Tests avancés de rapport de transformation pour transformateurs spéciaux : Scott, Inverse Scott et connexions V-v
1 Analyse des erreurs des méthodes de test de rapport de transformation traditionnelles
Le pont de rapport de transformation QJ35 et d'autres dispositifs de test basés sur une phase unique utilisent tous le principe du double-voltmètre. Cependant, le QJ35 élimine les interférences dues aux fluctuations de l'alimentation via l'équilibre du pont. Pour tester le rapport de transformation d'un transformateur triphasé avec une seule alimentation, les bornes correspondantes doivent être court-circuitées et les données converties, transformant ainsi les tests triphasés en mesures monophasées indépendantes, avec une conversion √3 Yd basée sur les groupes de connexion.
Les transformateurs spéciaux, qui ont des modes de connexion différents des transformateurs standards, font face à de grands défis avec cette méthode. Les transformateurs Scott ont des connexions électriques au niveau du bobinage primaire, tandis que les transformateurs redresseurs ont des connexions au niveau du bobinage secondaire. Les tests monophasés avec des circuits magnétiques court-circuités modifient les connexions de phase, causant des écarts importants dans le rapport de transformation. Ils ne permettent pas non plus de mesurer précisément la différence de phase entre le primaire et le secondaire, rendant impossible le jugement du mode de connexion.
2 Méthodes de test pour le rapport de transformation et le mode de connexion des transformateurs spéciaux
Pour tester efficacement le rapport de transformation des transformateurs spéciaux (selon l'analyse précédente), utilisez des sorties d'alimentation triphasée (différence de phase de 120°, standard) ou biphasée (différence de phase de 90°, pour les transformateurs Scott inversés). L'essentiel : effectuez le test selon le fonctionnement réel du transformateur, appliquez ~110V, mesurez les rapports de tension primaire-secondaire et les différences de phase pour déterminer le rapport de transformation et le mode de connexion.
Dans la Figure 2, (N,n) est la terre de signal de l'instrument. Appliquez une tension triphasée standard au côté haute tension du transformateur, mesurez les tensions de phase (UA, UB, UC, Ua, Ub, Uc) par rapport à la terre de signal. Utilisez des opérations vectorielles pour calculer les tensions linéaires (UAB, UBC, UCA, Uab, Ubc, Uca). Déduisez les rapports de transformation (KAB/ab, KBC/bc, KCA/ca) selon la définition, et déterminez les groupes via les différences d'angle UAB-Uab. Pour les transformateurs Scott inversés, appliquez une tension biphasée de 90° au côté haute tension ; mesurez de manière similaire les rapports de transformation et les différences de phase. Cette méthode aligne le circuit magnétique de test avec le circuit magnétique de travail du transformateur, assurant que les résultats reflètent les rapports de transformation et les modes de connexion réels.
3 Principe de fonctionnement de l'appareil de test
Avec le développement rapide des circuits intégrés à grande échelle, l'amélioration des performances des dispositifs d'alimentation, et l'évolution approfondie de la technologie de traitement numérique du signal, il est maintenant possible de concevoir des instruments de test de rapport de transformation spéciaux conformément aux idées mentionnées ci-dessus. L'instrument peut être grossièrement divisé en trois parties : l'alimentation, l'acquisition rapide multi-canaux de signaux, et le traitement numérique du signal.
Pour effectuer un test de rapport de transformation sur un transformateur avec un mode de câblage spécial, une alimentation triphasée équilibrée ou une alimentation biphasée avec une différence de phase de 90° doit être utilisée. Un signal défini est émis par des dispositifs analogiques, puis amplifié par des dispositifs de puissance, pour produire une tension alternative triphasée, permettant ainsi de réaliser le test du transformateur spécial dans des conditions de fonctionnement réelles. Pour réduire l'impact des fluctuations de l'alimentation de l'instrument (AC 220 V) sur les résultats du test, la sortie de l'alimentation standard doit avoir une stabilité relativement élevée.
En raison de l'implication d'un grand nombre d'opérations vectorielles, pour garantir le mode de connexion correct et la différence d'angle de phase entre le primaire et le secondaire, au moins 6 canaux de signaux doivent être collectés simultanément, c'est-à-dire 3 canaux de tensions sur le côté haute tension et 3 canaux de tensions sur le côté basse tension. L'instrument adopte une conception structurelle combinant un microcontrôleur unique et un FPGA. Le FPGA réalise l'échantillonnage synchrone et le stockage des données des 6 canaux de signaux, tandis que le microcontrôleur est responsable du traitement et de la sortie des données.
