Покращене тестування коефіцієнта перетворення для спеціальних трансформаторів: Скотт, обернений Скотт та V-v з'єднання
1 Аналіз помилок традиційних методів вимірювання коефіцієнта перетворення
Місткості QJ35 і інші прилади для однофазного вимірювання використовують принцип подвійного вольтметра. Проте QJ35 усуває вплив коливань живлення через баланс місту. Для вимірювання коефіцієнта перетворення трифазного трансформатора з одним джерелом живлення необхідно замкнути відповідні кінці та перетворити дані, перетворюючи трифазні випробування на незалежні однофазні вимірювання, з √3 Yd перетворенням на основі груп з'єднання.
Для спеціальних трансформаторів, які мають різні способи з'єднання порівняно зі стандартними, цей метод створює значні проблеми. Трансформатори Скотта мають електричні з'єднання первинних обмоток, а прямокутні трансформатори — вторинних. Однофазне вимірювання з замкнутими магнітними контурами змінює фазові з'єднання, що призводить до значних відхилень коефіцієнта перетворення. Це також не дозволяє точно вимірювати різницю фаз між первинною та вториною, що робить неможливим визначення способу з'єднання.
2 Методи вимірювання коефіцієнта перетворення та способу з'єднання спеціальних трансформаторів
Для ефективного вимірювання коефіцієнта перетворення спеціальних трансформаторів (як показано раніше), використовуйте вихід трьохфазного (120° різниця фаз, стандарт) або двофазного (90° різниця фаз, для обернених трансформаторів Скотта) джерела живлення. Ключ: проводити випробування відповідно до фактичної роботи трансформатора, застосовуючи ~110В, вимірювати співвідношення напруг первинної та вторинної обмоток та різницю фаз, щоб визначити коефіцієнт перетворення та спосіб з'єднання.
На рисунку 2 (N,n) — це сигнал землі приладу. Застосуйте стандартну трифазну напругу до високонапіжної сторони трансформатора, виміряйте фазові напруги (UA, UB, UC, Ua, Ub, Uc) відносно сигнальної землі. Використовуйте векторні операції для обчислення лінійних напруг (UAB, UBC, UCA, Uab, Ubc, Uca). Визначте коефіцієнти перетворення (KAB/ab, KBC/bc, KCA/ca) за визначенням, та визначте групи за допомогою різниці кутів UAB-Uab. Для обернених трансформаторів Скотта застосуйте двофазну напругу 90° до високонапіжної сторони; аналогічно виміряйте коефіцієнти перетворення та різницю фаз. Цей метод вирівнює магнітний контур випробування з робочим магнітним контуром трансформатора, забезпечуючи, що результати відображають фактичні коефіцієнти перетворення та способи з'єднання.
3 Принцип роботи приладу
Зі швидким розвитком великих інтегральних схем, покращенням характеристик джерел живлення та глибоким розвитком технологій цифрової обробки сигналів, тепер практично можливо проектувати спеціальні прилади для вимірювання коефіцієнта перетворення відповідно до викладених ідей. Прилад можна приблизно розділити на три частини: джерело живлення, багатоканальне швидке збирання сигналів та цифрова обробка сигналів.
Для проведення вимірювання коефіцієнта перетворення трансформатора зі спеціальним способом з'єднання необхідно використовувати збалансоване трифазне джерело живлення або двофазне джерело живлення з різницею фаз 90°. Аналоговий пристрій відправляє сигнал, який після підсилення пристроєм живлення виводить трифазну напругу постійного струму, що дозволяє провести випробування спеціального трансформатора в реальних умовах роботи. Для зменшення впливу коливань джерела живлення приладу (AC 220 V) на результати випробувань, вивід стандартного джерела живлення повинен мати відносно високу стабільність.
Оскільки включається велика кількість векторних операцій, для забезпечення правильного способу з'єднання та різниці фазових кутів між первинною та вторинною сторонами, необхідно одночасно збирати принаймні 6 каналів сигналів, тобто 3 канали напруги на високонапіжній стороні та 3 канали напруги на низьконапіжній стороні. Прилад використовує конструктивний дизайн однокристального мікропроцесора разом з FPGA. FPGA виконує синхронне збирання та зберігання 6 каналів сигналів, а однокристальний мікропроцесор відповідає за обробку та виведення даних.
