Beispiele für Prüfungen von Transformatoren mit
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Beispiele für Prüfungen von Transformatoren mit dem Leistungsanalysator Fluke Norma 5000 Anwendungsbericht Messaufgaben, Zusammenfassung Der Wirkungsgrad ist für Transformatorhersteller ein Parameter von großem Interesse. Es mag einfach erscheinen, diesen zu messen (indem man Ein- und Ausgangsleistung vergleicht), dabei sind jedoch auch einige zusätzliche Variablen zu beachten. Obwohl Eisenverluste, Kupferverluste und Leckreaktanz oft nur sehr geringe Werte aufweisen, beeinflussen Sie die Effizienz – und können dem Hersteller außerdem wertvolle Informationen liefern. Folgende Messaufgaben können mit dem Leistungsanalysator Fluke Norma 5000 durchgeführt werden: Mit dem Leistungsanalysator Fluke Norma 5000 kann eine große Anzahl verschiedener Messaufgaben durchgeführt werden. Zu den wichtigsten Aufgaben gehört das Testen von Transformatoren zur Anfertigung von Analysen, sowohl im Labor als auch direkt am Einsatzort. Der große Vorteil des Norma 5000 besteht darin, dass er dafür keine zusätzlichen Stromkreise benötigt, sondern lediglich einige neue Einstellungen vorgenommen werden müssen. Mit seiner Genauigkeit von 0,1 % (Messwert und -bereich) bei Leistungsmessungen zählt er zu den genauesten Geräten seiner Art. Der Norma 5000 ist mit mehreren Eingangs­ modulen erhältlich. Für die Prüfung von Transformatoren bietet das Eingangsmodul PP64 einen eindeutigen Vorteil. Für die Arbeit an Transformatoren mit sehr niedrigen Leistungsfaktoren bietet das Eingangsmodul PP51 eine besonders hohe Abtastrate (1 MHz), die bei Leistungsmessungen beste Ergebnisse liefert. •Eisen- (Eisenleerlauf) Verluste (Leerlaufprüfung) ⇒ Offline •Kupferverluste (Kurzschlussprüfung) ⇒ Offline •Wirkungsgrad (= Lastverluste) ⇒ Online oder Offline •Umwandlungsverhältnisprüfung ⇒ Offline •Temperatur ⇒ Offline •Wicklungswiderstand ⇒ Offline •Erregerstrom ⇒ Offline •Impedanzspannung ⇒ Offline •Oberschwingungsanalysen ⇒ Online oder Offline Normalerweise werden alle Prüfungen von Transformatoren (Verlust-Prüfaufgaben) „offline“ im Labor durchgeführt. Fluke Norma 5000: •Wirkungsgrad (Verlustleistung) von 1- und 3- phasigen systemen. •Übersetzungsverhältnis des Transformators von 1- und 3phasigen systemen. •Oberwellenanalyse von 1- und 3- phasigen systemen. 1 Fluke Corporation Beispiele für Prüfungen von Transformatoren mit dem Leistungsanalysator Fluke Norma 5000 Diagramm der Ersatzschalt­ bilder für Transformatoren kurze Beschreibung der Prüfung, ein Diagramm, das den Anschluss des Leistungsanalysators Fluke Abb. 1 zeigt das Ersatzschaltbild Norma zeigt, sowie einige der eines Transformators inklusive wichtigen Variablen, die mit dem Verlusten und Leckreaktanz Fluke Norma 5000 bestimmt („Sicht“ einer Energiequelle auf werden können. Außerdem ereinen belasteten Transformator). fahren Sie, welche Vorteile das Der parallele Zweig, bestehend Gerät bietet. Es werden außerdem aus einem Widerstand und einer Induktionsspule, existiert eigentlich Beispiele für andere Prüfungen behandelt. nicht, allerdings verhalten sich der Eisenverluststrom und der Magnetisierungsstrom so, als ob Prüfungen von Transformatoren: er vorhanden wäre. Der Widerstand stellt die Eisenverluste dar, Leerlaufprüfung Obwohl Transformatoren im Idedie Induktivität die Magneti­ alfall sehr effizient sind, weisen