Способ и устройство для определения характеристик трехфазного трансформатора с использованием однофазного источника электропитания
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения характеристик трехфазного трансформатора Сущность: пары входных клемм трансформатора последовательно запитывают и измеряют напряжения между парами выходных клемм трансформатора. Измеренные напряжения обрабатывают для того, чтобы характеризовать конфигурацию обмоток трансформатора. Одновременно или последовательно определяют наличие нейтралей на первичной и/или вторичной стороне трансформатора для того, чтобы обеспечить определение дальнейших характеристик конфигурации обмоток. Затем определяют сдвиг фаз трансформатора. Устройство содержит средство (2) для избирательного подключения однофазного источника (1) электропитания к парам клемм трансформатора (3) и для измерения напряжений между парами клемм трансформатора и для измерения разности фаз между первичной и вторичной сторонами трансформатора. Все эти средства находятся под управлением блока (13) управления, который содержит средство для обработки измеренных напряжений и разностей фаз, чтобы определить характеристики трансформатора. Технический результат: возможность автоматического определения конфигурации обмоток и/или сдвига фаз. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 12 табл., 3 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для определения характеристик трехфазного трансформатора с использованием однофазного источника электропитания.
Предшествующий уровень техники
Трехфазные трансформаторы широко используются для электроснабжения и других приложений. Как правило, они содержат первичную и вторичную обмотки для каждой фазы, смонтированные на сердечнике с тремя магнитопроводами.
Коэффициент трансформации трансформатора является отношением количества витков в его первичной обмотке к количеству витков во вторичной обмотке для каждого магнитопровода трансформатора. Коэффициент трансформации эквивалентен повышающему или понижающему коэффициенту передачи по напряжению. Путем измерения коэффициента трансформации трансформатора по его производительности и сравнения измеренного значения с номинальным напряжением может быть получен хороший индикатор состояния трансформатора.
Трансформаторы периодически тестируют этим способом в течение их срока эксплуатации. Как правило, тестирование выполняется после изготовления, чтобы проверить правильность изготовления трансформатора, аналогичным образом тестирование выполняется после восстановления или переделки и как часть текущего обслуживания, для того чтобы определить падение производительности.
Вероятно, самым простым способом измерения коэффициента трансформации, по крайней мере, с точки зрения требуемых устройств, является использование однофазного источника электропитания для тестирования трех пар первичных и вторичных обмоток индивидуально. Этот подход особенно желателен для полевых измерений, где обеспечение однофазного источника электропитания для тестирования является более простым, чем обеспечение трехфазного источника электропитания. Более того, обеспечение соответствующего трехфазного питания может оказаться невозможным.
Недостатком, в случае использования однофазного источника электропитания для измерения коэффициента трансформации трехфазного трансформатора, является то, что способ приложения напряжения к трансформатору и способ его измерения зависят от характеристик тестируемого трансформатора, а именно его конфигурации и сдвига фаз, если это имеет место.
Первичная и вторичная обмотки трехфазного трансформатора могут быть соединены между собой с использованием одной из пяти известных конфигураций D (треугольник), Y (звезда), Yn, Z (зигзаг) и Zn.
В конфигурации D три обмотки соединены непрерывной цепью и три внешних соединения для трансформатора подключаются между обмотками. В Y конфигурации (также известной как конфигурация звезда) один конец каждой обмотки соединен со всеми остальными. Три свободных конца каждой обмотки образуют три внешних соединения. В Yn конфигурации соединение между тремя обмотками в Y конфигурации выведено наружу как дополнительное нейтральное соединение. Z конфигурация электрически не отличается от Y конфигурации, но каждая обмотка распределена по более чем одному магнитопроводу трансформатора для улучшения производительности при несбалансированной нагрузке. Zn конфигурация - это Z конфигурация, в которой соединение между обмотками выведено наружу, как нейтральное.
Трехфазный трансформатор может иметь сдвиг фаз. Сдвиг вторичных соединений по отношению к первичным соединениям существенно переразмечает соединения, приводя к фазовому сдвигу с шагом в 60 градусов, что может реверсировать обмотки. Конфигурация обмоток также влияет на фазу. Если конфигурации первичной и вторичной обмоток неодинаковы, то это приводит к дополнительному сдвигу в 30 градусов. Сдвиг фаз обычно классифицируют с помощью числа от 0 до 11, обозначающего количество 30 градусных шагов от фазы, задаваемой трансформатором.
Перед тем как коэффициент трансформации трансформатора может быть правильно измерен с использованием однофазного источника электропитания, необходимо знать конфигурацию обмоток и сдвиг фаз трансформатора.
Краткое изложение существа изобретения
Технической задачей настоящего изобретения является создание способа и устройства для определения конфигурации обмоток и/или сдвига фаз в трехфазном трансформаторе, используя однофазный источник электропитания. В частности, задачей настоящего изобретения является автоматическое определение конфигурации обмотки и/или сдвига фаз в трехфазном трансформаторе.
