Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для измерения индуктивностей рассеяния отдельных обмоток двухобмоточного трансформатора

Устройство для измерения индуктивностей рассеяния отдельных обмоток трансформатора относится к электрическим измерениям и предназначено для использования при испытаниях двухобмоточных трансформаторов.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототипом) является «Устройство для измерения индуктивностей рассеяния и активных сопротивлений каждой обмотки двухобмоточного трансформатора», по патенту на полезную модель РФ: RU 73740 U1 от 27.05.2008, МПК G01R 27/26 - [1]. Устройство состоит из двух электрических цепей, подключенных к цепи переменного тока: - в первую цепь последовательно включены первичная обмотка измеряемого трансформатора и амперметр, к первичной обмотке параллельно подключен вольтметр; - вторая цепь состоит из вторичной обмотки измеряемого трансформатора, амперметра и регулируемого активного сопротивления, ко вторичной обмотке подключен вольтметр.

Недостатком устройства [1] является дополнительная погрешность измерения, обусловленная различием фаз токов, протекающих по первичной и вторичной обмоткам. Различие фаз определяется присутствием регулируемого активного сопротивления только во вторичной обмотке, чего нет в обмотке первичной.

Решение проблемы измерения достигается тем, что из прототипа исключается регулируемое активное сопротивление в цепи одной из обмоток измеряемого трансформатора. Вместо этого ток, протекающий по одной из обмоток измеряемого трансформатора, трансформируется с помощью вспомогательного двухобмоточного трансформатора с переменным коэффициентом трансформации во вторую обмотку измеряемого трансформатора, а коэффициент трансформации вспомогательного трансформатора подбирается равным коэффициенту трансформации измеряемого трансформатора. Причем трансформированный ток будет иметь ту же фазу, что ток протекающий через обмотку измеряемого трансформатора, поскольку никаких дополнительных сопротивлений в цепях вспомогательного трансформатора не предусмотрено. Тем самым создаются условия, такие же как в опыте противовключения, когда в трансформаторе отсутствует основной магнитный поток, а присутствуют только поля рассеяния. При этом напряжение на обмотках измеряемого трансформатора будет соответствовать индуктивностям рассеяния соответствующих обмоток.

Измерение предлагаемым устройством производят следующим образом.

Устройство для измерения индуктивностей рассеяния отдельных обмоток двухобмоточного трансформатора, состоит из последовательной электрической цепи, включающей источник переменного тока, активное ограничительное сопротивление, одну из обмоток трансформатора, индуктивность рассеяния магнитного потока которой требуется измерить, амперметра и дополнительно включенной обмотки вспомогательного двухобмоточного трансформатора с переменным коэффициентом трансформации, а свободные обмотки исследуемого и вспомогательного трансформаторов соединены последовательно встречно, причем коэффициент трансформации вспомогательного трансформатора подобран равным коэффициенту трансформации измеряемого трансформатора. К обмоткам измеряемого трансформатора подключены вольтметры.

Устройство включают, производят настройку. В ходе настройки изменяют коэффициент трансформации вспомогательного трансформатора. При этом следят за показаниями амперметра в цепи первичной обмотки измеряемого трансформатора. Наибольшие показания амперметра в цепи первичной обмотки измеряемого трансформатора свидетельствуют о достижении режима измеряемого трансформатора - режима противовключения. В таком режиме измеряемый трансформатор не имеет основного магнитного потока и не трансформирует ток ни в одну ни в другую сторону. Любое нарушение равновесия, вызванное увеличением или уменьшением коэффициента трансформации вспомогательного трансформатора, приводит к трансформации в ту или иную сторону и снижению тока в цепи первичной обмотки измеряемого трансформатора.

После настройки устройства производят измерения тока в первичной обмотке измеряемого трансформатора II напряжений на первичной и вторичной обмотках измеряемого трансформатора U1 и U2.

По результатам измерений производится расчет индуктивностей рассеяния отдельных обмоток.

Предполагается, что перед измерением для измеряемого трансформатора был проведен опыт холостого хода, в ходе которого определен коэффициент трансформации измеряемого трансформатора Ктр.

Так же перед измерением необходимо с помощью моста постоянного тока измерить активные сопротивления обмоток измеряемого трансформатора.

Рассчитаем полные сопротивления обмоток:

Рассчитаем индуктивные сопротивления:

Заявляемое способ отвечает требованию "новизна", поскольку имеет новые признаки: в последовательную цепь дополнительно включена обмотка вспомогательного двухобмоточного трансформатора с переменным коэффициентом трансформации, а свободные обмотки исследуемого и вспомогательного трансформаторов соединены последовательно встречно, причем коэффициент трансформации вспомогательного трансформатора подобран равным коэффициенту трансформации измеряемого трансформатора.

