Pokročilé testování otáčkového poměru pro speciální transformátory: Scott, Inverzní Scott a V-v připojení

1 Analýza chyb tradičních metod měření poměru otáček

Most QJ35 pro měření poměru otáček a jiné testovací přístroje založené na jednofázovém měření využívají princip dvojitého voltméru. QJ35 však eliminuje rušivé vlivy fluktuace napájecí sítě prostřednictvím vyvážení mostu. Pro měření poměru otáček třífázového transformátoru pomocí jednoho zdroje napájení je nutné propojit odpovídající terminály a převést data, takže se třífázové měření promění v nezávislá jednofázová měření, s převodem √3 Yd podle skupin spojení.

Speciální transformátory s odlišnými způsoby spojení než standardní, čelí s touto metodou velkým výzvám. Scottovy transformátory mají elektrická spojení primárních cívek, zatímco obdélníkové transformátory mají spojení sekundárních civek. Jednofázové měření s uzavřeným magnetickým okruhem mění fázová spojení, což způsobuje významné odchylky v poměru otáček. Tato metoda také nedokáže přesně změřit fázové rozdíly mezi primární a sekundární stranou, což znemožňuje určení způsobu spojení.

2 Metody měření poměru otáček a způsobu spojení speciálních transformátorů

Pro efektivní měření poměru otáček speciálních transformátorů (na základě předchozí analýzy) použijte třífázový (fázový rozdíl 120°, standard) nebo dvoufázový (fázový rozdíl 90°, pro inverzní Scottovy transformátory) výstup zdroje napájení. Klíčem je měření podle skutečného provozu transformátoru, aplikace ~110V, měření poměrů napětí a fázových rozdílů mezi primární a sekundární stranou k určení poměru otáček a způsobu spojení.

Na obrázku 2, (N,n) je signální země přístroje. Aplikujte standardní třífázové napětí na vysokonapěťovou stranu transformátoru, změřte fázová napětí (U_A, U_B, U_C, U_a, U_b, U_c) vzhledem ke signální zemi. Pomocí vektorových operací vypočítejte linková napětí (U_AB, U_BC, U_CA, U_ab, U_bc, U_ca). Odvodit poměry otáček (K_AB/_ab, K_BC/_bc, K_CA/_ca) podle definice a určit skupiny podle rozdílu úhlů UAB-Uab. Pro inverzní Scottovy transformátory aplikujte 90° dvoufázové napětí na vysokonapěťovou stranu; podobně změřte poměry otáček a fázové rozdíly. Tento způsob shoduje měřicí magnetický okruh s pracovním magnetickým okruhem transformátoru, což zajišťuje, že výsledky odrážejí skutečné poměry otáček a způsob spojení.

3 Pracovní princip přístroje

Díky rychlému rozvoji velkých integrovaných obvodů, vylepšení výkonu zdrojů napájení a hluboké evoluci technologií digitálního zpracování signálů je nyní možné navrhnout speciální přístroje pro měření poměru otáček v souladu s výše uvedenými myšlenkami. Přístroj lze zhruba rozdělit do tří částí: zdroj napájení, vícekanalové rychlé snímání signálů a digitální zpracování signálů.

Pro provedení měření poměru otáček transformátoru s speciálním způsobem spojení musí být použit vyvážený třífázový zdroj napájení nebo dvoufázový zdroj napájení s fázovým rozdílem 90°. Analogové zařízení vysílá nastavený signál, který po zesílení pomocí zdroje napájení vytvoří třífázové střídavé napětí, aby bylo možné provést měření speciálního transformátoru ve skutečných provozních podmínkách. Aby byl minimalizován vliv fluktuace napájecí sítě přístroje (AC 220 V) na výsledky měření, musí mít výstup standardního zdroje napájení relativně vysokou stabilitu.

Vzhledem k zapojení velkého množství vektorových operací, aby bylo zajištěno správné spojení a fázový rozdíl mezi primární a sekundární stranou, musí být současně snímáno alespoň 6 kanálů signálů, tj. 3 kanály napětí na vysokonapěťové straně a 3 kanály napětí na nízkonapěťové straně. Přístroj používá konstrukční návrh kombinující mikroprocesor s FPGA. FPGA dokončuje synchronní snímání a ukládání dat ze 6 kanálů, zatímco mikroprocesor je odpovědný za zpracování a výstup dat.