Согласно настоящему изобретению поставленная задача решена путем создания способа определения характеристик трехфазного трансформатора, имеющего три входных клеммы и три выходных клеммы, с использованием однофазного источника электропитания, указанный способ заключается в том, что
последовательно присоединяют однофазный источник электропитания между всеми тремя имеющимися парами входных клемм, выбранных из трех входных клемм трансформатора, так чтобы подать питание на каждую из имеющихся пар по очереди,
при подаче питания на каждую пару клемм измеряют напряжение между всеми тремя имеющимися парами выходных клемм, выбранных из трех выходных клемм трансформатора,
обрабатывают измеренные напряжения для того, чтобы определить характеристики трансформатора.
Согласно настоящему изобретению поставленная задача решена путем создания устройства для определения характеристик трехфазного трансформатора с использованием указанного способа.
Когда характеристики трансформатора определены, можно измерить коэффициент трансформации с использованием однофазного источника электропитания.
Предпочтительно, чтобы способ и устройство позволяли определять характеристики трансформатора в соответствии с конфигурацией его обмоток. Способ и устройство могут классифицировать трехфазный трансформатор как D-D эквивалент, D-Y эквивалент, Y-D эквивалент или Y-Y эквивалент. Кроме того, способ и устройство могут классифицировать трансформатор в соответствии с наличием нейтрального соединения или на первичной, или на вторичной стороне трансформатора, тем самым дополнительно характеризуя конфигурацию его обмоток.
Предпочтительно, чтобы способ и устройство позволяли определять смещение фазы в трансформаторе.
Устройство, предпочтительно, содержит однофазный источник электропитания и средство для избирательной подачи напряжения от источника электропитания к парам входных клемм трехфазного трансформатора. Упомянутое средство может содержать матричный переключатель. Предпочтительно, чтобы устройство дополнительно содержало средство для измерения напряжения между парами выходных клемм трансформатора, причем указанное средство также может содержать матричный переключатель. Устройство может дополнительно содержать фазометр. Предпочтительно, чтобы различные элементы устройства находились под управлением средства управления, которое может содержать программируемый компьютер. Средство управления предпочтительно содержит обрабатывающее средство для обработки измеренных напряжений, чтобы определить характеристики трансформатора. Устройство может дополнительно содержать средство для замыкания двух любых клемм трансформатора. Такое средство может содержать матричный замыкатель.
Предпочтительно, чтобы устройство обеспечивало автоматическое определение характеристик трансформатора и предоставление результатов пользователю. Устройство может быть дополнительно предназначено для проверки коэффициента трансформации трансформатора с использованием однофазного источника электропитания, используя известный способ.
Предпочтительно, чтобы устройство было автономным и портативным для упрощения полевых тестов трансформаторов. Электропитание устройства может быть обеспечено от локальной электросети.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов реализации со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1 изображает блок-схему устройства согласно изобретению;
фиг.2 - схему последовательности операций, выполняемых во время работы устройства, согласно изобретению;
фиг.3 - схему последовательности операций, выполняемых устройством, согласно изобретению.
Описание предпочтительных вариантов реализации изобретения
Трехфазный трансформатор, который должен быть протестирован, имеет входные (первичные) клеммы H1, H2, H3 (фиг.1), необязательную входную нейтральную клемму H0 и выходные (вторичные) клеммы X1, X2, X3 и необязательную выходную нейтральную клемму X0.
Сначала определяется конфигурация обмоток тестируемого трансформатора.
Так как первичная и вторичная обмотки трехфазного трансформатора могут быть намотаны пятью способами, существует всего двадцать пять возможных конфигураций для трансформатора, как показано ниже, тем не менее, маловероятно встретить все эти конфигурации на практике.
| D-D | D-Y | D-Yn | D-Z | D-Zn |
| Y-D | Y-Y | Y-Yn | Y-Z | Y-Zn |
| Yn-D | Yn-Y | Y-Yn | Yn-Z | Yn-Zn |
| Z-D | Z-Y | Z-Yn | Z-Z | Z-Zn |
| Zn-D | Zn-Y | Zn-Yn | Zn-Z | Zn-Zn |
Однофазная подача питания на трансформатор с Z конфигурацией дает такие же результаты, как и в D конфигурации, поэтому невозможно различить эти две конфигурации. Использование Z обмоток в качестве первичных в трансформаторе необычно, и поэтому в настоящем описании рассматривается как специальный случай. Из-за эквивалентного поведения Z и D обмоток они определяются как одинаковые, а Y обмотки рассматриваются как различные. Это приводит к двум группам конфигураций обмоток:
D-Z-Zn и
Y-Yn.
Это позволяет сгруппировать трансформаторы в четыре группы в зависимости от конфигурации их первичных и вторичных обмоток:
| Группа 1 | D-D эквивалент | D-D, D-Z, D-Zn, Z-D, Z-Z, Z-Zn, Zn-D, Zn-Z, Zn-Zn |
| Группа 2 | D-Y эквивалент | D-Y, D-Yn, Z-Y, Z-Yn, Zn-Y, Zn-Yn |
| Группа 3 | Y-D эквивалент | Y-D, Y-Z, Y-Zn, Yn-D, Yn-Z, Yn-Zn |
| Группа 4 | Y-Y эквивалент | Y-Y, Y-Yn, Yn-Y, Yn-Yn |
Подача питания на вход трансформатора для запитывания первичной стороны и измерение напряжений на выводе, полученных на вторичной стороне, позволяют дифференцировать классы трансформаторов. На трансформаторе питание подается на H1-H3, H2-H1 и H3-H2, и для каждой подачи питания измеряются линейные напряжения X1-X3, X2-X1 и X3-X2. Каждый набор вторичных измерений нормализуется на самое высокое линейное напряжение, измеренное для данной подачи питания. Теоретические результаты, ожидаемые для трансформаторов в каждой группе, определенной выше, представлены в Таблице.
