ПІДХІД ДО ВИЗНАЧЕННЯ СТРУМІВ НЕРОБОЧОГО ХОДУ СИЛОВИХ ТРИФАЗНИХ ТРАНСФОРМАТОРІВ З ПЛОСКИМ СТРИЖНЕВИМИ МАГНІТНИМИ СИСТЕМАМИ
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6761-2017-2-6Ключові слова:
схемна модель, тривимірне моделювання, трифазний трансформатор, неробочий хід, електромагнітне поле, метод скінченних елементів, енергія магнітного поля, гармонійний аналіз, несинусоїдальні і несиметричні струмиАнотація
Мета роботи. Розробити новий ефективний підходу для визначення параметрів неробочого ходу за допомогою реалізації комбінації схемної і просторової математичної моделі нестаціонарних електромагнітних полів в трифазних трансформаторах з урахуванням конструктивної будови активної частини, нелінійності магнітних властивостей електротехнічних сталей, що забезпечує високу точність і обчислювальну ефективність.Методи дослідження. Дослідження проводились з використанням методів теорії електромагнітного поля, теорії електричних кіл, теорії силових трансформаторів, математичної фізики, методу скінченних елементів, методів регресійного та гармонійного аналізу.Отримані результати. Проведено теоретичні дослідження електромагнітних процесів на основі чисельної реалізації трьохвимірної математичної моделі силового трифазного трансформатора в режимі неробочого ходу. Запропоновано підхід для підвищення ефективності польового моделювання режиму неробочого ходу, який полягає в скороченні розмірів розрахункової області і переходу до 2D моделей. Він дозволяє скоротити витрати обчислювальних ресурсів більше, ніж в 2,8 раз, часових ресурсів більше, ніж в 250 разів, при середньозваженій нев’язці не більше 3,6%. Визначено закономірності розподілу індукції і енергії магнітного поля для активної частини трансформатора в режимі неробочого ходу, встановлені їх кількісні співвідношення для стрижнів різних фаз, що визначають співвідношення струмів і опорів прямої і зворотної послідовності трансформатора. Реалізовано новий підхід визначення параметрів неробочого ходу трифазних трансформаторів з плоскими стрижневими магнітними системами на базі методів схемного і 3D моделювання, гармонійного аналізу і симетричних складових. Він характеризується високою ефективністю чисельної реалізації і точністю для перехідних процесів включення трифазного трансформатора без навантаження. Встановлено, що система фазних струмів неробочого ходу характеризується несинусоїдністю та несиметричністю. У гармонійному складі цих струмів переважають 1-я, 5-я і 7-я гармоніки, але при цьому домінує перша гармонійна складова. На основі методу симетричних складових визначені параметри прямої і зворотної послідовності фаз першої гармоніки неробочого ходу і запропонована коригуюча методика, уточнююча традиційний інженерний підхід. Використання корекції параметрів для досліджених співвідношень струмів прямої і зворотної послідовності, підвищує точність розрахунку струмів неробочого ходу на 12-14% і втрат неробочого ходу на 9-11% в порівнянні з загальновідомими інженерними методиками проектування.Наукова новизна. Запропоновано підхід для підвищення ефективності польового моделювання режиму неробочого ходу, який полягає в скороченні розмірів розрахункової області і переходу до 2D моделей. Реалізовано новий підхід визначення параметрів неробочого ходу трифазних трансформаторів з плоскими стрижневими магнітними системами на базі методів схемного і 3D моделювання, гармонійного аналізу і симетричних складових. Він характеризується високою ефективністю чисельної реалізації і точністю для перехідних процесів включення трифазного трансформатора без навантаження.Практична цінність. Запропоновані в роботі підходи та методики дозволяють скоротити витрати обчислювальних ресурсів більше, ніж в 2,8 раз, часових ресурсів більше, ніж в 250 разів, при середньозваженій нев’язці не більше 3,6% і підвищити точність розрахунку струмів неробочого ходу на 12-14% і втрат неробочого ходу на 9-11% в порівнянні з загально-відомими інженерними методиками проектування.Посилання
Tikhomirov, P. M. (1986). Raschet transformatorov. Moscow: Energoatomizdat, 528. (in Russian).
Kulkarni, S. V., Khaparde, S. A. (2004). Transformer Engineering, Design and Practice, New York: Marcel Dekker, 478. (in English).
Pridubkov, P. Y., Khomenko, I. V. (2010). About the charts of substitution of ideal transformer. Energy saving. Power engineering. Energy audit, 2, 55–61 (in Russian).
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: Power Engineering, 14, 4, 76–83. (in Russian).
Milyih, V. I., Polyakova N. V. (2013) An analysis of harmonic composition the AC magnetic field associated with a rotating rotor turbine generator, at idle speed and short circuit modes, Electrical Engineering And Power Engineering, 2. 5–12. DOI: 10.15588/1607-6761-2013-2-1.
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. (in Russian).
Leon, F., Semlyen, A. (1994). Complete Transformer Model for Electromagnetic Transients. IEEE Transactions on Power Delivery, 9, 1, 231-239. DOI: 10.1109/61.277694.
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.
Kislitsyn, A. L. (2001). Transformers. Ulyanovsk: UlSTU, 76. (in Russian).
Ostrenko, M., Tykhovod, S. (2016). Calculation of losses in elements of construction of power transformers and reactors by finite element method with surface impedance boundary conditions. Electrical Engineering And Power Engineering, 2, 33-42. DOI: 10.15588/1607-6761-2016-2-4. (in Russian).