Pour éviter l'impact de diverses interférences électromagnétiques complexes sur les données de test sur site, éliminez toutes les interférences autres que l'onde fondamentale du signal AC de l'alimentation de test, et utilisez l'algorithme de transformée de Fourier rapide pour traiter numériquement chaque canal de signaux, afin d'atteindre l'objectif d'anti-interférence. En utilisant la transformée de Fourier rapide, les informations vectorielles de chaque canal de signaux et la différence d'angle de phase entre le primaire et le secondaire peuvent être facilement obtenues, et ensuite la différence d'angle de phase et le mode de connexion peuvent être calculés.
Pour éviter l'impact d'erreur de l'alimentation de test triphasée sur la mesure, lorsque la tension de phase de test est de 80 V, le degré d'équilibre de l'amplitude de la tension d'alimentation doit être meilleur que ±0,04 V, et le degré d'équilibre de phase doit être meilleur que ±0,04°.
4 Résultats mesurés des transformateurs Scott et Scott inversés
L'appareil de test de rapport de transformation spécial développé selon les idées mentionnées ci-dessus a été testé dans une certaine sous-station, et les données mesurées sont présentées dans le Tableau 1.
On peut voir dans le Tableau 1 que l'appareil de test de transformateur spécial basé sur la source de tension triphasée a réussi à effectuer le test de rapport de transformation de deux types de transformateurs spéciaux, et la différence d'angle de phase répond également aux exigences du transformateur réel. Les valeurs de différence d'angle de phase dans le Tableau 1 sont les différences d'angle de phase définies dans leurs colonnes respectives, et an - bn représente la différence d'angle phase-à-phase du côté basse tension.
5 Test des transformateurs connectés en V-v
Le mode de câblage et le diagramme de vecteurs de tension d'un transformateur connecté en V-v sont différents de ceux d'un transformateur Scott. Cependant, leur caractéristique commune est qu'ils convertissent une alimentation triphasée en une alimentation biphasée avec une différence de phase fixe pour répondre à l'exigence de charges déséquilibrées. Par conséquent, la même méthode de mesure peut être adoptée. Les Figures 3 et 4 montrent les schémas de câblage et les diagrammes de vecteurs de tension de ces deux modes de câblage.
Comme la différence de phase entre les tensions biphasées sur le côté secondaire dans le mode de connexion V-v est de 60°, au lieu de 90° dans le mode Scott, les résultats donnés par l'instrument diffèrent lors du calcul de l'erreur relative du rapport de transformation.
Lors du test avec l'appareil BZJT-I, sélectionnez le mode "Scott" puis fermez l'interrupteur pour démarrer la mesure.
Il convient de noter que le rapport de transformation standard ici fait référence au rapport de la tension linéaire des trois phases du côté haute tension du transformateur testé à la tension de la phase unique du côté basse tension Uab/Uαn ou Uab/Uβn. Dans le diagramme structuré ci-dessous, a et b correspondent à α et β du transformateur Scott, et n dans le diagramme correspond au terminal commun des phases α et β.
Le Tableau 2 présente les résultats du test d'un transformateur Scott. Lors du calcul de l'erreur de l'élément "AB/ab", l'instrument divise internement le rapport de transformation standard entré par 1,4142 comme base de calcul. Pour le transformateur connecté en V-v, puisque la différence de phase entre les tensions biphasées sur le côté secondaire est de 60°, une différence fixe de 41,42% est introduite dans le calcul de l'erreur relative, mais la valeur mesurée réelle du rapport de transformation est correcte.
Pour le transformateur connecté en V-v, les valeurs des deux différences d'angle de phase devraient être –60,000° (différence de phase des tensions de phase sur le côté secondaire) et –300,00° (différence de phase des tensions linéaires entre le primaire et le secondaire).
6 Conclusion
L'utilisation d'une alimentation de test monophasée ne peut pas satisfaire aux exigences de mesure du rapport de transformation et du mode de connexion des transformateurs spéciaux avec des modes de câblage complexes. Pour s'adapter aux travaux de test de rapport de transformation sur site et des fabricants de transformateurs spéciaux, un mode d'alimentation de test triphasée devrait être choisi pour la mesure. L'appareil de test de rapport de transformation spécial, basé sur la sortie d'une source de tension triphasée standard et soutenu par la technologie d'acquisition synchrone à haute vitesse et la technologie de traitement numérique du signal, peut bien accomplir les tests de rapport de transformation et de mode de connexion.