Aby byl minimalizován vliv různých složitých elektromagnetických rušivých vlivů na měřená data na místě měření, odstraněny různé rušivé signály kromě základní vlny střídavého signálu zdroje napájení a použita rychlá Fourierova transformace k digitálnímu zpracování signálů každého kanálu, aby byl dosažen cíl odolnosti proti rušivým vlivům. Použitím rychlé Fourierovy transformace lze pohodlně získat vektorové informace každého kanálu signálů a fázový rozdíl mezi primární a sekundární stranou, a poté vypočítat fázový rozdíl a způsob spojení.

Aby byl minimalizován vliv chyb třífázového zdroje napájení na měření, když je fázové napětí 80 V, by měla amplitudní nerovnováha napětí zdroje být lepší než ±0,04 V a fázová nerovnováha lepší než ±0,04°.

4 Měřené výsledky Scottových a inverzních Scottových transformátorů

Speciální přístroj pro měření poměru otáček transformátorů vyvinutý podle výše uvedených myšlenek byl otestován v určitém podsíti a měřená data jsou uvedena v tabulce 1.

Jak je vidět z tabulky 1, speciální přístroj pro měření poměru otáček založený na třífázovém zdroji napájení úspěšně dokončil měření poměru otáček dvou typů speciálních transformátorů a fázový rozdíl také splňuje požadavky skutečného transformátoru. Hodnoty fázových rozdílů v tabulce 1 jsou fázové rozdíly definované v jejich sloupcích, a an-bn reprezentuje fázový rozdíl mezi fázemi na nízkonapěťové straně.

5 Měření transformátorů s V-v spojením

Způsob spojení a diagram vektorů napětí transformátoru s V-v spojením se liší od Scottova transformátoru. Jejich společnou vlastností je, že převádějí třífázový zdroj napájení na dvoufázový zdroj napájení s pevným fázovým rozdílem, aby splňovaly požadavek nerovnoměrného zatížení. Proto lze použít stejnou měřicí metodu. Obrázky 3 a 4 ukazují schémata zapojení a diagramy vektorů napětí těchto dvou způsobů spojení.

Protože fázový rozdíl mezi dvoufázovými napětím na sekundární straně v režimu V-v spojení je 60° namísto 90° v režimu Scott, výsledky dané přístrojem se liší při výpočtu relativní chyby poměru otáček.

Při měření s testerem BZJT-I vyberte režim "Scott" a pak zavřete spínač k zahájení měření.

Je třeba poznamenat, že standardní poměr otáček zde odkazuje na poměr lineárního napětí tří fází na vysokonapěťové straně testovaného transformátoru k napětí jedné fáze na nízkonapěťové straně U_ab/U_αn nebo U_ab/U_βn. V níže uvedeném strukturním diagramu odpovídají a a b α a β Scottova transformátoru, a n v diagramu odpovídá společnému terminálu fází α a β.

Tabulka 2 ukazuje výsledky měření Scottova transformátoru. Při výpočtu chyby položky "AB/ab" přístroj interně dělí vstupní standardní poměr otáček 1,4142 jako výpočetní základ. Pro transformátor s V-v spojením, protože fázový rozdíl mezi dvoufázovými napětím na sekundární straně je 60°, je do výpočtu relativní chyby zavedena fixní odchylka 41,42%, ale skutečně změřená hodnota poměru otáček je správná.

Pro transformátor s V-v spojením by měly být hodnoty dvou fázových rozdílů -60,000° (fázový rozdíl fázových napětí na sekundární straně) a -300,00° (fázový rozdíl lineárních napětí mezi primární a sekundární stranou).

6 Závěr

Použití jednofázového zdroje napájení nemůže splnit požadavky na měření poměru otáček a způsobu spojení speciálních transformátorů s komplexními způsoby spojení. Aby bylo možné adaptovat měření poměru otáček na místě a pro výrobce speciálních transformátorů, by měl být vybrán třífázový zdroj napájení pro měření. Speciální přístroj pro měření poměru otáček založený na výstupu třífázového standardního zdroje napájení a podporovaný technologiemi rychlého synchronního snímání a digitálního zpracování signálů může dobře dokončit měření poměru otáček a způsobu spojení.