Online Electric

При разработке системы автоматизированных испытаний силовых трансформаторов возникает необходимость проверки правильности предлагаемых технических решений на этапе проектирования. Использование для этих целей натурных экспериментов, проводимых на силовом оборудовании, приводит к увеличению сроков разработки и необоснованным затратам. Одним из способов решения задачи о проверке правильности выбора структуры, аппаратных средств и методики выполнения испытаний является применение методов математического моделирования. Одним из наиболее важных элементов математической модели системы испытаний является модель силового трансформатора [1,2].

Одной из задач является создание компьютерной модели для исследования электромагнитных процессов в силовом трансформаторе, получение с помощью этой модели гармонического состава напряжения при включении такого устройства в сеть. Для решения поставленной задачи в работе предложена и реализована математическая модель для расчёта переходных процессов в трёхфазном трансформаторе с короткозамкнутой вторичной обмоткой. Уравнения напряжений для обмоток трансформатора составляются на основе закона электромагнитной индукции относительно потокосцеплений обмоток, которые выражаются через соответствующие потоки. При моделировании переходных процессов в трёхфазных стержневых трансформаторах магнитные потоки нулевой последовательности замыкаются по воздуху, поэтому индуктивность для токов нулевой последовательности значительно меньше индуктивности для токов прямой последовательности. В этом случае к уравнениям электрического баланса обмоток необходимо добавить уравнения для магнитной цепи трансформатора, удовлетворяющие схеме замещения (рис. 1). На рисунке обозначено: F_A, F_B, F_C, F_a, F_b, F_c – намагничивающие силы соответствующих фаз обмоток высшего и низшего напряжения; R_μ1, R_μ2, R₃ магнитные сопротивления стержней фаз А, В, C, соответственно; Ф₀ – поток нулевой последовательности; R_∞, R₀ – магнитные сопротивления рассеяния и потоков нулевой последовательности, соответственно. Токи, протекающие по обмоткам, выражаются через соответствующие магнитодвижущие силы

Магнитные сопротивления R_∞ и R₀ определяются воздушными промежутками и считаются постоянными, не зависящими от величины потока

где l_c – высота окна магнитопровода; μ₀ – магнитная проницаемость среды; D_cp – средний диаметр обмоток; a_p – ширина приведённого канала рассеяния; l₀ – длина канала для потока нулевой последовательности; S_бок – площадь боковой поверхности ярма.

Магнитные сопротивления фаз R_μ1, R_μ2 и R_μ3 соответствуют сумме магнитных сопротивлений стержня, двух примыкающих воздушных зазоров и участков ярм. Для их определения рассчитано магнитное сопротивление R_μ от потока стержня Ф_с и построена зависимость Rμ=f(Фс), которая при расчётах на ЭВМ учитывается в виде аппроксимирующей функции.

Описанная математическая модель электромагнитных процессов в трансформаторе была реализована в системе моделирования электронных устройств OrCAD PSpice. Полученные результаты моделирования позволяют говорить о том, что разработанная модель адекватно отображает рассматриваемые процессы в силовом трансформаторе и соответствует поставленным целям.

Литература

1. Сериков А.В., Кузьмин В.М. Электромагнитные процессы в нагревательном элементе трансформаторного типа для систем теплоснабжения/Известия Томского политехнического университета. 2012. Т.320. №4, с. 46-52.

2. Тихомиров П.М. Расчёт трансформаторов. Издание пятое, переработанное и дополненное. М. Энергоатомиздат. 1986, 84 с.