Испытание Сумпнера (обратная связь): точное определение КПД, регулирования и нагрева трансформатора

Испытание Сумпнера (Back-to-Back Test) на трансформаторе: КПД, регулирование напряжения и тепловой режим

Холостоходное и короткозамкнутое испытания дают параметры эквивалентной схемы, но не позволяют определить нагрев, так как потери в железе и меди не действуют одновременно. Испытание Сумпнера решает эту задачу.

Испытание Сумпнера (также обратная связь / back-to-back test) определяет КПД, регулирование напряжения и нагрев трансформатора в условиях, имитирующих номинальную нагрузку, без подключения реальной нагрузки. Для малых трансформаторов удобно нагружать реально, для крупных — сложно. Этот тест дает более точные результаты, чем ОХ и КЗ.

Схема испытания Сумпнера

Требуются два идентичных однофазных трансформатора. Экспериментальная схема:

Первичные обмотки T₁ и T₂ соединены параллельно к сети с номинальным напряжением и частотой. На входе: амперметр A₁, вольтметр V₁, ваттметр W₁.

Вторичные обмотки соединены последовательно с противоположной полярностью. Вольтметр V₂ между свободными концами (диапазон 2×U_2ном) контролирует полярность. Соединяют два терминала (например, B и C). Если V₂ = 0 между A и D — полярности противоположны, используем A и D. Если V₂ = 2×U_2ном — полярности совпадают, пересоединяют (A с C, используют B и D).

При подаче номинального напряжения на первичные, суммарное вторичное напряжение = 0. Вторичные ведут себя как разомкнутая цепь, ток = 0. Ваттметр W₁ фиксирует потери в железе обоих трансформаторов (2P_i).

На вторичные подают низкое напряжение (5–10% от номинала) через регулирующий трансформатор T_R. Амперметр A₂ во вторичной цепи. Напряжение регулируют до полного номинального тока I_2ном по амперметру A₂. Этот ток индуцирует полный первичный ток (зеленая пунктирная линия на схеме). Трансформаторы работают в режиме полной нагрузки. Ваттметр W₂ показывает полные медные потери обоих трансформаторов (2P_cu).

Показания измерительных приборов

• A₁ = Холостоходный ток = 2I₀
• V₁ = Номинальное входное напряжение
• W₁ = Потери в железе обоих трансформаторов = 2P_i
• A₂ = Номинальный вторичный ток обоих = 2I₂
• V₂ = Напряжение на последовательном соединении вторичных
• W₂ = Медные потери при полной нагрузке обоих = 2P_cu

Таблица наблюдений

I1, А	V1, В	W1, Вт	I2, А	V2, В	W2, Вт
…..	…..	…..	…..	…..	…..

Расчет потерь (на один трансформатор)

Потери одинаковы в обоих. Делим показания ваттметров на 2:

Расчет КПД

Расчет параметров эквивалентной схемы

Эквивалентное сопротивление и реактивность, отнесенные на вторичную сторону:

Где R_S — эквивалентное сопротивление, отнесенное на вторичную.

Падение напряжения на каждом трансформаторе:

Следовательно:

Определение нагрева (Heat Run Test)

Испытание Сумпнера также называется испытанием на нагрев. Трансформаторы держат под нагрузкой длительное время (36–48 часов), периодически измеряя температуру масла и обмоток. Определяется термическая устойчивость и класс изоляции.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Испытание крупногабаритных трансформаторов без реальной нагрузки.
• Потребляемая мощность минимальна — только сумма потерь (2P_i + 2P_cu).
• Одновременно определяются: медные и стальные потери, нагрев, параметры схемы, КПД.

Недостаток:

• Требуются два идентичных трансформатора.