آزمون پیشرفته نسبت دوران برای ترانسفورماتورهای خاص: اسکات، اسکات معکوس و اتصالات V-v

1 تحلیل خطا در روش‌های سنتی آزمون نسبت دور

پل QJ35 و دیگر دستگاه‌های تست‌کننده مبتنی بر فاز تک‌فاز همگی از اصل ولتاژسنج دوگانه استفاده می‌کنند. پل QJ35 با این حال، با استفاده از تعادل پل، تداخلات ناشی از نوسانات منبع تغذیه را حذف می‌کند. برای آزمون نسبت دور ترانسفورماتورهای سه‌فاز با یک منبع تغذیه، باید طرفهای متناظر کوتاه شده و داده‌ها تبدیل شوند، به گونه‌ای که آزمون‌های سه‌فاز به اندازه‌گیری‌های مستقل تک‌فاز تبدیل شوند و تبدیل √3 Yd بر اساس گروه‌های اتصال انجام شود.

ترانسفورماتورهای خاص که با مدلهای اتصال متفاوت از استانداردها هستند، با این روش مواجه با چالش‌های عمده‌ای هستند. ترانسفورماتورهای اسکات دارای اتصالات الکتریکی فاز اولیه هستند، در حالی که ترانسفورماتورهای مستقیم‌ساز دارای اتصالات فاز ثانویه هستند. آزمون تک‌فاز با مدارهای مغناطیسی کوتاه شده، اتصالات فاز را تغییر می‌دهد و باعث انحرافات قابل توجه در نسبت دور می‌شود. همچنین قادر به اندازه‌گیری دقیق اختلاف فاز اولیه-ثانویه نیست و امکان تشخیص مدل اتصال را فراهم نمی‌کند.

2 روش‌های آزمون نسبت دور و مدل اتصال ترانسفورماتورهای خاص

برای آزمون موثر نسبت دور ترانسفورماتورهای خاص (براساس تجزیه و تحلیل قبلی)، از خروجی‌های منبع تغذیه سه‌فاز (اختلاف فاز 120°، استاندارد) یا دو‌فاز (اختلاف فاز 90°، برای ترانسفورماتورهای اسکات معکوس) استفاده کنید. کلید: آزمون بر اساس عملکرد واقعی ترانسفورماتور، اعمال ~110V، اندازه‌گیری نسبت ولتاژ اولیه-ثانویه و اختلاف فاز برای تعیین نسبت دور و مدل اتصال.

در شکل 2، (N,n) زمین سیگنال دستگاه است. ولتاژ سه‌فاز استاندارد را به سمت فشار بالای ترانسفورماتور اعمال کنید و ولتاژهای فاز (U_A, U_B, U_C, U_a, U_b, U_c) را نسبت به زمین سیگنال اندازه‌گیری کنید. با استفاده از عملیات برداری، ولتاژهای خط (U_AB, U_BC, U_CA, U_ab, U_bc, U_ca) را محاسبه کنید. بر اساس تعریف، نسبت‌های دور (K_AB/_ab, K_BC/_bc, K_CA/_ca) را مشتق کنید و گروه‌ها را از طریق اختلاف زاویه‌های UAB-Uab تعیین کنید. برای ترانسفورماتورهای اسکات معکوس، ولتاژ دو‌فاز 90° را به سمت فشار بالا اعمال کنید؛ به طور مشابه نسبت‌های دور و اختلاف فاز را اندازه‌گیری کنید. این روش مدار مغناطیسی آزمون را با مدار مغناطیسی کاری ترانسفورماتور همسو می‌کند و اطمینان می‌دهد که نتایج نسبت‌های دور و مدل اتصال واقعی را منعکس می‌کنند.

3 اصل عملکرد دستگاه آزمون

با توسعه سریع مدارهای مجتمع مقیاس بزرگ، بهبود عملکرد دستگاه‌های منبع تغذیه و تکامل عمیق تکنولوژی پردازش سیگنال دیجیتال، اکنون امکان طراحی دستگاه‌های آزمون نسبت دور خاص بر اساس ایده‌های ذکر شده وجود دارد. دستگاه می‌تواند به سه بخش تقسیم شود: منبع تغذیه، جمع‌آوری سیگنال چندکانالی با سرعت بالا و پردازش سیگنال دیجیتال.

برای انجام آزمون نسبت دور ترانسفورماتور با یک مدل اتصال خاص، باید از یک منبع تغذیه سه‌فاز متوازن یا یک منبع تغذیه دو‌فاز با اختلاف فاز 90° استفاده شود. یک سیگنال تنظیم شده توسط دستگاه‌های آنالوگ ارسال می‌شود و پس از تقویت توسط دستگاه‌های منبع تغذیه، ولتاژ جریان متناوب سه‌فاز خروجی می‌شود تا آزمون ترانسفورماتور خاص تحت شرایط کاری واقعی انجام شود. برای کاهش تأثیر نوسانات منبع تغذیه دستگاه (AC 220 V) بر نتایج آزمون، خروجی منبع تغذیه استاندارد باید دارای پایداری نسبتاً بالا باشد.

به دلیل درگیری تعداد زیادی از عملیات برداری، برای اطمینان از اتصال صحیح و اختلاف زاویه‌ای بین فازهای اولیه و ثانویه، حداقل 6 کانال سیگنال باید همزمان جمع‌آوری شوند، یعنی 3 کانال ولتاژ در سمت فشار بالا و 3 کانال ولتاژ در سمت فشار پایین. دستگاه از یک طراحی ساختاری میکروکنترلر تک‌بلوری ترکیب شده با FPGA استفاده می‌کند. FPGA نمونه‌برداری همزمان و ذخیره‌سازی داده‌های 6 کانال سیگنال را انجام می‌دهد و میکروکنترلر تک‌بلوری مسئول پردازش داده‌ها و خروجی است.

