Test avanzati del rapporto di trasformazione per trasformatori speciali: Scott Inverse Scott e connessioni V-v

1 Analisi degli errori dei metodi tradizionali di test del rapporto di trasformazione

Il ponte di rapporto di trasformazione QJ35 e altri tester basati su fasi singole utilizzano il principio del doppio voltmetro. Tuttavia, il QJ35 elimina l'interferenza dovuta alle fluttuazioni dell'alimentazione attraverso l'equilibrio del ponte. Per il test del rapporto di trasformazione di un trasformatore trifase con una sola alimentazione, i terminali corrispondenti devono essere cortocircuitati e i dati convertiti, trasformando i test trifase in misurazioni monofase indipendenti, con la conversione √3 Yd basata sui gruppi di connessione.

I trasformatori speciali, con modalità di connessione diverse da quelli standard, affrontano grandi sfide con questo metodo. I trasformatori Scott hanno connessioni elettriche primarie avvolgimento, mentre i trasformatori rettificatori hanno connessioni secondarie. Il test monofase con circuiti magnetici cortocircuitati altera le connessioni di fase, causando significative deviazioni del rapporto. Inoltre, non consente di misurare con precisione le differenze di fase primaria-secondaria, rendendo impossibile il giudizio sulla modalità di connessione.

2 Metodi di test per il rapporto di trasformazione e la modalità di connessione dei trasformatori speciali

Per testare in modo efficiente il rapporto di trasformazione di trasformatori speciali (come analizzato in precedenza), utilizzare uscite di alimentazione trifase (con differenza di fase di 120°, standard) o bifase (con differenza di fase di 90°, per i trasformatori Scott inversi). La chiave: testare secondo l'effettivo funzionamento del trasformatore, applicare ~110V, misurare i rapporti di tensione primaria-secondaria e le differenze di fase per determinare il rapporto di trasformazione e la modalità di connessione.

In Figura 2, (N,n) è il terreno del segnale dello strumento. Applicare la tensione trifase standard al lato ad alta tensione del trasformatore, misurare le tensioni di fase (U_A, U_B, U_C, U_a, U_b, U_c) rispetto al terreno del segnale. Utilizzare operazioni vettoriali per calcolare le tensioni lineari (U_AB, U_BC, U_CA, U_ab, U_bc, U_ca). Derivare i rapporti di trasformazione (K_AB/_ab, K_BC/_bc, K_CA/_ca) secondo definizione, e determinare i gruppi tramite le differenze angolari UAB-Uab. Per i trasformatori Scott inversi, applicare la tensione bifase a 90° al lato ad alta tensione; misurare in modo simile i rapporti di trasformazione e le differenze di fase. Questo metodo allinea il circuito magnetico di prova con il circuito magnetico di lavoro del trasformatore, assicurando che i risultati riflettano i rapporti di trasformazione e le modalità di connessione effettive.

3 Principio di funzionamento dello strumento di test

Con lo sviluppo rapido dei circuiti integrati a grande scala, il miglioramento delle prestazioni dei dispositivi di alimentazione e l'evoluzione approfondita della tecnologia di elaborazione dei segnali digitali, è ora possibile progettare strumenti speciali di test del rapporto di trasformazione in conformità con le idee menzionate. Lo strumento può essere diviso in tre parti: alimentazione, acquisizione multi-canalizzazione ad alta velocità e elaborazione dei segnali digitali.

Per condurre un test del rapporto di trasformazione su un trasformatore con un metodo di collegamento speciale, deve essere utilizzata un'energia trifase bilanciata o un'energia bifase con una differenza di fase di 90°. Un segnale impostato viene inviato dai dispositivi analogici, amplificato dai dispositivi di potenza, ed emette una tensione alternata trifase, realizzando così il test del trasformatore speciale nelle condizioni di funzionamento effettive. Per ridurre l'impatto delle fluttuazioni dell'alimentazione dello strumento (AC 220 V) sui risultati del test, l'uscita dell'alimentazione standard deve avere una stabilità relativamente elevata.

A causa dell'impiego di un gran numero di operazioni vettoriali, per garantire la modalità di connessione corretta e la differenza di fase tra i lati primario e secondario, devono essere raccolti simultaneamente almeno 6 canali di segnali, cioè 3 canali di tensioni sul lato ad alta tensione e 3 canali di tensioni sul lato a bassa tensione. Lo strumento adotta una progettazione strutturale di un microcontrollore monochip combinato con un FPGA. L'FPGA completa il campionamento sincrono e lo stoccaggio dei dati dei 6 canali, mentre il microcontrollore monochip è responsabile del trattamento dei dati e dell'output.