Tikhovod, S. (2015). Calculation of transients in transformer on the basis of magneto electrical equivalent schemes with the use of tchebyshev’s polynomials. Electrical Engineering And Power Engineering, 2, 5-14. DOI: 10.15588/1607-6761-2015-2-1. (in Russian).
Tykhovod, S. (2015). Improvement of iterative methods of the nonlinear systems solution of state equations of magnetoelectric equivalent schemes. Electrical Engineering And Power Engineering, 1, 46-49. DOI: 10.15588/1607-6761-2015-1-8.
Yarymbash, S., Kylymnyk, I., & Yarymbash, D. (2010). Specific determination of equivalent circuit parameters in the furnace loop of the AC graphitizing furnace. Electrical Engineering And Power Engineering, 2, 36-43. DOI: 10.15588/1607-6761-2010-2-6.
Yarymbash, S., Kylymnyk, I., & Yarymbash, D. (2011). Features of electrothermal conditions of main bus packets of AC graphitizing furnace sections. Electrical Engineering And Power Engineering, 1, 64-69. DOI: 10.15588/1607-6761-2011-1-10.
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: 10.15588/1607-6761-2016-1-2 (in Russian).
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: 10.15588/1607-6761-2016-2-1. (in Russian).
Popov, G. V., Tikhonov, A. I., Klimov, D. V. (2007). The mathematical model of dynamic transformer working conditions on the basis of magnetic field calculations using finite element method. Vestnik IGEU, 3, 11-15. (in Russian).
Ketabi, A., Naseh, M. (2012). Single-phase transformer modeling for inrush currents simulation using differential evolution. European Transaction on Electrical Power, 22, 3, 402–411. DOI: 10.1002/etep.614.
Rashtchi, V., Rahimpour, E., Rezapour, E. M. (2011). Parameter identification of transformer detailed model based on chaos optimisation algorithm. IET Electric Power Applications, 5, 2, 238–246. DOI: 10.1049/ietepa.2010.0147.
Paikov, I. A., Tikhonov, А.I. (2015). Analysis of power transformer electromagnetic calculation models. Vestnik IGEU, 3, 38–43. (in Russian).
Jazebi, S., de León, F., Farazmand, A., Deswal, D. (2013). Dual Reversible Transformer Model for the Calculationof Low-Frequency Transients. IEEE Transactions on Power Delivery, 28, 4, 2509–2517. DOI: 10.1109/TPWRD.2013.2268857.
Yarymbash, D., Kotsur, M., Yarymbash, S., & Kotsur, I. (2017). Features of parameter determination of the induction motor substitution circuit for short-circuit mode. Electrical Engineering And Power Engineering, 1, 24–30. DOI: 10.15588/1607-6761-2017-1-4
Podol'tsev, A. D., Kontorovich, L. N. (2011). Numerical Simulation оf Electric Currents, Magnetic Field and Electrodynamic Forces in Power Transformer at Emergency Operation Using MATLAB/SIMULINK and COMSOL. Technical Electrodynamics, 6, 3–10. (in Russian).
Yarymbash, D. S. (2015). The research of electromagnetic and thermoelectric processes in the AC and DC graphitization furnaces. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 3, pp. 95–102 (in Russian).
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: 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: 10.15588/1607-6761-2016-2-5
Slavutskiy, A. (2015). Accounting the residual magnetization in the transformer for the modeling of transients. Vestnik Chuvashskogo universiteta, 1, 122-130. (in Russian).
Cundeva, S. (2008). A Transformer Model Based on the Jiles-Atherton Theory of Ferromagnetic Hysteresis. Serbian Journal of Electrical engineering, 5, 1, 21–30. DOI: 10.2298/SJEE0801021C
Wagner, B., Renhart, W., Magele, Ch. (2008). Error Evaluation of Surface Impedance Boundary Conditions With Magnetic Vector Potential Formulation on a Cylindrical Test Problem. IEEE Trans. on Magn, 44, 6, 734–737. DOI: 10.1109/TMAG.2007.915979
Ida, N., Lemenach, Y., Henneron, T. (2011). High Order Surface Impedance Boundary Conditions with the A- Formulation. FACTA UNIVERSITATIS, 24, 2, 147–155.
Leytes, L. V., Pintsov, A. M. (1974). Skhemy zameshcheniya mnogoobmotochnykh transformatorov, Moscow: Energiya, 192. (in Russian)
Leytes, L. V. (1981). Elektromagnitnyye raschoty transformatorov i reaktorov, Moscow: Energiya, 392 (in Russian)
Molotilov, B. V., Mironov, L. V., Petrenko, A. G., and et al. (1989). Cold-rolled electrical steel: Reference, ed., Moscow: Metallurgy, 167 (in Russian).
Tang, Qi, Guo, S., Wang, Z. (2015). Magnetic flux distribution in power transformer core with mitred joints. Journal of Applied Physics, 117, 17, 17D522-1–17D522-4. DOI: 10.1063/1.4919119.
Strac, L., Zarko, D. (2015). Determination of electromagnetic properties of steel for prediction of stray losses in power transformers. Turkish Journal of Electrical Engineering & Computer Sciences, 23, 1357–1371. DOI: 10.3906/elk-1301-31
Paoli, G., Biro, O., Buchgraber, G. (1998). Complex representation in nonlinear time harmonic eddy current problems. IEEE Trans. Magn., 34,5, 2625–2628. DOI: 10.1109/20.717607
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: 10.15588/1607-6761-2015-2-9.
##submission.downloads##
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2018 T.E. Divchuk, D.S. Yarymbash, S.T. Yarymbash, I.M. Kylymnyk, M.I. Kotsur, Y.S. Bezverkhnia
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.