| Таблица | |||||
| Питание | Измерение | Группа 1 (D-D) | Группа 2 (D-Y) | Группа 3 (Y-D) | Группа 4 (Y-Y) |
| H1-H3 | X1-X3 | 1 | 0,666 | 1 | 1 |
| X2-X1 | 0,85 | 1 | 0 | 0,5 | |
| X3-X2 | 0,15 | 0,333 | 1 | 0,5 | |
| H2-H1 | X1-X3 | 0,5 | 0 | 0,85 | 0,333 |
| X2-X1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
| X3-X2 | 0,5 | 1 | 0,15 | 0,666 | |
| H3-H2 | X1-X3 | 0,15 | 0,666 | 0,15 | 0,333 |
| X2-X1 | 0,85 | 0,333 | 1 | 0,666 | |
| X3-X2 | 1 | 1 | 0,85 | 1 |
Это показывает, что можно ожидать наблюдение четырех шаблонов отклика, которые могут быть классифицированы следующим образом:
| Класс | Отклик |
| А | 1:1:0 |
| B | 1:0,85:0,15 |
| C | 1:0,666:0,333 |
| D | 1:0,5:0,5 |
Отклик от четырех групп трансформаторов может быть далее классифицирован в соответствии с классами откликов следующим образом:
Группа 1 (D-D)=2(2*Класс A)+(1*Класс D)
Группа 2 (D-Y)=2(2*Класс C)+(1*Класс A)
Группа 3 (Y-D)=2(2*Класс B)+(1*Класс A)
Группа 4 (Y-Y)=2(2*Класс C)+(1*Класс D)
Таким образом, путем определения класса отклика для каждой возможной линейной подачи питания можно определить группу тестируемого трансформатора. Ожидаемые значения напряжений, приведенные выше, являются идеальными теоретическими значениями и могут не наблюдаться на практике. Таким образом, для классификации трансформаторов на практике диапазон значений подставляется для каждого ожидаемого значения и измеряемые напряжения классифицируются в соответствии с диапазоном, в который они попадают.
Когда определен класс трансформатора, необходимо определить, имеет ли он нейтральные соединения. Если нет нейтральных соединений, то, по существу, имеет место холостое соединение. Наличие первичного нейтрального соединения может быть определено при помощи сравнения напряжения, производимого на вторичном измеряемом выходе с выходом, когда на первичное соединение подается напряжение на вход и на вход к нейтральному. Если имеется значительная разница, то это говорит о том, что нейтральная линия является холостой (то есть не присоединена). Аналогичный процесс может быть выполнен для определения наличия нейтрального соединения на вторичной стороне. На трансформатор подается напряжение вход ко входу первичной обмотки, выход к выходу и выход к нейтрали вторичной обмотки, причем напряжения на вторичной обмотке сравниваются. И если есть значительная разница, то это говорит о том, что нейтральная линия является холостой (то есть не присоединена).
Когда известна группа трансформатора и известно наличие или отсутствие первичного и вторичного нейтрального соединения, можно определить конфигурацию обмоток:
| Трансформатор | Первичное нейтральное | Вторичное нейтральное | Тип |
| Группа 1 | Нет | Нет | D-D (или D-Z, или Z-D, или Z-Z) |
| Нет | Да | D-Zn | |
| Да | Нет | Zn-D (или Zn-Z) | |
| Да | Да | Zn-Zn | |
| Группа 2 | Нет | Нет | D-Y (или Z-Y) |
| Нет | Да | D-Yn (или Z-Yn) | |
| Да | Нет | Zn-Y | |
| Да | Да | Zn-Yn | |
| Группа 3 | Нет | Нет | Y-D (или Y-Z) |
| Нет | Да | Y-Zn | |
| Да | Нет | Yn-D (или Yn-Z) | |
| Да | Да | Yn-Zn | |
| Группа 4 | Нет | Нет | Y-Y |
| Нет | Да | Y-Yn | |
| Да | Нет | Yn-Y | |
| Да | Да | Yn-Yn |
Когда конфигурация трансформатора определена, возможно определить его сдвиг фаз. Сердечник трехфазного трансформатора может рассматриваться как имеющий три магнитопровода A, B и C, каждый из которых несет первичную и вторичную обмотки. Если вход каждой из первичных обмоток обозначить H1, H2 и H3 и выход каждой вторичной обмотки X1, X2 и X3, то сдвиг фаз определяется тем, какие вторичные выходы находятся на том же магнитопроводе, что и первичные входы. На этом этапе также полезно определить, не меняется ли местами какая-либо выходная клемма по отношению к входным клеммам (например, X2 и X3 меняются местами по отношению к H2 и Н3).
Определение того, какой магнитопровод в трансформаторе каким является, зависит от класса обмоток. Трансформатор запитывается через одну фазу с другой входной клеммой, закороченной на нижний конец запитывающего источника питания. Это ограничивает поток в сердечнике трансформатора и производит минимум или максимум на одной из выходных фаз в зависимости от конфигурации трансформатора. С помощью этого процесса определяется сдвиг фаз, вызванный вращением выходных клемм по отношению к входным клеммам. Существует три возможности: 0 (нет сдвига фаз), 4 (120 градусов) и 8 (240 градусов).