sierung des Kerns. sie einige kleinere Verluste auf, Die Quellen „sehen“ einen Wider- die bestimmt werden müssen. stand, der aus dem primären Leit- Dazu gehören Eisenverluste, die mithilfe einer Leerlaufprüfung erwiderstand und dem entsprechenden Sekundärwider- bestimmt werden. Der Eisenverlust ist proportional zum Magnetfeld, stand besteht. Da der Sekundärwiderstand dem Primärstromkreis das wiederum proportional zur angelegten Spannung ist. Indem „zugewiesen“ wurde, „sieht“ die die volle Spannung an den Quelle den Sekundärwiderstand Primärstromkreis angelegt wird, multipliziert mit dem Umwandwährend der Sekundärstromkreis lungsverhältnis im Quadrat. Bei offen bleibt, wird das Feld im der abgebildeten Induktivität (Reaktanz) handelt es sich um die Kern aufgebaut. Das Feld Streuinduktivität des Primärstrom- entspricht demjenigen, das vorhanden wäre, wenn der kreises plus die „zugewiesene“ Sekundärstromkreis belastet Streuinduktivität des Sekundärstromkreises. Schließlich würde. Die Verluste sind demnach dieselben wie bei einem ist die Last ebenfalls dem belasteten Transformator. Primärstromkreis „zugewiesen“ und entspricht der Lastimpedanz Mit dem in Abbildung 2 dargim Quadrat. estellten Anschluss kann der LeisWichtig: Die Diagramme beziehen tungsanalysator Fluke Norma sich auf Einphasen-Transforma- 5000 benutzt werden, um bei dieser Prüfung I1, U1, P1, Pc1, fU1, toren, alle Prüfungen können Phasenwinkel und Leistungsfakjedoch auch mit Dreiphasentor (λ) zu bestimmen. Transformatoren durchgeführt werden! Pc1 ist die korrigierte Leistung, die benötigt wird, wenn es sich Auf den folgenden Seiten finden beim Eingangssignal des TransSie einige Beispiele für typische Prüfungen, wie sie von Herstellern formators nicht um ein Sinussignal handelt. Der Analysator zur Bestimmung der ange­ Fluke Norma 5000 korrigiert sprochenen Werte durchgeführt die gemessene Leistung auf werden. Es folgen jeweils eine Load Current Rpri + (Rsec x n2) Xpri + (Xsec x n2) IC (Core Loss Current) ZLoad x n2 LOAD IE (Excitation Current) IM (Magnetizing Current) Figure 1: Equivalent Circuit Shunt Figure 2: Open Circuit Test Basis der Abweichung des Formfaktors vom Formfaktor einer Sinuskurve. Die tatsächliche Formel lautet: Durchführen der Messung Verbinden Sie den Norma 5000 mit dem Stromkreis wie in Abbildung 2 dargestellt. Gleichen Sie die Signalquelle mit Nennstrom (gemessen an Kanal I1) ab; bei der dargestellten Leistung P1 handelt es sich um den Wert der Eisenverluste (Plfe). Messausrüstung (Zubehör jeweils abhängig von der Leistung des Transformatorsystems) Einphasen-Transformator: 1x Fluke Norma 5000 FLUKE-N5K 3PP64I 3x Eingangsmodul PP64 2 Fluke Corporation Beispiele für Prüfungen von Transformatoren mit dem Leistungsanalysator Fluke Norma 5000 Prüfungen von Transforma­ toren: Kurzschlussprüfung leistungstransformatoren durchgeführt, um die notwendige Genauigkeit zu erhalten. Diese Ebenfalls wichtig für Hersteller Methode wird auch als Verlustsind Kupferverluste, die über einfache Werte wie die vom Primär- trennung bezeichnet. Bei kleineren oder Sekundärspulen-Widerstand Transformatoren kann eine direkte hervorgerufenen Leistungsverluste Effizienzbestimmung durchgeführt werden, bei der die Ein- und Ausdefiniert werden. Anders als gangsleistung gemessen werden. Eisenverluste, die mit der Last konstant bleiben, variieren Kupferverluste (Widerstände) und