变压器必须在尽可能接近实际运行的条件下进行测试，以准确评估其性能。桑普纳测试，也称为背靠背测试，允许两个相同的变压器在模拟满载条件下运行，而无需外部大负载。它有助于确定铁损、铜损耗、效率、电压调节和加热行为。本文介绍了其工作原理、电路设置、程序和计算方法。
桑普纳测试概述
桑普纳测试，也称为背靠背测试，是一种在模拟满载条件下测试变压器且无外部负载的实用方法。它用于确定基本性能值，如铁损耗、铜损耗、效率、电压调节和加热行为。
在该测试中，两个相同的变压器连接，使满载电流在它们之间循环，而电源只提供覆盖损耗所需的电力。正因为这种安排，当直接加载成本高昂、效率低下或不切实际时，桑普纳检验非常有用。
为什么桑普纳检验对大型变压器经济适用
对于大型变压器，直接负载通常不经济，因为测试时需要大量外部负载来吸收全部输出功率。这导致了高功率浪费、更高的成本以及更复杂的测试安排。桑普纳测试通过在只消耗足够电力的情况下，在满载条件下避免了这一问题。这使得它成为测试大容量变压器的实用且经济的方法。
桑普纳检验的基本工作原理
桑普纳测试通过让两个相同的变压器同时承受额定电压和额定电流，而电源只输出总损耗，从而重现接近满载的工作状态。当初级线在额定电压下通电时，两个变压器都会产生正常的铁芯通通，因此铁损失与正常运行相同。当额定电流在绕组中循环时，还会产生满载铜损耗。通过这种方式，该测试比单独进行的开路和短路测试更能模拟实际操作条件。
桑普纳检验的要求与电路设置
桑普纳检验的要求与电路设置
桑普纳测试的主要要求
为了获得准确结果，桑普纳测试需要两个额定值相同、电压比相同、极性正确且阻抗和工作特性高度匹配的变压器。
桑普纳测试的标准电路设置
在标准配置中，两个变压器的初级绕组并联连接在额定电源上，使两者均在额定电压下工作。次级绕组以串联反向连接。然后注入可调节的低电压到次级回路，以循环额定电流。测量仪器连接以记录测试过程中施加的电压、环流电流和瓦特表读数。
桑普纳测试中的极性检查
测试开始前，必须仔细检查次级连接。如果串联次级的自由端子电压接近零，则极性正确，对接连接正确。如果测得电压约为额定次级电压的两倍，则连接不正确，必须重新排列端子方可继续测试。
桑普纳测试中的程序与仪表读数
开始测试前，检查所有仪器连接，确认次级绕组极性正确。之后，将额定电压施加在两个变压器的初级绕组上。在此条件下，两个变压器均以额定通量运行，初级侧瓦数计W1测量两变压器的铁损耗。
接着，通过调节变压器向次级回路注入一个小可调电压。逐步增加注入电压，直到次级电流表显示额定满载电流。此时，瓦特表W2测量两个变压器的合计满载铜损耗。
如果要观察加热性能，可以在相同条件下继续测试更长时间。记录的读数随后用于确定变压器在模拟满载运行下的损耗、效率、电压调节和温度上升行为。
| 乐器 | 衡量内容 |
|---|---|
| 初级电压表 | 额定输入电压 |
| 初级电流表 | 两个变压器的总无负载电流 |
| 瓦特表 W1 | 两个变压器的铁芯合并损失 |
| 次级电流表 | 满载循环电流 |
| 次级电压表 | 极性与测试的次要条件 |
| 瓦特表 W2 | 两个变压器的合计满载铜损耗 |
桑普纳测试的性能计算
桑普纳测试中的损失计算
如果：
• W1 = 两个变压器的铁损耗总和
• W2 = 两个变压器的全载铜损耗总和
那么对于一个变压器：
• 每个变压器铁损耗 = W1 / 2
• 每变压器满载铜损耗 = W2 / 2
这两个值代表正常运行条件下的主要损失，用于进一步的性能评估。
桑普纳测试中的效率与电压调节
如果一个变压器输出为：
输出 = V2 × I2 × cosφ
则满载时的效率为：
效率 = 输出 / （输出 + 铁损耗 + 满载铜损耗）
根据测试所得的数值，结果为：
效率 = 输出 / [输出 + （W1 / 2） + （W2 / 2）]
在负载分数x处，铜损耗约为x²，因此：
x 负载效率 = x 负载输出 / [x 负载输出 + （W1 / 2） + x²（W2 / 2）]
这使得可以在不同负载水平和功率因数下估算效率。
桑普纳测试中的电压调节
桑普纳测试并不直接通过负载组测量电压调节，但它提供了估算满载性能所需的损耗数据。实际上，电压调节通常通过变压器测试数据获得的等效电阻和电抗来确定。因此，桑普纳检验主要用于真实的损耗和加热评估，而调节通常通过相应的等效参数来估算。
桑普纳检验的优点、局限性及应用
桑普纳检验的优势
• 可在近满载条件下进行测试，无需大外部负载
• 同时产生铁损失和满载铜损失
• 使得在真实操作条件下进行温度上升观测成为可能
• 比直接加载消耗的输入功率要少得多
• 提供比单独的开路和短路测试更实用的性能数据
主要限制
• 需要两个额定和电压比相同的变压器
• 要求极性正确且阻抗特性高度匹配
• 如果两个变压器匹配不佳，可能产生不准确的循环电流条件
桑普纳检验的应用
• 需要两个额定和电压比相同的变压器
• 要求极性正确且阻抗特性高度匹配
• 如果两个变压器匹配不佳，可能产生不准确的循环电流条件
结论
桑普纳测试是评估变压器在模拟满载条件下性能的有效方法。当额定电流在两个相同的变压器之间循环时，铁和铜的损耗会同时发生，而电源仅提供覆盖它们所需的电力。这可以准确测量效率、电压调节和加热行为。由于其经济性，背靠背测试仍被用于变压器测试。
常见问题解答 [常见问题解答]
为什么在桑普纳测试中使用两个变压器？
在它们之间循环满载电流，而电源只提供损耗所需的功率。
桑普纳测试能使用非完全相同的变压器吗？
最好使用额定额定、电压比和类似阻抗的变压器来实现，以保持准确结果。
使用桑普纳测试测试哪些变压器？
它主要用于中大容量变压器，因为直接负载不切实际。
开始桑普纳测试前需要做哪些安全检查？
确认极性正确，检查仪器连接，并逐步增加注入电压。
桑普纳的测试能运行多久？
它能长时间运行，因为供电功率仅等于变压器损耗。
在桑普纳测试中如何评估温度上升？
铁和铜的损耗同时发生，产生与实际运行条件相似的加热条件。