Для уникнення впливу різноманітних складних електромагнітних завад на тестові дані на місці випробування, виключення всіх інших завадних сигналів, окрім основної хвилі тестового джерела живлення, та використання швидкого перетворення Фур'є для цифрової обробки кожного каналу сигналів, щоб досягти мети антизавади. Використовуючи швидке перетворення Фур'є, можна легко отримати векторну інформацію кожного каналу сигналів та різницю фазових кутів між первинною та вторинною сторонами, а потім обчислити різницю фазових кутів та спосіб з'єднання.
Для уникнення впливу помилок трифазного джерела живлення на вимірювання, коли фазова напруга випробування становить 80 В, нерівноважність амплітуди напруги живлення повинна бути кращою за ±0,04 В, а нерівноважність фаз — кращою за ±0,04°.
4 Результати вимірювання трансформаторів Скотта та обернених трансформаторів Скотта
Спеціальний прилад для вимірювання коефіцієнта перетворення трансформатора, розроблений відповідно до викладених ідей, був протестований в певній підстанції, а виміряні дані наведені в таблиці 1.
З таблиці 1 видно, що спеціальний прилад для вимірювання коефіцієнта перетворення трансформатора на основі трифазного джерела напруги успішно завершив вимірювання коефіцієнта перетворення двох типів спеціальних трансформаторів, а різниця фазових кутів також відповідає вимогам реального трансформатора. Значення різниці фазових кутів в таблиці 1 — це різниці фазових кутів, визначені в їхніх відповідних стовпцях, а an-bn представляє різницю фазових кутів на низьконапіжній стороні.
5 Випробування трансформаторів з V-v з'єднанням
Спосіб з'єднання та діаграма векторів напруг трансформатора з V-v з'єднанням відрізняються від трансформатора Скотта. Проте їхня спільна особливість полягає в тому, що вони перетворюють трифазне джерело живлення на двофазне джерело живлення з фіксованою різницею фаз, щоб задовольнити потреби нерівноважних навантажень. Тому можна застосувати той же метод вимірювання. На рисунках 3 та 4 показані діаграми з'єднання та діаграми векторів напруг цих двох способів з'єднання.
Оскільки різниця фаз між двома фазовими напругами на вторинній стороні при V-v з'єднанні становить 60°, а не 90° у випадку Скотта, результати, надані приладом, відрізняються при обчисленні відносної похибки коефіцієнта перетворення.
При випробуванні за допомогою приладу BZJT-I слід обрати режим "Скотт" та затвердити перемикач, щоб почати вимірювання.
Варто звернути увагу, що стандартний коефіцієнт перетворення тут вказує на співвідношення лінійної напруги трьох фаз на високонапіжній стороні перевіряємого трансформатора до напруги одної фази на низьконапіжній стороні Uab/Uαn або Uab/Uβn. У структурній діаграмі нижче a та b відповідають α та β трансформатора Скотта, а n на діаграмі відповідає загальному кінцевому точковому з'єднанню фаз α та β.
Таблиця 2 показує результати випробування трансформатора Скотта. При обчисленні похибки пункту "AB/ab" прилад внутрішньо ділить введений стандартний коефіцієнт перетворення на 1.4142 як базу для обчислення. Для трансформатора з V-v з'єднанням, оскільки різниця фаз між двома фазовими напругами на вторинній стороні становить 60°, до обчислення відносної похибки вводиться фіксована різниця 41.42%, але фактично виміряне значення коефіцієнта перетворення є правильним.
Для трансформатора з V-v з'єднанням значення двох різниць фазових кутів повинні бути –60.000° (різниця фазових напруг на вторинній стороні) та –300.00° (різниця лінійних напруг між первинною та вторинною сторонами).
6 Висновок
Використання однофазного джерела живлення для випробування не може задовольнити вимоги до вимірювання коефіцієнта перетворення та способу з'єднання спеціальних трансформаторів зі складними способами з'єднання. Для адаптації до роботи з вимірюванням коефіцієнта перетворення на місці та для виробників спеціальних трансформаторів слід вибирати режим трифазного джерела живлення для вимірювання. Спеціальний прилад для вимірювання коефіцієнта перетворення, який базується на виводі трифазного стандартного джерела напруги та підтримується технологіями швидкого синхронного збирання та цифрової обробки сигналів, може добре завершити випробування коефіцієнта перетворення та способу з'єднання.