برای جلوگیری از تأثیر انواع پیچیده تداخلات الکترومغناطیسی بر داده‌های آزمون در محل آزمون، حذف تمام سیگنال‌های تداخلی غیر از موج بنیادی سیگنال AC منبع تغذیه آزمون و استفاده از الگوریتم تبدیل فوریه سریع برای پردازش سیگنال دیجیتال هر کانال سیگنال، به منظور دستیابی به هدف ضد تداخل. با استفاده از تبدیل فوریه سریع، می‌توان به راحتی اطلاعات برداری هر کانال سیگنال و اختلاف زاویه‌ای بین فازهای اولیه و ثانویه را به دست آورد و سپس اختلاف زاویه‌ای و مدل اتصال را محاسبه کرد.

برای جلوگیری از تأثیر خطای منبع تغذیه سه‌فاز بر اندازه‌گیری، وقتی ولتاژ فاز آزمون 80 V است، عدم تعادل دامنه ولتاژ منبع تغذیه باید بهتر از ±0.04 V و عدم تعادل فاز باید بهتر از ±0.04° باشد.

4 نتایج اندازه‌گیری ترانسفورماتورهای اسکات و اسکات معکوس

دستگاه آزمون نسبت دور ترانسفورماتور خاص که بر اساس ایده‌های فوق توسعه یافته است، در یک زیرстанیون خاص آزمون شده و داده‌های اندازه‌گیری شده در جدول 1 نشان داده شده است.

از جدول 1 می‌توان دریافت که دستگاه آزمون ترانسفورماتور خاص مبتنی بر منبع ولتاژ سه‌فاز با موفقیت آزمون نسبت دور دو نوع ترانسفورماتور خاص را انجام داده و اختلاف زاویه‌ای نیز با الزامات ترانسفورماتور واقعی مطابقت دارد. مقادیر اختلاف زاویه‌ای در جدول 1، اختلاف زاویه‌ای تعریف شده در ستون‌های مربوطه هستند و an - bn نشان‌دهنده اختلاف زاویه‌ای بین فازهای سمت فشار پایین است.

5 آزمون ترانسفورماتورهای متصل شده به صورت V-v

مدل اتصال و نمودار بردار ولتاژ ترانسفورماتور متصل شده به صورت V-v متفاوت از ترانسفورماتور اسکات است. با این حال، ویژگی مشترک آنها این است که یک منبع تغذیه سه‌فاز را به یک منبع تغذیه دو‌فاز با اختلاف فاز ثابت تبدیل می‌کنند تا نیاز بارهای نامتوازن را برآورده کنند. بنابراین، می‌توان از همان روش اندازه‌گیری استفاده کرد. شکل‌های 3 و 4 نمودارهای اتصال و نمودارهای بردار ولتاژ این دو مدل اتصال را نشان می‌دهند.

به دلیل اختلاف فاز 60° بین ولتاژهای دو‌فاز در سمت ثانویه در مدل اتصال V-v، به جای 90° در مدل اسکات، نتایج داده شده توسط دستگاه در محاسبه خطای نسبی نسبت دور متفاوت خواهد بود.

هنگام آزمون با دستگاه BZJT-I، مود "اسکات" را انتخاب کنید و سپس کلید را ببندید تا اندازه‌گیری شروع شود.

باید توجه داشت که نسبت دور استاندارد در اینجا به نسبت ولتاژ خط سه‌فاز در سمت فشار بالای ترانسفورماتور آزمون شده به ولتاژ فاز تک در سمت فشار پایین U_ab/U_αn یا U_ab/U_βn اشاره دارد. در نمودار ساختاری زیر، a و b به α و β ترانسفورماتور اسکات مربوط می‌شوند و n در نمودار به انتهای مشترک فازهای α و β مربوط می‌شود.

جدول 2 نتایج آزمون یک ترانسفورماتور اسکات را نشان می‌دهد. هنگام محاسبه خطای مورد "AB/ab"، دستگاه به طور داخلی نسبت دور استاندارد ورودی را بر 1.4142 تقسیم می‌کند به عنوان مبنای محاسبه. برای ترانسفورماتور متصل شده به صورت V-v، به دلیل اختلاف فاز 60° بین ولتاژهای دو‌فاز در سمت ثانویه، یک اختلاف ثابت 41.42% به محاسبه خطای نسبی معرفی می‌شود، اما مقدار اندازه‌گیری شده نسبت دور صحیح است.

برای ترانسفورماتور متصل شده به صورت V-v، مقادیر دو اختلاف زاویه‌ای باید –60.000° (اختلاف زاویه‌ای ولتاژهای فاز در سمت ثانویه) و –300.00° (اختلاف زاویه‌ای ولتاژهای خط بین سمت‌های اولیه و ثانویه) باشد.

6 نتیجه‌گیری

استفاده از منبع تغذیه آزمون تک‌فاز نمی‌تواند نیازهای اندازه‌گیری نسبت دور و مدل اتصال ترانسفورماتورهای خاص با مدلهای اتصال پیچیده را برآورده کند. برای سازگاری با کارهای آزمون نسبت دور در محل و تولیدکنندگان ترانسفورماتورهای خاص، باید از مود آزمون منبع تغذیه سه‌فاز برای اندازه‌گیری انتخاب شود. دستگاه آزمون نسبت دور خاص که بر اساس خروجی منبع ولتاژ سه‌فاز استاندارد و با پشتیبانی از تکنولوژی جمع‌آوری همزمان با سرعت بالا و پردازش سیگنال دیجیتال، می‌تواند به خوبی آزمون‌های نسبت دور و مدل اتصال را انجام دهد.