Трансформаторы могут быть разделены на два различных класса для определения сдвига фаз. Трансформаторы класса 1 по сдвигу фаз имеют одинаковые первичные и вторичные обмотки (то есть трансформаторы первой или четвертой группы), а трансформаторы класса 2 по фазовому сдвигу имеют неодинаковые первичные и вторичные обмотки. Это влияет на способ рассмотрения трансформатора для определения конфигурации обмоток:
класс 1 по сдвигу фаз. Запитать магнитопровод A, закоротить магнитопровод C, минимум измеряется на магнитопроводе C;
класс 2 по сдвигу фаз. Запитать магнитопровод A, закоротить магнитопровод C, минимум измеряется на магнитопроводе B.
Таким образом, для каждой группы трансформаторов можно определить сдвиг фаз из-за смещения выходных клемм по отношению к входным клеммам. «Смещение» обозначает перемену местами выходных клемм по отношению к входным клеммам, то есть если реверсированы соединения X2 и X3, то переключение вращения фазы по часовой стрелке на вращение против часовой стрелки, и наоборот. Определение того, какой магнитопровод трансформатора является A, B или C, зависит от конфигурации трансформатора и от того, как он запитывается. Если определено:
A как подача питания на H1-H3, то магнитопровод a=X1-X3, магнитопровод b=X2-X1, магнитопровод c=X3-X2;
A' как подача питания на H2-H1, то магнитопровод a'=X2-X1, магнитопровод b'=X3-X2, магнитопровод c'=X1-X3;
A" как подача питания на H3-H2, то магнитопровод a"=X3-X2, магнитопровод b"=X1-X3, магнитопровод c"=X2-X1.
Таким образом, для двух классов трансформаторов по сдвигу фаз может наблюдаться следующее:
Трансформаторы класса 1 по сдвигу фаз:
| Запита- но |
Линк | Минимум, измеренный на выходных клеммах | |||||
| A | C (H3-H2) | c | b | a | c | a | b |
| A' | C' (H1-H3) | c' | b' | a' | b' | c' | а' |
| A" | C" (H2-H1) | c" | b" | a" | a" | b" | с" |
| Сдвиг = 0 | Сдвиг = 4 | Сдвиг = 8 | Сдвиг = 0 перестановка | Сдвиг = 4 перестановка | Сдвиг = 8 перестановка |
Трансформаторы класса 2 по сдвигу фаз:
| Запитано | Линк | Минимум, измеренный на выходных клеммах | |||||
| A | C (H3-H2) | c | b | a | a | b | c |
| A' | C' (H1-H3) | c' | b' | a' | c' | a' | b' |
| A" | C" (H2-H1) | c" | b" | a" | b" | c" | a" |
| Сдвиг = 0 | Сдвиг = 4 | Сдвиг = 8 | Сдвиг = 0 перестановка | Сдвиг = 4 перестановка | Сдвиг = 8 перестановка |
С помощью применения соответствующего шаблона подачи питания и поиска максимума или минимума в зависимости от того, неодинаковы или одинаковы обмотки, можно определить базовое фазовое смещение трансформатора.
После того, как определен сдвиг фаз, необходимо проверить переворот фазы, когда полярность вторичной обмотки противоположна по отношению к первичной обмотке, что вносит сдвиг фаз в 180 градусов в выходной сигнал. Это достигается с помощью запитывания одного магнитопровода трансформатора и проверки соответствующей вторичной обмотки для определения, находится ли напряжение в фазе с запитывающим напряжением или отличается по фазе на 180 градусов. Запитываемые и измеряемые фазы зависят от сдвига фаз, измеренного ранее.
| Измеренный сдвиг фаз | Запитано | Измерено |
| Сдвиг = 0 | H1-H3 | X1-X3 |
| Сдвиг = 4 | H1-H3 | X3-X2 |
| Сдвиг = 8 | H1-H3 | X2-X1 |
| Сдвиг = 0 Перестановка выхода | H1-H3 | X1-X2 |
| Сдвиг = 4 Перестановка выхода | H1-H3 | X2-X3 |
| Сдвиг = 8 Перестановка выхода | H1-H3 | X3-X1 |
Затем может быть вычислена картина от 0 до 11 для смещения фазы трансформатора с помощью сдвига фаз, если обмотки реверсивные, то добавляется 6, и если трансформатор принадлежит к классу 2, то добавляется 1. Если результат больше, чем 11, то вычитается 12.
На фиг.1 представлено устройство для автоматической реализации описанного выше способа. Устройство содержит различные электрические элементы и обеспечивает восемь электрических тестовых соединений для соединения клемм тестируемого трансформатора 3. Устройство содержит источник 1 питания, который предоставляет однофазный электрический сигнал матричному переключателю 2. Матричный переключатель 2 соединен с каждым из четырех тестовых соединений для соединения клемм H0-3 тестируемого трансформатора 3. Второй матричный переключатель 6 также соединен с каждым из четырех соединений, и матричный замыкатель 4 соединен с соединениями, предназначенными для клемм H1-3 тестируемого трансформатора 3. Третий матричный переключатель 7 соединен с каждым из четырех соединений для соединения с клеммами X0-3 тестируемого трансформатора 3, и второй матричный переключатель 7 соединен с соединениями, предназначенными для клемм X1-3 тестируемого трансформатора 3. Второй и третий матричные переключатели 6, 7 подсоединены через соответствующие фильтры 8, 9 третьей гармоники к соответствующим вольтметрам 10, 11 и единственному фазометру 12.
