ОСОБЛИВОСТІ ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ СИЛОВИХ ТРАНСФОРМАТОРІВ МЕТОДАМИ СХЕМНО-ПОЛЬОВОГО МОДЕЛЮВАННЯ
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6761-2017-1-8Ключові слова:
схема заміщення, математична модель, електромагнітні процеси, метод скінчених елементів, параметри, опір, неробочий хід, коротке замикання, силовий трансформаторАнотація
Мета роботи. Розробка нового високоефективного підходу для визначення параметрів силового трансформатора в режимах неробочого ходу і короткого замикання на основі схемно-польового моделювання електромагнітних процесів, що має високу точність, простоту чисельної реалізації і дозволяє враховувати особливості конструкції і вплив нелінійних властивостей провідникових і феромагнітних матеріалів.
Методи досліджень. Математичне моделювання електромагнітних полів трифазних трансформаторів з плоскими магнітними системами в режимах неробочого ходу і короткого замикання методами теорії електромагнітних полів, скінчених елементів, теорії електричних ланцюгів; узагальнення даних моделювання методами лінійної і поліноміальної регресії.
Основні результати. Розроблено схемно-польову модель електромагнітних процесів у силовому трансформаторі для режимів неробочого хода и короткого замикання, що дозволяє враховувати вплив особливостей конструкції активної частини, нелінійність властивостей провідникових і магнітних матеріалів. Встановлено, що в режимі неробочого ходу магнітний потік локалізується в стрижнях магнітної системи, а в режиме короткого замикання він зосереджений в області обмоток і головних каналів розсіювання. Особливості конструкції плоских трифазних магнітних систем обумовлюють нерівномірний розподіл магнітних потоків по стрижнях і ярмах при симетрії фазних струмів намагнічування. Тому найбільші індукції в режимі неробочого ходу характерні для стрижня фази В, а їх діючі значення на 15–18% перевищують аналогічні значення в стрижнях фаз А і С. В режимі дослідного короткого замикання значення індукції на два порядки нижче в порівнянні з режимом неробочого ходу, а її розподіл симетричний для всіх фаз активної частини трансформатору.
Розроблено високоефективну методику визначення параметрів силового трансформатора в режимах неробочого ходу і короткого замикання на основі схемно-польового моделювання електромагнітних процесів. Апробація нової методики для трансформаторів другого та третього габаритів показала простоту чисельної реалізації та високу точність, за рахунок врахування особливостей конструкції і впливу нелінійних властивостей провідникових і феромагнітних матеріалів. Завдяки цьому підходу забезпечується зниження похибки при визначенні параметрів неробочого ходу на 12–16% і короткого замикання - на 5–8% в порівнянні з загальновідомими інженерними методиками.
Розроблено методику коригування параметрів для різних ступенів РПН з використанням рівнянь лінійної і параболічної регресії, узагальнюючих нормовані характеристики неробочого ходу і короткого замикання для різних серій трансформаторів, яка істотно скорочує витрати часу на етапах конструкторської підготовки виробництва і значно підвищує точність розрахунку параметрів неробочого ходу і короткого замикання. Відносна похибка методики корекції параметрів для режиму неробочого ходу не перевищує 2,82%, а для режиму короткого замикання – 0,7%.
Наукова новизна. Розроблено та реалізовано новий ефективний підхід для визначення параметрів силового трансформатора в режимах неробочого ходу і короткого замикання, на основі схемно-польового моделювання електромагнітних процесів в силовому трансформаторі і подальшого корегування методами лінійної і поліноміальної регресії нормованих характеристик неробочого ходу та короткого замикання з урахуванням заданих положень РПН. Він має високу точність і ефективність, простоту чисельної реалізації, дозволяє враховувати вплив конструктивних параметрів, нелінійність електрофізичних і магнітних властивостей матеріалів та може застосовуватися для трансформаторів різних серій.
Практична значимість. Застосування запропонованого підходу для визначення параметрів трансформатора на основі методів схемно-польового моделювання та нормування дозволяє знизити похибки розрахунку параметрів неробочого ходу і короткого замикання на 12–16% і 5–8%, відповідно, в порівнянні з загальновідомими інженерними методиками.Посилання
Tikhomirov, P. M. (1986). Calculation of transformers. Moscow: Energoatomizdat, 528.
Marcel Dekker, Kulkarni, S.V., and Khaparde, S.A. (2004) Transformer Engineering, Design and Practice, Indian Institute of Technology, Bombay (Mumbai), India.
