一、技術(shù)背景

目前，在世界范圍內(nèi)針對(duì)電力電子科學(xué)理論教育、科研、電能質(zhì)量、電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、質(zhì)量檢測(cè)、維修的各種技術(shù)環(huán)節(jié)均大量使用示波器測(cè)量電路電壓時(shí)間特性曲線。通過(guò)觀察線路關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的電壓電流波形可以直觀地檢查線路工作是否正常，驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否恰當(dāng)，這對(duì)于提高電路可靠性有著極大的幫助。

示波器是測(cè)量?jī)x器中zui為基礎(chǔ)與重要的儀器。幾乎所有電力、電子工程師都是根據(jù)示波器說(shuō)明書(shū)的波形測(cè)量方式來(lái)判斷；或是利用一些工作積累的經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行電路電壓特性的測(cè)量，來(lái)觀察、解釋電路實(shí)際工作的原理、功能。

與此同時(shí)卻有個(gè)非常難以解釋的現(xiàn)象：一臺(tái)合格的模擬、數(shù)字示波器在測(cè)試普通的工頻、脈沖、函數(shù)電信號(hào)等波形時(shí)，測(cè)試效果都比較理想，一致性也很好。但應(yīng)用到電力網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量時(shí)，因被測(cè)電路會(huì)受到不同級(jí)別的信號(hào)噪音、諧波、閃變及負(fù)荷工作特性的特殊紋波等復(fù)合信號(hào)的影響，所以無(wú)論什么級(jí)別的數(shù)字示波器都很難獲取真實(shí)的、重現(xiàn)性好的動(dòng)態(tài)電壓變化特征曲線。特別在測(cè)量二次電源電壓特性方面，測(cè)量的波形模糊不清、電信號(hào)定位、再現(xiàn)性都很差。

對(duì)于此種長(zhǎng)期而又普遍存在的示波器使用缺陷，有的專家觀點(diǎn)是：示波器探頭的分布電容太大因而影響顯示效果；有的觀點(diǎn)認(rèn)為：由于許多電源的工作特性其電信號(hào)接近噪聲，需要更高分辨率的示波器或特殊探頭配合使用才能清晰的顯示電壓特性曲線，而現(xiàn)階段只有期待提高示波器配置性能和工程師實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)才能進(jìn)行具體分析。

因此對(duì)二次電源的電壓特性測(cè)試目前還沒(méi)有比較標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法來(lái)判斷電源的功率變化特征，因?yàn)殡娫措妷簞?dòng)態(tài)特性測(cè)試無(wú)法規(guī)范化，各種技術(shù)類型二次電源的適用范圍不好定性，使用的安全性也是不理想的。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，電器設(shè)備80%故障的發(fā)生與電源有關(guān)，由此可以證明長(zhǎng)期以來(lái)因?yàn)樵诳平汤碚?，產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)一直依靠一些不清晰的測(cè)量參數(shù)資料和工程師的工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)維持電源的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)檢驗(yàn)，這是一種不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。需要電力電子從業(yè)者高度重視二次電壓波形測(cè)量的技術(shù)問(wèn)題。

二、TDTCT-1A電源電壓特性動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介

針對(duì)數(shù)字示波器在常規(guī)使用時(shí)測(cè)量二次電源運(yùn)行特性電壓、電流動(dòng)態(tài)變化曲線顯示不清晰的問(wèn)題，長(zhǎng)沙天頂變壓器廠技術(shù)人員設(shè)計(jì)了一種全新的數(shù)字示波器測(cè)量技術(shù)解決方案，并且研制成功TDTCT-1和TDTCT-1A兩種型號(hào)的電源特性動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，TCTDT-1不包含電參數(shù)測(cè)量、模擬負(fù)載電路的簡(jiǎn)約型，TDTCT-1A電源電壓特性動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)則是一種便攜式測(cè)試系統(tǒng)，包括一臺(tái)數(shù)字示波器和一臺(tái)含電參數(shù)測(cè)量、模擬負(fù)載電路的輔助機(jī)箱，參見(jiàn)圖一。

TDTCT-A型電源特性動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)優(yōu)選了四個(gè)測(cè)試環(huán)節(jié)的系統(tǒng)配置。

一、選擇了測(cè)試功能、靈敏度，度合適的數(shù)字示波器作為電壓、電流波形顯示儀器

二、使用多功能真有效值多功能電參數(shù)測(cè)量?jī)x用作電量參數(shù)的測(cè)量

三、配置恰當(dāng)?shù)拇蠊β实妥杩闺娏鞑ú蓸悠?/p>

四、選優(yōu)多檔R、RL模擬電路作為電源輸出負(fù)載。

這樣就組成了一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能齊全，操作方便、安全可靠并且實(shí)用性很強(qiáng)的便攜式電源特性動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)?？梢詽M足工程技術(shù)人員測(cè)量交流電源、直流恒壓、恒流電源、開(kāi)關(guān)電源、變頻電源、逆變電源等各種類型二次電源工作時(shí)的空載、輕載、滿載、臨界保護(hù)狀態(tài)的綜合電量參數(shù)指標(biāo)；一次電源輸入側(cè)電壓、電流波電能量時(shí)間分布曲線以及二次電源輸出電壓、電流波幅變化、開(kāi)關(guān)頻率，占空比等電能量時(shí)間分布曲線等電源工作的動(dòng)態(tài)特性。

三、TGTDT-1電源電壓特性測(cè)試與傳統(tǒng)測(cè)試效果比較

1、示波器常規(guī)測(cè)試方法及其波形顯示效果

現(xiàn)代電工學(xué)理論認(rèn)為：二次電源主要有線性電源和開(kāi)關(guān)電源二大類，輸出的直流電壓都是一個(gè)固定值，由交流電壓經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓或高頻調(diào)制后得到。由于濾波不干凈，附著于直流電平之上，其包含周期性與隨機(jī)性成分的雜波信號(hào)，因此輸出的直流電壓中就會(huì)含有交流成分。所以在示波器測(cè)量任何型號(hào)的二次電源時(shí)一般都會(huì)根據(jù)示波器參數(shù)設(shè)置出現(xiàn)類似圖二—圖七所示的測(cè)量波形，參見(jiàn)圖二——圖七。這些測(cè)試的圖片沒(méi)有清晰的電壓曲線輪廓，有的電信號(hào)曲線非常平直，有的電信號(hào)曲線卻是噪音信號(hào)特征特別明顯，如果改變示波器的掃描時(shí)機(jī)，從示波器的參數(shù)顯示欄能夠讀出快速變化的高頻紋波頻率值和紋波震幅值。工程師們?nèi)绻獜倪@些雜亂無(wú)章的、無(wú)規(guī)律的波形和重現(xiàn)性不好的電壓波曲線顯示中間說(shuō)明其準(zhǔn)確電壓特征，是很困難的。同時(shí)這些波形與電源理論研究應(yīng)有的工作波形不同，也與示波器測(cè)試應(yīng)該達(dá)到的測(cè)試效果不相符合。