Различные электрические элементы описанного выше устройства находятся под управлением блока 13 управления.
Источник 1 питания содержит однофазный трансформатор, подключаемый к локальной электросети. Однако могут быть использованы альтернативные способы генерации. Важно, чтобы источник питания обеспечивал синусоидальный сигнал, так как присутствие гармоник нарушает измерение коэффициента трансформации и ухудшает точность системы.
Первый матричный переключатель 2 позволяет подключить выход источника 1 питания под управлением блока 13 управления на любые два входа H0-3 тестируемого трансформатора 3.
Матричный переключатель 4 соединен с H1, H2 и H3 тестируемого трансформатора и позволяет устройству закоротить две любых первичных клеммы H1-H3 между собой. Это необходимо для определения сдвига фаз.
Второй матричный переключатель 5 позволяет закоротить две любые вторичные фазовые клеммы X1, X2, X3 тестируемого трансформатора 3. Эта особенность не используется в процедуре определения конфигурации обмоток и определении фазы, но необходима для последующего измерения коэффициента трансформации.
Второй матричный переключатель 6 отвечает за соединение любой первичной клеммы тестируемого трансформатора 3 H0-3 с вольтметром 10 и фазометром 12. Он управляется синхронно с матричным переключателем 2 блоком 13 управления, так что первичное напряжение на клеммах трансформатора измеряется с компенсацией падения напряжения в измерительных кабелях.
Третий матричный переключатель 7 отвечает за подсоединение любых двух вторичных клемм тестируемого трансформатора 3 X0-3 к вольтметру 11 и фазометру 12. Третий матричный переключатель 7 управляется блоком 13 управления независимо от первого и второго матричных переключателей 2, 6.
Два фильтра 8 третьей гармоники обеспечивают щелевой отклик с минимумом на 150 или на 180 Гц в зависимости от частоты напряжения сети питания. Они устраняют третью гармонику, генерируемую источником 1 питания или тестируемым трансформатором 3, которые могут повлиять на измерения.
Напряжения на первичной стороне тестируемого трансформатора измеряются вольтметром 10 с помощью измерения двойной амплитуды первичной волновой формы. Волновая форма постоянно генерируется ADC (аналого-цифровым преобразователем) и цифровой системой детектирования пиков, которая возвращает максимальное и минимальное напряжения, записанные ADC. Разница между ними используется как мера напряжения. Это автоматически компенсирует любые DC смещения в измерительном канале. Напряжения на вторичной стороне тестируемого трансформатора измеряются вольтметром 11, использующим такой же подход.
Период напряжения, измеренный вольтметром 10, первичное напряжение и смещение времени между переходом через ноль первичного напряжения и переходом через ноль первичного напряжения, измеренного вольтметром 11 (вторичное напряжение), измеряются фазометром 12 для определения фазового соотношения между первичным и вторичным напряжениями, которые будут измерены устройством.
Блок 13 управления содержит программно управляемый компьютер, например PC, и отвечает за управление различными элементами устройства, чтобы определить конфигурацию и смещение фаз в тестируемом трансформаторе 3. Блок 13 управления содержит средство обработки и память, предназначенные для хранения значений, относящихся к измеренным напряжениям, константам и для выполнения вычислений и вывода результатов пользователю, чтобы реализовать алгоритмы, описанные ниже. Так же может быть использовано средство управления любого другого подходящего типа.
Программное обеспечение предназначено для того, чтобы заставить устройство характеризовать конфигурацию тестируемого трансформатора с помощью применения алгоритма (фиг.2) и затем далее характеризовать конфигурацию обмоток трансформатора и определить сдвиг фаз с использованием алгоритма (фиг.3).
Первый этап алгоритма (фиг.2) заключается в запитывании входа ко входу для всех возможных конфигураций (H1-H3, H2-H1 и H3-H2) и измерении напряжений между выходами в каждой конфигурации (X1-X3, X2-X1, X3-X2). Для каждого запитывания фазы производятся три измерения, которые должны быть классифицированы для определения конфигурации.
