ГАРМОНІЙНИЙ СКЛАД СТРУМІВ НЕРОБОЧОГО ХОДУ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРУ
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6761-2019-1-4Ключові слова:
польова модель, трифазний трансформатор, неробочий хід, магнітне поле, метод кінцевих елементів, гармонійний аналіз, несинусоїдні і несиметричні струмиАнотація
Мета роботи. Метою роботи є визначення гармонійного складу струмів неробочого ходу силового трансформатора із застосуванням просторових польових моделей, що враховують конструктивну будову активної частини трансформатора, гістерезис нелінійних магнітних властивостей електротехнічної сталі, електричну асиметрію струмів у фазних обмотках.
Методи дослідження. Дослідження проводилися з використанням методів гармонійного аналізу, теорії магнітних полів, теорії електричних ланцюгів, теорії силових трансформаторів, методів скінченних елементів, симетричних складових.
Отримані результати. На основі чисельної реалізації 3D моделей магнітного поля у силовому трифазному трансформаторі із з’єднанням первинних обмоток за схемою «Y» визначено гармонійний склад фазних струмів неробочого ходу. Застосовано удосконалений підхід для підвищення ефективності польового моделювання дослідного режиму неробочого ходу шляхом завдання умов симетрії магнітного поля на площині з осями стрижнів магнітної системи. Це дозволило скоротити об’єм 3D геометричної області у 2 рази та забезпечити пропорційне зменшення часових і обчислювальних ресурсів, необхідних для числової реалізації математичної моделі методом скінчених елементів. Визначено особливості несинусоїдних змін у часі миттєвих значень струмів неробочого ходу та зроблено оцінку їх нерівномірного розподілу по фазах трансформатору, який характеризується збільшенням діючих струмів до 113,2%, 112,9% у фазах А і С та їх зменшенням до 72,4% у фазі В. Показано, що амплітуда основної гармоніки зменшується для прямої послідовності фаз на 5,08% від амплітуди струму неробочого ходу трансформатора і збільшується до 27,91% для зворотної послідовності фаз. Встановлено переважний вплив непарних вищих гармонійних складових фазних струмів НХ, амплітуди яких складають 24, 21% і 4% від амплітуди струму НХ для його третьої, п’ятої і сьомої гармоніки. Застосування системи компенсуючих обмоток, що приєднуються до регулювальних обмоток у зворотній послідовності фаз із фазовим зсувом 120 градусів дозволяє скороти діюче значення струму НХ зворотної послідовності до 5%, наблизити діюче значення першої гармоніки струму НХ прямої послідовності фаз до 98% струму НХ, а також зменшити відхилення кутів фазових зсувів у порівнянні із симетричним режимом НХ до 2%.
Наукова новизна. На основі теоретичних і експериментальних досліджень визначено переважний вплив третіх гармонійних складових на несинусоїдність фазних струмів неробочого ходу у первинних обмотках, що з’єднані у «Y». Застосування додаткових граничних умов симетрії забезпечує істотне підвищення ефективності числової реалізації завдяки двократному скороченню об’єму 3D області моделювання силового трансформатора у режимі неробочого ходу. Для схеми з’єднання обмоток трансформатора «Y» без нульового проводу шляхом врахування сполучених впливів властивостей гістерезису і вихрових струмів на питомі втрати і потужність намагнічування, завдяки високій точності опису взаємозв’язків між індукцією та напруженістю магнітного поля у феромагнітних середовищах визначено і експериментально підтверджено нові особливості гармонійного складу струмів неробочого ходу із перевагою третьої гармоніки.
Практична цінність. Запропоновані в роботі підходи та методики дозволяють зменшити струмову похибку і відносну похибку для втрат НХ до 1,41% і 1,2% для 3D моделі трифазного силового трансформатора. Застосування системи КО дозволяє скоротити у 2 – 2,5 рази амплітуди третіх гармонійних складових фазових струмів НХ і шляхом симетрування струмового навантаження фаз зменшити амплітуди фазних струмів НХ і діюче значення струму НХ на 15 – 20 % та втрати НХ – на 14 – 16%.
Посилання
[1] Kulkarni, S. (2004). Transformer Engineering: Design and Practice. New York: Marcel Dekker, 478.
[2] Biki, MA (2013). Design of power transformers. Calculation of the main parameters. M.:Znak, 612.
[3] Novash, V., Rumyantsev, Y. (2015). Calculation of the parameters of the model of a three-phase transformer from the matlab-simulink library taking into account the saturation of the magnetic. Energy. Proceedings of higher educational institutions and energy associations of the CIS, 1, 12–24.
[4] Schiop, A., Popescu, V. (2007). Pspice simulation of power electronics circuit and induction motor drives Revue Roumaine des Sciences Techniques. Serie Electrotechnique and Energetique, 52, 1, 33–42.
[5] Lurye, A. (2008). The process of switching power transfrmator to idle and short circuit. Electrical Engineering, 2, 2, 18.
