工学理论认为：二次电源主要有线性电源和开关电源二大类，输出的直流电压都是一个固定值，由交流电压经整流、滤波、稳压或高频调制后得到。由于滤波不干净，附着于直流电平之上，其包含周期性与随机性成分的杂波信号，因此输出的直流电压中就会含有交流成分。所以在示波器测量任何型号的二次电源时一般都会根据示波器参数设置出现类似图二—图七所示的测量波形，参见图二——图七。这些测试的图片没有清晰的电压曲线轮廓，有的电信号曲线非常平直，有的电信号曲线却是噪音信号特征特别明显，如果改变示波器的扫描时机，从示波器的参数显示栏能够读出快速变化的高频纹波频率值和纹波震幅值。工程师们如果要从这些杂乱无章的、无规律的波形和重现性不好的电压波曲线显示中间说明其准确电压特征，是很困难的。同时这些波形与电源理论研究应有的工作波形不同，也与示波器测试应该达到的测试效果不相符合。