对扼流变压器阻抗测试方法的探讨

吕大梅

(固安北信铁路信号有限公司，河北廊坊 065500)

1 概述

25 Hz 相敏轨道电路是我国铁路电气化区段的主要制式，扼流变压器作为轨道电路的重要组成部分，广泛应用于轨道电路的发送端和接收端、或需要连通牵引电流的处所，起到导通和平衡牵引电流的作用。由于扼流变压器的重要性，对它的电气性能测试的准确度就显得尤为重要。

25 Hz 相敏轨道电路用扼流变压器主要分为BE系列扼流变压器和BES 系列扼流变压器，对于它们的阻抗测试方法，本文提出平衡电压法测试和不平衡电压法测试，对BE 系列扼流变压器和BES 系列扼流变压器分别进行理论计算和分析对比。尽管造成的偏差存在一定局限性，但也足以引起关注和重视。

2 测试方法介绍

1）平衡电压法

对于BE 型和BES 型扼流变压器，阻抗的测试电路为同一测试电路，如图1 所示，此测试电路引用国家铁路局发布的标准铁路信号用变压器 第七部分：BE 系列扼流变压器（TB/T1869.7-2016 ）中5.5.1试验电路 图7 牵引线圈未经磁化阻抗试验电路。

图1 牵引线圈未经磁化阻抗试验电路Fig.1 Impedance test circuits with unmagnetized traction coil

在图1 所示测试电路中，R为变阻器，BE 为被测扼流变压器。所谓平衡电压法，即当扼流变压器按给定的测试条件通电时，需使R变阻器和BE 扼流变压器上所分得的电压尽量接近或相等，对于扼流变压器阻抗值来说，即使R变阻器的阻值尽量接近扼流变压器的阻抗值。

2）不平衡电压法

通过平衡电压法的介绍，不平衡电压法即可理解为，当扼流变压器按给定的测试条件通电时，无需使R变阻器和BE 扼流变压器上所分得的电压尽量接近或相等，即无需使R变阻器的阻值尽量接近扼流变压器的阻抗值。但平衡电压法是绝对的，而不平衡电压法是相对的，R变阻器的阻值是不确定的，而在此涉及的测试，选定R变阻器与BE 扼流变压器的比值为1：10，并通过分析，可以确定此设定值为最佳测试状态。

3 测试方法应用分析

为使分析对比更加直观明确，下面按BES 系列扼流变压器和BE 系列扼流变压器进行分类，分别对其应用平衡电压法和不平衡电压法进行对比分析。

3.1 BES系列扼流变压器应用平衡电压法和不平衡电压法对比

对于BES 型扼流变压器，其阻抗值为0.218 Ω（±5%），根据平衡电压法和不平衡电压法的设定要求，变阻器R在不同测试方法的设定值如下：

平衡电压法R=0.2 Ω，为了方便计算，变阻器R阻值接近于扼流变压器阻抗值。

不平衡电压法R=2.0 Ω，变阻器R阻值是扼流变压器阻值的10 倍左右。

结合图1 测试电路，从直观上看，平衡电压法的效果是在整个测试电路中，扼流变压器和变阻器R对总输出电压的分压大致相等。这样取值后，电压表的示值在同一个数量级，就避免了电压表不在同一个数量级而造成误差，使电压表读数时的误差降到最低，即在理论认知中的思维模式。

对比看来，不平衡电压法使扼流变压器和变阻器的分压呈现1：10 的关系，电压表的示值相差一个数量级。

直观上，都会选取平衡电压法，下面通过计算和数据分析，看哪种测试方法对扼流变压器造成的偏差更小。

在上面的测试过程中，首先用电压表测得U1和UR，读取电压表的示值，然后根据公式（1）：

计算得出被测扼流变压器阻抗Z。

在平衡电压法测试条件下，对电压表的测试误差可以忽略不计，因为电压表在同等数量级下进行测试。

在不平衡电压法测试条件下，U1的示值为1 V，UR的示值为9.174 V，则根据公式（1）可得：

在这个过程中，如果由于电压表不在同一个数量级，那么，按照电压表的精度等级，它的精度能够达到10-3，即最不利是U的示值偏差0.001 V，那么，重新代入公式（1）得：