Mit der Schaltung in Abbildung 4 können Ein- und Ausgangsleistung Leckreaktanz mit der Last. Um direkt gemessen werden. Auf Basis diese Variablen zu bestimmen dieser Variablen lassen sich muss eine Kurzschlussprüfung Effizienz und Leistungsverlust durchgeführt werden. mithilfe der folgenden Formeln Zuerst wird die Sekundärseite des berechnen: Transformators kurzgeschlossen. Wirkungsgrad [%] = P2 / P1 x 100 Eine variable Spannung wird an den Primärstromkreis angelegt und, bei Null beginnend, graduell Leistungsverlust FPL [W] = P1 - P2 erhöht. Bei ungefähr 5 % der Durchführen der Messung zulässigen Spannung fließt Nennstrom sowohl in der Primär- Verbinden Sie den Norma 5000 mit dem Stromkreis wie in Abbildung 4 wie in der Sekundärspule. Da es dargestellt. Die Primärleistung (P1) sich nur um 5 % der zulässigen und die Sekundärleistung (P2) könSpannung handelt, liegt der nen auf dem Instrument abgelesen Kernfluss ebenfalls nur bei 5 %, werden. Mit der zuvor genannten wodurch die Eisenverluste unerFormel erhalten Sie die Effizienz des heblich bleiben. getesteten Systems. Mit dem in Abbildung 3 dargMessausrüstung estellten Anschluss kann der Dreiphasen-Transformator: 1x Leistungsanalysator Fluke Norma Fluke Norma 5000 FLUKE-N5K 5000 benutzt werden, um bei 6PP64I dieser Prüfung die folgenden 6x Eingangsmodul PP64 Variablen zu bestimmen: I1, U1, (Zubehör abhängig von der LeisP1, Z (Impedanz), Leistungsfaktor tung des Transformatorsystems) und Phasenwinkel. Durchführen der Messung Verbinden Sie den Norma 5000 mit dem Stromkreis wie in Abbildung 3 dargestellt. Gleichen Sie die Signalquelle mit Nennstrom (gemessen an Kanal U1) ab; bei der dargestellten Leistung P1 handelt es sich um den Wert der Kupferverluste (Plco). Messausrüstung Dreiphasen-Transformator: 1x Fluke Norma 5000 FLUKE-N5K 3PP64I 3x Eingangsmodul PP64 (Zubehör abhängig von der Leistung des Transformatorsystems) Prüfung von Transformatoren: Effizienzbestimmung (direkt) Die beiden vorherigen Prüfungen werden stets bei großen Hoch- Shunt Figure 3: Short-Circuit Test Shunt Shunt LOAD Figure 4: Direct Efficiency Measurement Shunt Shunt LOAD Figure 5: Turn Radio test Mit den Schaltungen in Abbildung 5 und der DFT-Anzeige (numerPrüfung von Transformatoren: ische Funktion) kann der Benutzer Prüfung des Umwandlungs­ die Grund- (H01) werte U1, U2, I1 verhältnisses und I2 bestimmen. Auf Basis dieser Die an den Primärstromkreis des Werte kann das ÜbersetzungsTransformators angelegte Spanverhältnis mit F1 = U1H01 / nung, geteilt durch die Anzahl der U2H01 berechnet werden. Dies Spulenwindungen, ergibt die Zahl kann auch bei einem Dreiphasender Volt pro Windung. Die Zahl Transformator durchgeführt der Volt pro Windung des werden, indem alle sechs GrundSekundärstromkreises ist gleich spannungen gemessen werden denen des Primärstromkreises. Die (F1 = U1H01 / U4H01). Primärspannung geteilt durch die Sekundärspannung ergibt das Spannungsverhältnis. Das Spannungsverhältnis in Leerlaufzustand und die verglichenen Grundspannungen ergeben das Umwandlungsverhältnis. Eine ähnliche Beziehung besteht zwischen Primär- und Sekundärstrom, diese sind jedoch indirekt proportional. 