[6] Leites, L. (1981). Electromagnetic Calculations of Transformers and Reactors. M: Energy, 365.
[7] Tikhomirov, P. (1986). Calculation of transformers. M.: Energoatomizdat, 528.
[8] Jamali, M., Mirzaie, M., Asghar-Gholamian, S. (2011). Calculation and Analysis of Transformer Inrush Current Based on Parameters of Transformer and Operating. Elektronika and Elektrotechnika, 109, 3, 17–20. DOI: 10.5755/j01.eee.109.3.162.
[9] Fedorov, V. (2018). A criterion for determining the number of harmonics of Fourier series approximating voltages and currents of a transformer. Omsk Scientific Herald, 5 (161), 82–89. DOI: 10.25206/1813-8225-2018-161-82-89.
[10] Singh, A., Patel, S. (2015). Mitigation of Inrush Current For Single Phase Transformer by Control Switching Method. International Journal of Electronics, Electrical and Computational System, 4, 146–150.
[11] Taghikhani, M., Sheikholeslami, A., Taghikhani, Z. (2015). Harmonic Modeling of Inrush Current in Core Type Power Transformers Using Hartley Transform. IJEEE, 11, 2, 174–183 URL: http://ijeee.iust.ac.ir/article-1-741-en.pdf.
[12] Chiesa, N. B., Mork, A., Hoidalen, H. K. (2010).Transformer Model for Inrush Current Calculations: Simulations, Measurements and Sensitivity. IEEE Transactions on Power Delivery, 25, 4, 2599–2608. DOI: 10.1109/TPWRD.2010.2045518.
[13] Khederzadeh, M. (2010). Mitigation of the impact of transformer inrush current on voltage sag by TCSC. Electric Power Systems Research, 80, 9, 1049–1055. DOI: https://doi.org/10.1016/j.epsr.2010.01.011" target="_blank">10.1016/j.epsr.2010.01.011.
[14] Tihovod, S. (2014). Simulation of transients in transformers based on magnet-electric equivalent circuits. Electrical engineering and power engineering, 2, 59–68.DOI: 10.15588/1607-6761-2014-2-8.
[15] Lazarev, N. S., Shulga R.N., Shulga A.R. (2010). Current inclusion power transformers. Electrical Engineering, 11, 1–17.
[16] 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.
[17] Yarymbash, D. S., Yarymbash, S. T., Kotsur, M. I., Litvinov, D. O. (2018). Computer simulation of electromagnetic field with application the frequency adaptation method. Radio Electronics, Computer Science, Control, 1, 65 – 74. DOI: 10.15588/1607-3274-2018-1-8.
[18] Yarymbash, D. (2014). Influence of the electrodes blanks location on the electric heating power distribution in the acheson furnaces core. Electrical Engineering And Power Engineering, 1, 5-11. doi:http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2014-1-1
[19] 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.
[20] 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:http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2017-1-4.
[21] Ostrenko, M.V., Tihovod, S.M., (2016). Calculation of losses in the design elements of power transformers and reactors using the finite element method with impedance type boundary conditions. Electrical Engineering and Electric Power Engineering, 2, 33–42. DOI: 10.15588 / 1607-6761-2016-2-4
[22] Paikov, I. A., Tikhonov, A. I. (2015). Analysis of models for electromagnetic calculation of power transformers. Vestnik ISEU, 3, 38–43.
[23] Podoltsev, A. D., Kontorovich, L.N. (2011). Numerical calculation of electric currents, magnetic field and electrodynamic forces in a power transformer in emergency conditions using MATLAB / SIMULINK and COMSOL. Tekhnichna elektrodinamika, 6, 3–10.
[24] Divchuk, T., Yarymbash, D., Yarymbash, S., Kylymnyk, I., Kotsur, M., Bezverkhnia, Y. (2018). Approach to determination of no load current of three-phase power transformers with plane rods magnetic systems. Electrical Engineering And Power Engineering, 2, 56-66. DOI: 10.15588/1607-6761-2017-2-6.
[25] Yarymbash, D., Kotsur, M., Yarymbash, S., Kylymnyk, I., Divchuk, T. (2018). An Application of Scheme and Field Models for Simulation of Electromagnetic Processes of Power Transformers. 14th International Conference: Advanced Trends in Radioelecrtronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET), February 20-24, Lviv–Slavske, Ukraine, 308–313. DOI: 10.1109/TCSET.2018.8336209.
[26] Cundeva, S. A. (2008). Transformer Model Based on the Jiles-Atherton Theory of Ferromagnetic Hysteresis. Serbian Journal of Electrical engineering, 5, 1, 21–30. DOI: 10.2298/SJEE0801021C.
[27] Bastos, J. P., Sadowski, A. N. (2003). Electromagnetic Modeling by Finite Element Methods. Boca Raton: CRC Press, 510. ISBN 9780203911174. DOI: 10.1201/9780203911174
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2019 T.E. Divchuk, D.S. Yarymbash, M.I. Kotsur, S.T. Yarymbash
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.