Классификация осуществляется при помощи сортировки трех измерений для каждого запитывания фаза к фазе по порядку, так что Vh есть самое высокое значение, Vi - промежуточное значение и Vl - самое низкое значение. Затем эти значения комбинируются для определения единственной добротности:
FM=(Vi-Vl)/Vh
Это дает классифицирующее значение для каждого из четырех классов откликов. Теоретически эти значения следующие:
| Класс А | 1:1:0 | FM=1 |
| Класс В | 1:0,85:0,15 | FM=0,7 |
| Класс С | 1:0,666:0,333 | FM=0,333 |
| Класс D | 1:0,5:0,5 | FM=0 |
Так как реальные величины могут отличаться от приведенных выше, блок управления осуществляет сравнение значений, используя абсолютные значения, чтобы отнести добротность к соответствующему классу. Один из способов отнесения значений заключается в переходе от одного класса к другому в точке, в которой процентная разность между ними равна, то есть:
| If (FM>0,82) | Результат = Класс A |
| If (FM<=0,82) и (FM>0,45) | Результат = Класс B |
| If (FM<=0,45) и (FM>0,16) | Результат = Класс C |
| If (FM<=0,16) | Результат = Класс D |
На практике, к сожалению, существуют отклонения от идеала в измеренных FM значениях. Подобные значения приводят к понижению измеренных FM значений по сравнению с идеальными, а неподобные обмотки вызывают завышение значений. Это может вызвать ошибку в определении, при этом используется модифицированный набор параметров:
| If (FM>0,82) | Результат = Класс A |
| If (FM<=0,82) и (FM>0,48) | Результат = Класс В |
| If (FM<=0,48) и (FM>0,16) | Результат = Класс С |
| If (FM<=0,16) | Результат = Класс D |
Когда три набора результатов классифицированы, определяется конфигурация трансформатора. С помощью назначения значений каждому классу результатов группа трансформатора определяется суммированием результирующих значений с каждым результатом класса. Константы определены так, что когда суммируются три результата класса, если они одинаковы, то они не могут быть перепутаны с другим результатом класса. В этом варианте реализации константы определены следующим образом (хотя возможны и другие определения):
Класс A=0×40 (64 десятичное)
Класс B=0×10 (16 десятичное)
Класс C=0×04 (4 десятичное)
Класс D=0×01 (1 десятичное)
Таким образом, суммирование результатов для каждой из возможных групп дает следующие результаты:
Группа 1 (D-D)=(2*0×10)+0×01=0×21 (33 десятичное)
Группа 2 (D-Y)=(2*0×04)+0×40=0×48 (72 десятичное)
Группа 3 (Y-D)=(2*0×10)+0×40=0×60 (96 десятичное)
Группа 4 (Y-Y)=(2*0×04)+0×01=0×09 (9 десятичное)
В других вариантах реализации используются другие способы классификации, например, с использованием нейронных сетей.
Когда определена группа трансформатора, необходимо определить наличие нейтрального соединения у трансформаторов, используя алгоритм, показанный на фиг.2. Трансформатор запитывается с использованием H1-H3 и X1-X3, а X2-X1 и X3-X2 измеряются. Наибольшее значение сохраняется как Xpp.
Затем трансформатор запитывается с использованием H1-H3 и X1-X0, а X2-X0 и X3-X0 измеряются. Наибольшее значение сохраняется как Xpn. Наконец, трансформатор запитывается с использованием H1-H0 и X1-X3, а X2-X1 и X3-X2 измеряются. Наибольшее значение сохраняется как Xnp.
Если Xpn/Xpp>0,25, то трансформатор имеет нейтральное соединение на вторичной стороне.
Если Xnp/Xpp>0,25, то трансформатор имеет нейтральное соединение на первичной стороне.
Теперь имеется достаточно информации для определения конфигурации трансформатора.
| Трансформатор | Первичное нейтральное | Вторичное нейтральное | Тип |
| Группа 1 | Нет | Нет | D-D (или D-Z, или Z-D, или Z-Z) |
| Нет | Да | D-Zn | |
| Да | Нет | Zn-D (или Zn-Z) | |
| Да | Да | Zn-Zn | |
| Группа 2 | Нет | Нет | D-Y (или Z-Y) |
| Нет | Да | D-Yn (или Z-Yn) | |
| Да | Нет | Zn-Y | |
| Да | Да | Zn-Yn | |
| Группа 3 | Нет | Нет | Y-D (или Y-Z) |
| Нет | Да | Y-Zn | |
| Да | Нет | Yn-D (или Yn-Z) | |
| Да | Да | Yn-Zn | |
| Группа 4 | Нет | Нет | Y-Y |
| Нет | Да | Y-Yn | |
| Да | Нет | Yn-Y | |
| Да | Да | Yn-Yn |
Если время, требуемое на определение конфигурации, критично, некоторые из измерений могут быть скомбинированы с первым этапом процесса определения, хотя это может усложнить реализацию системы.
Финальным этапом процесса является определение смещения фаз трансформатора. Алгоритм этого этапа также показан на фиг.2. Как указано выше, имеется три этапа для определения сдвига фаз трансформатора. Если трансформатор имеет неподобные обмотки, то добавляется собственный сдвиг фаз в 30 градусов. Это добавляет единицу в измеренный сдвиг фаз.