Goncharuk, A.I. (1990). Calculation and construction of transformers. Moscow: Energoatomizdat, 256.
Pridubkov, P. Y., Khomenko, I. V. (2010). About the charts of substitution of ideal transformer. Energy saving. Power engineering. Energy audit, 2, 55–61.
Roginskaya, L.E., Gusakov, D.V. (2014). Simulation and experimental study of three-phase transformer with twisted tape flat and spatial magnetic cores, Bulletin of the South Ural State University Series “Power Engineering”, 14(4), 76–83.
Novash, I. V., Rumiantsev, Yu. V. (2015). Three-phase transformer parameters calculation considering the core saturation for the matlab-simulink transformer model, Energetika, 1, 12–24.
Leon, F., Seemly, A. (1994). Complete Transformer Model for Electromagnetic Transients, IEEE Transactions on Power Delivery, l(9), 231-239
Majumder, R., Ghosh, S., Mukherjee, R. (2016). Transient Analysis of Single Phase Transformer Using State Model. International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, 5(3), 3300–3306. DOI:10.15680/IJIRSET.2016.0503107
Ananicheva, S. S., Myzin, A. L. (2012). Skhemy zameshcheniya i ustanovivshiyesya rezhimy elektricheskikh setey: uchebnoye posobiye. Ekaterinburg: UrFU, 80.
Jazebi, S., de León, F., Farazmand, A.. and Deswal. D. (2013). Dual Reversible Transformer Model for the Calculation of Low-Frequency Transients, IEEE Transactions on Power Delivery, 28(4), 2509–2517. DOI: 10.1109/TPWRD.2013.2268857
Yarymbash, D., Yarymbash, S., Divchuk, T., & Kylymnik, I. (2016). The features of magnetic flux distribution of the idling mode of the power transformers. Electrical Engineering And Power Engineering, 2, 5-12. doi:http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2016-2-1
Yarymbash, D. S. (2015). The research of electromagnetic and thermoelectric processes in the AC and DC graphitization furnaces. Naukoviy visnyik NGU, 3, 95–102.
Yarymbash, D.S., Oleinikov, A.M. (2015). On specific features of modeling electromagnetic field in the connection area of side busbar packages to graphitization furnace current leads. Russian Electrical Engineering, 86(2), 86–92. DOI: http://dx.doi.org/10.3103/S1068371215020121.
Yarymbash, D., Kotsur, M., Yarymbash, S., & Kotsur, I. (2016). Features of three-dimensional simulation of the electromagnetic fields of the asynchronous motors. Electrical Engineering And Power Engineering, 2, 43-50. doi:http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2016-2-5.
Kislitsyn, A.L. (2001). Transformers. Ulyanovsk: UlSTU, 76.
Yarymbash, D., Yarymbash, S., Divchuk, T., & Kylymnik, I. (2016). Determination features of the power transformer short circuit parameters through field modeling. Electrical Engineering And Power Engineering, 1, 12-17. doi:http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2016-1-2
Yarymbash, D.S. (2012). Identification of furnace loop electrical parameters of power graphitization furnaces. Electrical engineering & Electromechanics, 1, 49-54.
Yarymbash, D., Kilimnik, I., & Yarymbash, S. (2015). The dynamic adaptation of circuit models of short-circuit. Electrical Engineering And Power Engineering, 2, 65-70. doi: http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2015-2-9.
Andriyenko, P. D., Yarymbash, D. S. (2008). Modelirovaniye elektromagnitnykh i teplovykh protsessov pri induktsionnom nagreve mundshtuka pressa. Razrabotka rudnykh mestorozhdeniy. Krivoy Rog, 92, 163–167.
Yarymbash, D. S., Yarymbash, S. T. and Kylymnyk, I. M. (2012). Identification of electrical parameters of powerful short-circuit laminated packs, Electrical Engineering and Power Engineering, 2, 55–61. doi: http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2012-2-10
Yarymbash, D.S. (2013). Numerical-field analysis of electromagnetic and electrothermal processes in bus packages furnaces of graphitization. Polzunovsky vestnik. Barnaul, 4-2, 216–222
Burdin, V.V. (2007). Fizika: Ucheb. posobiye. Chast' II. Osnovy elektromagnetizma. PGTU. Perm', 188.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2017 T. E. Divchuk, D. K. Mimokhid, S. A. Kutilin, A. E. Kuznetsov, Yu. V. Gurazda, I. S. Syrykh
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
