РАСЧЕТ ПОТЕРЬ В ЭЛЕМЕНТАХ КОНСТРУКЦИИ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ И РЕАКТОРОВ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С ГРАНИЧНЫМИ УСЛОВИЯМИ ИМПЕДАНСНОГО ТИПА

M. V. Ostrenko, S. М. Tykhovod

Аннотация


Цель работы. Данная статья предлагает обоснованную математическую модель, основанную на приложении метода конечных элементов (МКЭ), которое позволяет более эффективно моделировать вихревые токи и потери, вызванные полями рассеяния, в баке силовых трансформаторов и реакторов и элементах их конструкций.

Методы исследований. Основываясь на допущениях равенства нулю нормальных составляющих напряженностей магнитного и электрического полей в ферромагнитном полупространстве, данная математическая модель вводит поверхностную плотность вихревого тока в уравнения МКЭ.

Основные результаты. Сделан вывод, что предложенная математическая модель позволяет более эффективно рассчитывать вихревые токи и потери, вызванные полями рассеяния, в баке силовых трансформаторов и реакторов и элементах их конструкций. При этом достигается существенное уменьшение результирующей системы уравнений (в десятки раз), что приводит к значительному сокращению времени расчета и компьютерных ресурсов без потери в точности.

Научная новизна. Новизной предложенной математической модели является форма, удобная для программной реализации известных граничных условий импедансного типа, описывающих распределение электромагнитного поля в баке и элементах конструкции, причем эти элементы представляются как ферромагнитное проводящее полупространство.

Практическая значимость. Примеры расчета однофазного автотрансформатора 167МВА 345кВ 161кВ в программном комплексе ELMAG-3D, созданном на основе описанного метода и в программном комплексе ANSYS с использованием классического подхода solid моделирования трансформатора, показывают применимость и достаточную точность описанного метода в контексте задач расчета потерь в баке и элементах конструкции силовых трансформаторов.


Ключевые слова


метод конечных элементов; поверхностная плотность вихревого тока; потери в силовых трансформаторах

Полный текст:

PDF

Литература


Иванков В. Ф. Электротепловые расчетные модели элементов конструкции трансформаторного оборудования / Иванков В. Ф., Басова А. В., Шульга Н. В.// Електротехніка та електроенергетика. – 2014 .– № 2.– С. 41–53.

Kurt P. Thermal-Electromagnetic Coupling in the FiniteElement Simulation of Power Transformers. / Preis Kurt // IEEE Trans. on Magn.– 2006. – vol. 42, No. 4.– Р. 999–1002.

Guйrin C. 3D Eddy Current Losses Calculation in Transformer Tanks Using the Finite Element Method / Christophe Guйrin, Gerard Tanneau, Gerard Meunier // IEEE Trans. on Magn.- 1993.– vol. 29, No. 2.– Р. 1419–1422.

Ostrenko M. V. Power transformers and reactors stray losses and temperatures calculation using coupled IEM and FEM technique / Maxym V. Ostrenko, Olexandr L. Tarchutkin, Bogdan Y. Andriienko // Computational Technologies in Electrical and Electronics Engineering (SIBIRCON).– 2010. – IEEE Region 8 International Conference, p. 717–721.

Яримбаш Д. С. Особливості визначення параметрів короткого замикання силових трансформаторів засобами польового моделювання. / Д. С. Яримбаш, С. Т. Яримбаш, Т. Є. Дівчук, І. М. Килимник // Електротехніка та електроенергетика. – 2016. – № 1. – С. 12–17.

ANSYS software. – [Электронный ресурс] . – режим доступа: http://www.ansys.com

Григорьев А. Д. Методы вычислительной электродинамики / А. Д. Григорьев.– М.: Физматлит, 2012. – 432 с.

Ostrenko M. V. Power Transformers and Reactors Structure Losses and Temperatures Calculation Using Surface Impedance Boundary Conditions / Maxym Ostrenko, Bogdan Andriienko, Sergei Tikhovod and Denys Prychynenko // 1-st IEEE Conference Advances in Magnetics AIM.- 2016.- Р.14-16.

Susnjic L. 3D finite-element determination of stray losses in power transformer / L. Susnjic, Z. Haznadar and Z. Valkovic // Electric Power System Research 78.– 2008.– Р.1814–1818.

Wagner B. Error Evaluation of Surface Impedance Boundary Conditions With Magnetic Vector Potential Formulation on a Cylindrical Test Problem / Bernhard Wagner, Werner Renhart and Christian Magele // IEEE Trans. on Magn.– 2008.– vol. 44, No. 6.– Р. 734–737.

Aymard N. An Improved Modified Surface Impedance for Transverse Electric Problems / N. Aymard, M. Feliachi // IEEE Trans. on Magn.– 1997. vol. 33, No. 2.– Р. 1267–1270.

Ida N. High Order Surface Impedance Boundary Conditions with the A- Formulation / Nathan Ida, Yvonnic Lemenach and Thomas Henneron // FACTA UNIVERSITATIS, Ser.: Elec. Energ. – 2011.– vol. 24 no. 2 .– Р. 147–155.

Бердник С. Л. Использование концепции поверхностного импеданса в задачах электродинамики (75 лет спустя) / С. Л. Бердник // Радиофизика и астрономия .– 2014.– Т.19, №1.– С. 57–80.

Бессонов Л. А Теоретические основы электротехники: Электромагнитное поле, Учебник для студентов вузов. – 7-е изд., перераб. и доп. / Л. А. Бессонов .– М.: Высш. школа.– 1978. – 231с.

Kuczmann M. Nodal and Edge Finite Element Analysis of Eddy Current Field Problems / Miklos Kuczmann // PRZEGLAD ELEKTROTECHNICZNY.- 2008 .– Р. 194–197.

Zienkiewicz O. C. The finite element method. Fifth edition. / Zienkiewicz O. C, Taylor R. L. // Volume 1: The Basis. «Butterworth-Heinemann». – Oxford. – 2000 .

Левин В. И. Методы математической физики. Учебное пособие для физико-математических факультетов педагогических институтов / В. И. Левин. – М. : Высш. школа. – 1956. – 243 с.

Андрієнко Б. Ю. Комп’ютерна програма «Програма розрахунку тривимірного магнітного поля, вихрових струмів, втрат та температур у силових трансформаторах та реакторах ELMAG-3D» СВІДОЦТВО про реєстрацію авторського права на твір № 41639 / Б. Ю Андрієнко, О. Л. Тарчуткін, М. В. Остренко. – Державна служба інтелектуальної власності України, – 2012.


Пристатейная библиография ГОСТ






DOI: https://doi.org/10.15588/1607-6761-2016-2-4

Метрики статей

Загрузка метрик ...

Metrics powered by PLOS ALM

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Copyright (c) 2017 M. V. Ostrenko, S. М. Tykhovod

Creative Commons License
Эта работа лицензирована Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Адрес редакции журнала:
Редакция журнала «E&E», Запорожский национальный технический университет, 
ул. Жуковского, 64, г. Запорожье, 69063, Украина. 
Телефон: 0 (61) 769-82-96 – редакционно-издательский отдел
E-mail: rvv@zntu.edu.ua