На основе таблиц, приведенных выше, показывающих, как определяется базовый сдвиг трансформатора, можно упорядочить результаты, чтобы дать одинаковый результат для любого класса трансформатора:
| Класс 1 по сдвигу фаз | Класс 2 по сдвигу фаз | ||||||||
| Запитано | Линк | Запитано | Линк | Максимум/минимум, измеренные на выходных клеммах | |||||
| H2-H1 | H1-H3 | H3-H2 | H2-H1 | X1-X3 | X3-X2 | X2-X1 | X1-X2 | X2-X3 | X3-X1 |
| H3-H2 | H2-H1 | H1-H3 | H3-H2 | X2-X1 | X1-X3 | X3-X2 | X3-X1 | X1-X2 | X2-X3 |
| H1-H3 | H3-H2 | H2-H1 | H1-H3 | X3-X2 | X2-X1 | X1-X3 | X2-X3 | X3-X1 | X1-X2 |
| Сдвиг = 0 | Сдвиг = 4 | Сдвиг = 8 | Сдвиг = 0 перестановка | Сдвиг = 4 перестановка | Сдвиг = 8 перестановка |
Таким образом, в зависимости от класса трансформатора он запитывается с использованием приведенного выше шаблона, и вторичные клеммы, которые дают минимум (класс 1) или максимум (класс 2). Результирующие результаты (самый высокий или самый низкий магнитопровод) могут быть скомбинированы для того, чтобы дать средний результат для трансформатора, предполагая для них константу и суммируя результаты:
| Запитываемый магнитопровод - Класс 1 | Запитываемый магнитопровод - Класс 2 | Результирующий магнитопровод | Применяемая константа |
| H2-H1 | H3-H2 | X1-X3 | 00000000B=0×00=0 |
| X2-X1 | 00000001B=0×01=1 | ||
| X3-X2 | 00000010B=0×02=2 | ||
| H3-H2 | H1-H3 | X1-X3 | 00000000B=0×00=0 |
| X2-X1 | 00000100B=0×04=4 | ||
| X3-X2 | 00001000B=0×08=8 | ||
| H1-H3 | H2-H1 | X1-X3 | 00000000B=0×00=0 |
| X2-X1 | 00010000B=0×10=16 | ||
| X3-X2 | 00100000B=0×20=32 |
Что дает шесть возможных вариантов классификации:
| Значение | Вращение фаз | X2 и X3 переставлены |
| 0×24=36 | 0 | Нет |
| 0×12=18 | 4 | Нет |
| 0×09=9 | 8 | Нет |
| 0×21=33 | 0 | Да |
| 0×06=6 | 4 | Да |
| 0×18=24 | 8 | Да |
Заключительным этапом является определение, не реверсированы ли обмотки. Трансформатор запитывается фаза к фазе на первичной стороне, и соответствующее измерение фазы к фазе делается на вторичной стороне. Сдвиг фаз вторичной стороны по отношению к первичной измеряется. Если он больше, чем 90 градусов, или меньше, чем 90 градусов, то обмотки реверсированы. Запитывание и измерение фаз определяется в соответствии с таблицей:
| Результат конфигурации | Запитывание | Измерение |
| 0×24=36 | H1-H3 | X1-X3 |
| 0×12=18 | H1-H3 | X3-X2 |
| 0×09=9 | H1-H3 | X2-X1 |
| 0×21=33 | H1-H3 | X1-X2 |
| 0×06=6 | H1-H3 | X2-X3 |
| 0×18=24 | H1-H3 | X3-X1 |
Затем вычисляется смещение фазы с использованием следующих этапов:
Подобны ли первичная и вторичная обмотки (Этап 1)
Если да: сдвиг фаз = 0
Если нет: сдвиг фаз = 1
Чему равна результирующая константа конфигурации (Этап 2)
0×24=36: добавить 0 к смещению фаз
0×12=18: добавить 4 к смещению фаз
0×09=9: добавить 8 к смещению фаз
0×21=33: добавить 0 к смещению фаз
0×06=6: добавить 4 к смещению фаз
0×18=24: добавить 8 к смещению фаз
Реверсированы ли вторичные обмотки (Этап 3)
Если да: добавить 6 к сдвигу фаз
Если нет: добавить 0 к сдвигу фаз
Если результат больше, чем 12, вычесть 12 из результата.
Когда характеристики тестируемого трансформатора известны, устройство может быть использовано для измерения коэффициента трансформации для трансформатора, используя однофазный источник электропитания, при помощи известного способа.
Приведенные выше варианты реализации описаны только для примера. Множество вариаций возможно без выхода за пределы объема изобретения, определяемого нижеследующей формулой.
1. Способ определения характеристик трехфазного трансформатора, имеющего три входных клеммы и три выходных клеммы, с использованием однофазного источника электропитания, заключающийся в том, что
последовательно присоединяют однофазный источник электропитания между всеми тремя имеющимися парами входных клемм, выбранными из входных клемм трансформатора, чтобы подать питание на каждую из пар по очереди,
при подаче питания на каждую пару клемм измеряют напряжение между всеми тремя имеющимися парами выходных клемм, выбранных из трех выходных клемм трансформатора,
обрабатывают измеренные напряжения, чтобы характеризовать трансформатор.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измеренные напряжения обрабатывают, чтобы характеризовать трансформатор в соответствии с конфигурацией его обмоток.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что трансформатор классифицируют как D-D эквивалент, D-Y эквивалент, Y-D эквивалент или Y-Y эквивалент.
4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что три напряжения, измеренные в процессе запитывания каждой пары входных клемм, обрабатывают для нахождения наибольшего, наименьшего и промежуточного значений и вычисляют разность между промежуточным значением и минимальным значением, определяют добротность каждой пары входных клемм путем деления полученной разности на наибольшее значение.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что каждую добротность классифицируют в один их четырех классов в соответствии с ее значением.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что каждую добротность классифицируют в первый класс, если она больше чем 0,82, во второй класс, если она меньше или равна 0,82, но больше 0,45, в третий класс, если она меньше или равна 0,45, но больше 0,16, и в четвертый класс, если она меньше или равна 0,16.