如果假定Z=0.218 Ω 为真值，那么，由于电压表造成的绝对误差为0.000 2 Ω。

在上面的分析过程中，尽可能的减小了电压表带来的误差，但其实忽略了变阻器R带来的误差。变阻器R的误差并不在测试过程中，而是在测试之前，因为变阻器R的阻值一般是用LCR 测试仪测试得出，测试仪的精度一般在10-3。那么，在不考虑电压表测试误差的情况下，再来分析R带来的误差。

在平衡电压法中，U1的示值为1 V，UR的示值为0.917 4 V，根据公式（1）可得：

如果变阻器R的测试偏差在0.001 Ω，则根据公式（1）可得：

如果假定Z=0.218 Ω 为真值，那么，造成的绝对误差为0.001 1 Ω。

在不平衡电压法中，UR的示值为1 V，R的示值为9.174 V，根据公式（1）得：

如果变阻器R的测试偏差在0.001 Ω，则根据公式（1）得：

如果假定Z=0.218 Ω 为真值，那么，造成的绝对误差为0.000 1 Ω。

明显可以看出，上面两种测试方法造成的绝对误差相差10 倍。在变阻器R的取值上，由于变阻器R的取值在允许范围内的误差造成了扼流变压器阻抗值Z的变化，相对误差相差10 倍，相较于考虑降低电压表造成的误差，变阻器R的取值就显得尤为重要。

另外，上面提到Z的阻值要求的上下浮动为5%，即阻值范围为0.207 8～0.228 Ω，那么平衡电压法造成的后果相当于对Z 的浮动范围缩小了1/10；而不平衡电压法，对Z的浮动范围缩小了1/100。这在另一方面体现R的取值对Z 的影响。

因此，在BES 型扼流变压器阻抗测试过程中，可以得出，不平衡电压法测试更优于平衡电压法测试。

3.2 BE系列扼流变压器应用平衡电压法和不平衡电压法对比

BE 型扼流变压器的阻抗范围约在0.8～1.2 Ω范围内，为了方便计算，假定它的阻抗是1 Ω。根据平衡电压法和不平衡电压法的设定要求：平衡电压法R=1 Ω 变阻器R阻值与扼流变压器阻抗值相等；不平衡电压法R=10 Ω 变阻器R阻值是扼流变压器阻值的10 倍。

在平衡电压法条件下，同样，对电压表的测试误差忽略不计，因为电压表在同等数量级下进行测试；在不平衡电压法条件下，U1的示值为1 V，UR的示值为10 V，则根据公式（1）可得：

在这个过程中，如果由于电压表不在同一个数量级，那么按照电压表的精度等级，它的精度能够达到10-3，即最不利是U的示值偏差0.001 V，那么重新代入公式（1）得：

如果假定Z=1 Ω 为真值，那么，由于电压表造成的绝对误差为0.001 Ω。

如果在不考虑电压表测试误差的情况下，再来分析变阻器R带来的误差，在平衡电压法中，U1的示值为1 V，变阻器R的示值也为1 V，根据公式（1）得：

如果变阻器R的测试偏差在0.001 Ω，则根据公式（1）得：

如果假定Z=1 Ω 为真值，那么，造成的绝对误差为0.001 Ω。

在不平衡电压法中，U1的示值为1 V，变阻器R的示值为10 V，根据公式（1）得：

如果变阻器R的测试偏差在0.001 Ω，则根据公式（1）可得：

如果假定Z=1 Ω 为真值，那么，造成的绝对误差为0.000 1 Ω。

通过对BE 系列扼流变压器的分析亦可以看出，不平衡电压法测试同样优于平衡电压法测试，只是对测试结果影响较小。

4 结束语

通过上述分析，尽管平衡电压法在BE 系列扼流变压器测试应用中比BES 系列扼流变压器测试应用中对测试结果影响小，究其原因，应该是BE 系列扼流变压器相对于BES 系列扼流变压器而言，其本身阻抗相对较大造成的。但对于这两种测试方法，不平衡电压法测试在选定R变阻器与扼流变压器为10 倍关系条件下，确实更优于平衡电压法测试。同样的方法，可以证明，在电压表精度等级允许的范围内，采用R变阻器与扼流变压器为10 倍关系条件下的不平衡电压法为最优法。如R变阻器与扼流变压器相差过于悬殊，将会引入其他因素影响。

当然，本文对此测试电路的分析可能存在片面性，如有其他因素影响，当另做分析。本文旨在提出，在设计测试电路过程中，还需均衡考虑各方面因素，不可拘泥于理论认知或者惯性思维，尽可能通过数据分析、对比，设计出对测试结果影响最小的测试方法。