Per evitare l'impatto di varie interruzioni elettromagnetiche complesse sui dati di test sul sito, eliminare vari segnali di interferenza oltre alla onda fondamentale del segnale AC dell'alimentazione di prova, e utilizzare l'algoritmo di trasformata rapida di Fourier per eseguire l'elaborazione del segnale digitale su ciascun canale, al fine di raggiungere lo scopo di anti-interferenza. Utilizzando la trasformata rapida di Fourier, si possono ottenere in modo conveniente le informazioni vettoriali di ciascun canale di segnali e la differenza di fase tra i lati primario e secondario, e quindi calcolare la differenza di fase e la modalità di connessione.

Per evitare l'impatto degli errori dell'alimentazione di prova trifase sulla misurazione, quando la tensione di fase di prova è di 80 V, il grado di squilibrio dell'amplitude della tensione di alimentazione dovrebbe essere migliore di ±0,04 V, e il grado di squilibrio di fase dovrebbe essere migliore di ±0,04°.

4 Risultati misurati dei trasformatori Scott e Scott inversi

Lo strumento di test del rapporto di trasformazione speciale sviluppato in base alle idee sopra menzionate è stato testato in una certa sottostazione, e i dati misurati sono mostrati nella Tabella 1.

Si può vedere dalla Tabella 1 che lo strumento di test del trasformatore speciale basato sull'alimentazione a tensione trifase ha completato con successo il test del rapporto di trasformazione di due tipi di trasformatori speciali, e la differenza di fase angolare soddisfa anche i requisiti del trasformatore effettivo. I valori delle differenze di fase angolare nella Tabella 1 sono le differenze di fase angolare definite nelle rispettive colonne, e an-bn rappresenta la differenza di fase tra le fasi sul lato a bassa tensione.

5 Test dei trasformatori a connessione V-v

La modalità di collegamento e il diagramma vettoriale di tensione di un trasformatore a connessione V-v sono diversi da quelli di un trasformatore Scott. Tuttavia, la loro caratteristica comune è che convertono un'energia trifase in un'energia bifase con una differenza di fase fissa per soddisfare il requisito di carichi non bilanciati. Pertanto, può essere adottato lo stesso metodo di misurazione. Le Figure 3 e 4 mostrano i diagrammi di collegamento e i diagrammi vettoriali di tensione di queste due modalità di collegamento.

Poiché la differenza di fase tra le tensioni bifase sul lato secondario nella modalità di connessione V-v è di 60°, invece di 90° nella modalità Scott, i risultati forniti dallo strumento differiscono quando si calcola l'errore relativo del rapporto di trasformazione.

Quando si effettua il test con il tester BZJT-I, selezionare la modalità "Scott" e poi chiudere l'interruttore per iniziare la misurazione.

Si noti che il rapporto di trasformazione standard qui si riferisce al rapporto tra la tensione lineare delle tre fasi sul lato ad alta tensione del trasformatore sottoposto a test e la tensione di una singola fase sul lato a bassa tensione U_ab/U_αn o U_ab/U_βn. Nel diagramma strutturale sottostante, a e b corrispondono a α e β del trasformatore Scott, e n nel diagramma corrisponde al terminale comune delle fasi α e β.

La Tabella 2 mostra i risultati del test di un trasformatore Scott. Quando si calcola l'errore dell'elemento "AB/ab", lo strumento divide internamente il rapporto di trasformazione standard di input per 1,4142 come base di calcolo. Per il trasformatore a connessione V-v, poiché la differenza di fase tra le tensioni bifase sul lato secondario è di 60°, viene introdotto un errore fisso del 41,42% nel calcolo dell'errore relativo, ma il valore effettivamente misurato del rapporto di trasformazione è corretto.

Per il trasformatore a connessione V-v, i valori delle due differenze di fase dovrebbero essere –60,000° (differenza di fase delle tensioni di fase sul lato secondario) e –300,00° (differenza di fase delle tensioni lineari tra i lati primario e secondario).

6 Conclusione

L'utilizzo di un'energia di prova monofase non può soddisfare i requisiti di misurazione del rapporto di trasformazione e della modalità di connessione di trasformatori speciali con configurazioni di connessione complesse. Per adattarsi al lavoro di test del rapporto di trasformazione sul campo e presso i produttori di trasformatori speciali, dovrebbe essere scelta una modalità di alimentazione trifase per la misurazione. Lo strumento di test del rapporto di trasformazione speciale, basato sull'uscita di un'energia trifase standard e supportato dalla tecnologia di acquisizione sincrona ad alta velocità e dall'elaborazione dei segnali digitali, può completare bene i test del rapporto di trasformazione e della modalità di connessione.