7. Способ по любому из пп.5 или 6, отличающийся тем, что выделяют величину для каждой из добротностей, в соответствии с ее классификацией, выделенные величины затем складывают, и в соответствии с полученной суммой трансформатор классифицирует как D-D эквивалент, D-Y эквивалент, Y-D эквивалент или Y-Y эквивалент.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что первому, второму, третьему и четвертому классу выделяют десятичные числа 64, 16, 4, 1, соответственно, (или эквивалентные числа в другой системе счисления), и трансформатор классифицируют в соответствии с суммой выделенных значений:
| Классификация обмоток | Сумма величин |
| D-D | 33 |
| D-Y | 72 |
| Y-D | 96 |
| Y-Y | 9 |
9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что трансформатор характеризуют в соответствии с наличием нейтральных соединений на его первичной/вторичной стороне.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что используют трансформатор, имеющий три входных клеммы H1, Н2, Н3, и нейтральную входную клемму Н0, и три выходных клеммы Х1, Х2, Х3, и нейтральную выходную клемму Х0, и когда однофазный источник электропитания соединяют между входными клеммами Н1-Н3, наибольшее напряжение, измеренное между клеммами Х1 и Х3, Х2 и Х1 и Х3 и Х2, сохраняют как (Хрр), и наибольшее напряжение, измеренное между клеммами Х1 и Х0, Х2 и Х0 и Х3 и Х0, сохраняют как (Xpn), при этом способ содержит дополнительный этап, на котором соединяют однофазный источник электропитания между Н1 и Н0, измеряют напряжения между Х1 и Х3, Х2 и Х1 и Х3 и Х2, сохраняют наибольшее значение (Xnp) и определяют отношения первого сохраненного напряжения с каждым из второго и третьего сохраненного напряжений, соответственно (Xpn/Хрр, Xnp/Хрр), тем самым определяют наличие нейтральных соединений на первичной и/или вторичной стороне трансформатора.
11. Способ по любому из пп.3 и 10, отличающийся тем, что наличие или отсутствие нейтрального соединения комбинируют с классификацией конфигураций обмоток для дальнейшей классификации обмоток в трансформаторе, как следуют ниже:
a) D-D или D-Z или Z-D или Z-Z;
b) D-Zn;
c) Zn-D или Zn-Z;
d) Zn-Zn;
e) D-Y или Z-Y;
f) D-Yn или Z-Yn;
g) Zn-Y;
h) Zn-Yn;
i) Y-D или Y-Z;
j) Y-Zn;
k) Yn-D или Yn-Z;
l) Yn-Zn;
m) Y-Y;
n) Y-Yn;
o) Yn-Y;
p) Yn-Yn.
12. Способ по любому из пп.3, 4-11, отличающийся тем, что вычисляют сдвиг фаз трансформатора, выраженный в виде общего количества 30-градусных шагов, для чего
определяют, подобны ли конфигурации первичной и вторичной обмоток, и если нет, то присваивают значение 1, в противном случае присваивают значение 0,
определяют результирующую константу конфигурации и добавляют значение, соответствующее результирующей константе конфигурации, к значению, полученному на предыдущем этапе,
определяют, реверсирована ли вторичная обмотка трансформаторных обмоток, и если нет, то добавляют 6 к значению, вычисленному на предыдущем этапе, в противном случае оставляют значение неизмененным,
если указанное значение больше 12, то вычитают 12, в противном случае оставляют значение неизмененным, тем самым определяют сдвиг фаз трансформатора.
13. Способ по п.12, отличающийся тем, что результирующую константу конфигурации определяют следующим образом
в течение запитывания каждой пары входных клемм закорачивают оставшиеся клеммы на землю устройства питания, для каждой пары отмечают пару выходных клемм, на которых измеряют минимальный выход, и выбирают значение, в зависимости от того, на какой паре выходных клемм был измерен минимальный выход, и от того, подобны ли конфигурации первичных и вторичных обмоток трансформатора, и суммируют эти три выделенных величины для получения результирующей константы конфигурации.
14. Способ по любому из пп.12 или 13, отличающийся тем, что определяют, реверсированы ли вторичные обмотки трансформатора, причем трансформатор запитан фаза к фазе на первичной обмотке, и соответствующее фаза к фазе измерение выполняют на вторичной обмотке, и измеряют сдвиг фаз первичной по отношению ко вторичной.
15. Устройство для определения характеристик трехфазного трансформатора, содержащее:
однофазный источник электропитания, средство для избирательной подачи напряжения от источника электропитания к парам входных клемм трехфазного трансформатора, средство для измерения напряжений между парами выходных клемм трехфазного трансформатора и средство управления, содержащее средство обработки и предназначенное для управления источником электропитания, чтобы подать питание на каждую из пар входных клемм по очереди, средством для измерения напряжений, чтобы измерить напряжение между всеми тремя парами выходных клемм при подаче питания на каждую пару входных клемм, и средством обработки для определения характеристик трансформатора.
16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что дополнительно содержит фазометр, управляемый средством управления.
17. Устройство по любому из п.15 или 16, отличающееся тем, что средство управления представляет собой программируемый компьютер.
