Sumpner-test (Back-to-Back test): nauwkeurige transformatorefficiëntie, spanningsregeling en verhitting

Sumpner-test of Back-to-Back test op transformator voor efficiëntie, spanningsregeling en verhittingseffect

De open-circuit test en kortsluitingstest bepalen de equivalente schakelingparameters. Met deze tests kan de temperatuurstijging in een transformator niet gevonden worden, want de open-circuit test meet alleen kernverliezen (ijzerverliezen) en de kortsluitingstest alleen koperverliezen. De transformator wordt niet gelijktijdig aan beide verliezen blootgesteld. De oplossing is de Sumpner-test.

De Sumpner-test (ook back-to-back test genoemd) bepaalt de transformatorefficiëntie, spanningsregeling en verhittingseffect onder belasting. De test bestaat uit twee identieke transformatoren die back-to-back zijn aangesloten.

Bij de Sumpner-test worden echte belastingssituaties gesimuleerd zonder daadwerkelijke last. Voor kleine transformatoren is volllast aansluiten makkelijk, maar voor grote transformatoren moeilijk. Deze test geeft nauwkeurigere resultaten dan open-circuit en kortsluitingstests.

Sumpner-test – (Back-to-Back test)

Voor de test zijn twee eensfasige transformatoren met identieke specificaties nodig. Het experimentele schema is weergegeven in de afbeelding.

Zoals getoond, zijn de primaire wikkelingen van T₁ en T₂ parallel aangesloten op de nominale voedingsspanning en frequentie. Een amperemeter A₁, voltmeter V₁ en wattmeter W₁ zitten aan de invoerkant.

De secundaire wikkelingen zijn in serie aangesloten met tegenovergestelde polariteit. Een voltmeter V₂ meet tussen beide secundaires de polariteit. Het bereik van V₂ moet het dubbele van de nominale secundaire spanning zijn. Nu worden twee terminalen van de secundaire wikkelingen verbonden (hier B en C). Meet V₂ 0 V over de overige terminalen (A en D), dan zijn de wikkelingen in serie-oppositie aangesloten en kunnen A en D gebruikt worden. Meet V₂ het dubbele van de nominale spanning, dan zijn ze in dezelfde polariteit; verbind dan A met C en gebruik B en D.

Nu wordt de nominale spanning op de primaire gegeven. De totale spanning over de secundaire wikkeling is nul. De secundaires gedragen zich als een open circuit; de stroom door de secundaire is nul. Vanwege de nominale spanning in de primaire en nulstroom in de secundaire, meet wattmeter W₁ de ijzerverliezen van beide transformatoren.

Een lage spanning (5-10%) wordt aan de secundaire terminalen aangeboden via een regeltransformator T_R (gevoed door de hoofdbron). Een amperemeter A₂ zit aan de secundaire kant. De grootte van de secundaire spanning wordt aangepast tot A₂ de nominale volllast-secundairestroom toont. Deze secundaire stroom produceert via transformatorwerking volllaststroom in de primaire wikkeling (groene stipellijntje). De transformator gedraagt zich alsof hij op volllast werkt. Wattmeter W₂ meet de volllast koperverliezen van beide transformatoren.

Meetwaarden

• Ammeter A₁ = Nulbelastingstroom = 2 I₀
• Voltmeter V₁ = Toegepaste nominale invoerspanning (Primaire spanning)
• Wattmeter W₁ = Kernverliezen (ijzerverliezen) van beide transformatoren = 2 P_i
• Ammeter A₂ = Volllast secundairestroom van beide transformatoren = 2 I₂
• Voltmeter V₂ = Totale spanning over serieverbinding van beide secundaire wikkelingen
• Wattmeter W₂ = Volllast koperverlies van beide transformatoren = 2 P_cu

Observatietabel

Berekening van verliezen

Omdat de transformatoren identiek zijn, zijn de verliezen in beide gelijk. De wattmeters W₁ en W₂ meten de verliezen voor beide transformatoren. Voor de verliezen per transformator: deel de meting door 2.

P_i (per transformator) = W₁ / 2

P_cu (per transformator) = W₂ / 2

Berekening van efficiëntie

De efficiëntie η van een transformator wordt berekend als:

η = (Uitgangsvermogen) / (Ingangsvermogen) × 100% = (V₂ I₂ cos φ) / (V₂ I₂ cos φ + P_i + P_cu) × 100%

Berekening van equivalente schakelingparameters

Uit de Sumpner-test metingen kunnen de equivalente weerstand en reactance (naar de secundaire zijde gerefereerd) berekend worden:

R_S = P_cu / I₂²

Waarbij R_S = equivalente weerstand gerefereerd naar secundaire zijde.

Spanningsval per transformator:

V_drop = I₂ √(R_S² + X_S²)

De equivalente reactance X_S volgt uit:

X_S = √((V_drop / I₂)² – R_S²)

Berekening van temperatuurstijging

De temperatuurstijging kan bepaald worden met de Sumpner-test; daarom heet het ook hittest (heat run test). De temperatuur van olie en wikkelingen wordt gemeten na elke tijdsinterval. De transformatoren draaien lang (36 tot 48 uur), wat leidt tot temperatuurstijging van de olie. Hieruit wordt de weerstandscapaciteit onder hoge temperaturen bepaald.

Voor- en nadelen van de Sumpner-test

Voordelen

• Grote transformatoren testen zonder echte last.
• Benodigde energie is minimaal: gelijk aan de verliezen van beide transformatoren.
• Bepaalt koperverlies, ijzerverlies, temperatuurstijging, equivalente parameters en efficiëntie.

Nadeel

Het enige nadeel: twee identieke transformatoren zijn vereist.