Именно указанное сочетание признаков обеспечивает устройству новые возможности, не очевидные:

- возможность более точного измерения индуктивности рассеяния магнитного потока первичной обмотки измеряемого трансформатора, за счет того, что фазы токов в первичной и вторичной обмотках одинаковые, поскольку в цепи вторичной обмотки отсутствует активное сопротивление для настройки схемы;

Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

На фигуре представлено устройство для измерения индуктивности рассеяния обмотки трансформатора: (1) - активное сопротивление, ограничивающее ток в цепи; (2) - трансформатор, в котором измеряют индуктивность рассеяния магнитного потока обмоток; (3) - трансформатор с переменным коэффициентом трансформации, в процессе настройки устанавливается равным коэффициенту трансформации трансформатора (2); (4), (5) - вольтметры, включенные соответственно в цепь первичной и вторичной обмоток трансформатора, индуктивности рассеяния которого измеряют; (6), (7) - амперметры, включенные соответственно в цепь первичной и вторичной обмоток трансформатора, индуктивности рассеяния которого измеряют;

Устройство состоит из измеряемого трансформатора (2), первичная обмотка которого соединена с активным сопротивлением, ограничивающим ток в цепи (1), с первичной обмоткой вспомогательного трансформатора с переменным коэффициентом трансформации (3) и амперметра, включенных в цепь переменного тока. Вторичные обмотки измеряемого трансформатора (2) и вспомогательного трансформатора (3) соединены между собой. В цепи вторичных обмоток включен амперметр (7), а напряжение на обмотках измеряемого трансформатора контролируется вольтметрами (4) и (5).

Коэффициент трансформации вспомогательного трансформатора (3) подбирается равным коэффициенту трансформации измеряемого трансформатора.

Измерение предлагаемым устройством производят следующим образом.

Устройство включают, производят настройку. В ходе настройки изменяют коэффициент трансформации вспомогательного трансформатора (3). При этом следят за показаниями амперметра (6) в цепи первичной обмотки измеряемого трансформатора. Наибольшие показания амперметра (6) в цепи первичной обмотки измеряемого трансформатора свидетельствуют о достижении режима измеряемого трансформатора - режима противовключения.

После настройки устройства производят измерения токов в первичной обмотке измеряемого трансформатора (2) I₁ амперметром (6) и вторичной обмотки 12 амперметром (7), напряжений на первичной и вторичной обмотках измеряемого трансформатора U₁ и U₂ вольтметрами (4) и (5).

По результатам измерений производится расчет индуктивностей рассеяния отдельных обмоток.

Устройство было опробовано при измерении индуктивностей рассеяния магнитного потока обмоток трансформатора ОСМ-1,0У3; Р=1,0 кВА; f=50(60) Гц;

В трансформаторе были задействованы концентрические обмотки с номинальными напряжениями 220 В и 110 В. Обмотка 220 В намотана ближе к магнитопроводу.

Для измерения предварительно был проведен опыт холостого хода в ходе которого определен коэффициент трансформации Ктр=1,9428; Ктр²=3,774;

Активные сопротивления обмоток были измерены мостом постоянного тока:

R1=0,198 Ом;

R2=0,07 Ом; R2'=0,07*3,774=0,26418 Ом; R2'2=0,26418²=0,06979 Ом;

В собранной схеме было задействовано активное сопротивление - реостат 0-200 Ом; 2 А;

В ходе калибровки схемы изменяли коэффициент трансформации вспомогательного трансформатора до достижения наибольшего тока в цепи первичной обмотки измеряемого трансформатора. Наибольший ток составил 1,75 А;

Напряжения на обмотках в режиме противовключения измеряли электронным вольтметром В3-38

Действующее значение U₂₂₀=0,83 B;

Действующее значение U₁₁₀=0,33 B;

Ток I₁=1,75 А;

Рассчитаем полные сопротивления обмоток:

Z₁=0,83/1,75=0,474 Ом;

Z₂=0,33/(1,75*1,9428)=0,097 Ом; Z₂'=0,097*3,774=0,366 Ом;

Рассчитаем индуктивные сопротивления:

Х₁=Корень(0,474²-0,198²)=0,43 Ом;

Х₂'=Корень(0,366²-0,06979²)=0,359 Ом;

X₁/X₂'=1,19

L₁=Х₁/2*3,14*50=0,43/314=0,001369 Гн;

L₂'=X₂/2*3,14*50=0,359/314=0,001143 Гн;

Затем обмотки измеряемого трансформатора поменяли (первичную со вторичной) и измерения повторили. Расхождения полученных данных не превышает 5%, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "промышленная применимость".

Источники информации

1. Патент на полезную модель РФ: RU 73740 U1 от 27.05.2008, МПК G01R 27/26, авторы: Сахно О.И., Сахно Л.И., Воронин В.Н., «Устройство для измерения индуктивностей рассеяния и активных сопротивлений каждой обмотки двухобмоточного трансформатора» - прототип.