3 Fluke Corporation Beispiele für Prüfungen von Transformatoren mit dem Leistungsanalysator Fluke Norma 5000 Durchführen der Messung Verbinden Sie den Norma 5000 mit dem Stromkreis wie in Abbildung 5 dargestellt. Die Primärleistung (U1H01) und die Sekundärleistung (U2H01) können auf dem Instrument abgelesen werden. Mit der obengenannten Formel erhalten Sie das Umwandlungsverhältnis des Transformators. Messausrüstung Dreiphasen-Transformator: 1x Fluke Norma 5000 FLUKE-N5K 6PP64I 6x Eingangsmodul PP64 (Zubehör abhängig von der Leistung des Transformatorsystems) dung 6 dargestellt. Sie können den Klirrfaktor (U1thd und I1thd) direkt auf dem Instrument ablesen. Sie können auch die Funktion FFT benutzen, um das komplette Spektrum des Testsystems zu analysieren. LOAD Messausrüstung Dreiphasen-Transformator: 1x Fluke Norma 5000 FLUKE-N5K 6PP64I 6x Eingangsmodul PP64 (Zubehör abhängig von der Leistung des Transformatorsystems) Zusatzinformation: Auswirkungen der Frequenz auf die Effizienz Prüfungen von Transformatoren: Aufgrund der Reaktanz bei einem Oberschwingungsanalysen Transformator kann die Frequenz Für einen Hersteller können auch des Eingangssignals die Effizienz die von dem Transformator in der beeinflussen. Aus den Gleichungen XC = 1/2 πfc und XL = 2πfL, lδsst Leitung hervorgerufenen Oberschwingungen von Interesse sein. sich ableiten, dass die Frequenz Es ist notwendig, den Einfluss des die Reaktanz des Transformators Transformators auf das Stromnetz beeinflusst, die wiederum die mit diesen Werten verbundenen und auf andere SpannungsverVerluste beeinflusst. Benutzer braucher zu untersuchen. Diese Art der Analyse ist auch deshalb können die Eingangs- gegen die wichtig, weil Oberschwingungen Ausgangsleistung bei verschiedenen Frequenzen messen in direkten Einfluss auf die Wärmeentwicklung und Störun- um den Grad der Auswirkung zu gen anderer Verbraucher haben. bestimmen. Mit den Schaltungen in Abbildung 6, kann der Norma 5000 die einzelnen Oberschwingungen bis zur 40. Ordnung messen und den Gesamtklirrfaktor (THD) in Prozent berechnen. Der Benutzer kann die Amplitude von Strom, Spannung, und Oberschwingungen sowie ihre Phasenverschiebung von der Grundschwingung untersuchen. Zusätzlich kann das Spektrum für alle Primärwerte bis zur 40. Ordnung simultan berechnet werden. Das Ergebnis kann sowohl für die Anzeige wie für den Drucker numerisch oder graphisch ausgewählt werden. Durchführen der Messung Verbinden Sie den Norma 5000 mit dem Stromkreis wie in Abbil- Shunt Shunt Figure 6: Harmonic Analyses Shunt Shunt LOAD Figure 7: Measuring Frequency Effects Mit den Schaltungen in Abbildung 7, können Sie U1, U2, I1, I2, P1, P2 und f messen. Damit lassen sich die Effizienzen bei verschiedenen Frequenzen vergleichen. Durchführen der Messung Verfahren Sie wie beim Effizienztest, und vergleichen Sie die Ergebnisse bei verschiedenen Frequenzen. Messausrüstung Dreiphasen-Transformator: 1x Fluke Norma 5000 FLUKE-N5K 6PP64I 6x Eingangsmodul PP64 (Zubehör abhängig von der Leistung des Transformatorsystems) 4 Fluke Corporation Beispiele für Prüfungen von Transformatoren mit dem Leistungsanalysator Fluke Norma 5000 Fluke. Damit Ihre Welt intakt bleibt. CalPlus GmbH Zentrale Berlin Heerstraße 32 • 14052 Berlin Tel.: 030 214982-0 • Fax: 030 214982-50 [email protected] • www.calplus.de CalPlus GmbH Niederlassung ScopeShop Normannenweg 30 • 20537 Hamburg Tel.: 040 3039595-0 • Fax: 040 3039595-50 [email protected] • www.calplus.de © Copyright 2008 Fluke Corporation. Alle Rechte vorbehalten. Gedruckt in den Niederlanden 03/2008. Anderungen vorbehalten. Pub_ID 11467-ger
