ОСОБЕННОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ МЕТОДАМИ СХЕМНО-ПОЛЕВОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

T. E. Divchuk, D. K. Mimokhid, S. A. Kutilin, A. E. Kuznetsov, Yu. V. Gurazda, I. S. Syrykh

Аннотация


Цель работы. Разработка нового высокоэффективного подхода для определения параметров силового трансформатора в режимах холостого хода и короткого замыкания на основе схемно-полевого моделирования электромагнитных процессов, позволяющего учитывать особенности конструкции, влияние нелинейных свойств проводниковых и ферромагнитных материалов, обладающего высокой точностью, и простотой численной реализации.

Методы исследований. Математическое моделирование электромагнитных полей трехфазных трансформаторов с плоскими магнитными системами в режимах холостого хода и короткого замыкания методами теории электромагнитных полей, конечных элементов, теории электрических цепей; обобщение данных моделирования методами линейной и полиномиальной регрессии.

Основные результаты. Разработана схемно-полевая модель электромагнитных процессов в силовом трансформаторе для режимов холостого хода и короткого замыкания, позволяющая учитывать влияние особенностей конструкции активной части, нелинейность свойств проводниковых и магнитных материалов. Установлено, что в режиме холостого хода магнитный поток локализуется в стержнях магнитной системы, а в режиме короткого замыкания он вытесняется в области обмоток и главных каналов рассеяния. Особенности конструкции плоских трехфазных магнитных систем обуславливают неравномерное распределение магнитных потоков по стержням и ярмам при симметрии фазных токов намагничивания. Поэтому наибольшие индукции в режиме холостого хода характерны для стержня фазы В, а их действующие значения на 15…18% превышают аналогичные значения в стержнях фаз А и С. В режиме опытного короткого замыкания значения индукции на два порядка ниже по сравнению с режимом холостого хода, а ее распределение симметрично для всех фаз активной части трансформатора.

Разработана высокоэффективная методика определения параметров силового трансформатора в режимах холостого хода и короткого замыкания на основе схемно-полевого моделирования электромагнитных процессов. Апробация новой методики для трансформаторов второго и третьего габаритов показала простоту численной реализации и высокую точность, за счет учета особенностей конструкции и влияния нелинейных свойств проводниковых и ферромагнитных материалов. Благодаря данному подходу обеспечивается снижение погрешности при определении параметров холостого хода на 12–16% и короткого замыкания – на 5–8% по сравнению с общеизвестными методиками.

Разработана методика корректировки параметров для различных ступеней РПН с использованием уравнений линейной и параболической регрессии, обобщающих нормированные характеристики холостого хода и короткого замыкания для различных серий трансформаторов, которая существенно сокращает затраты времени на этапах конструкторской подготовки производства и значительно повышает точность расчета параметров холостого хода и короткого замыкания. Относительная погрешность методики коррекции параметров для режима холостого хода не превышает 2,82%, а для режима короткого замыкания – 0,7%.

Научная новизна. Разработан и реализован новый эффективный подход для определения параметров силового трансформатора в режимах холостого хода и короткого замыкания, на основе схемно-полевого моделирования электромагнитных процессов в силовом трансформаторе с последующей корректировкой методами линейной и полиномиальной регрессии нормированных характеристик холостого хода и короткого замыкания с учетом заданных положений РПН. Он обладает высокой точностью и эффективностью, простотой численной реализации, позволяет учитывать влияние конструктивных параметров, нелинейность электрофизических и магнитных свойств материалов и может применяться для трансформаторов различных серий.

Практическая значимость. Применение предложенного подхода для определения параметров трансформатора на основе методов схемно-полевого моделирования и нормирования позволяет снизить погрешность расчета параметров холостого хода и короткого замыкания на 12–16% и 5–8%, соответственно, по сравнению с общеизвестными методиками.

Ключевые слова


схема замещения; математическая модель; электромагнитные процессы; метод конечных элементов; параметры; сопротивление; холостой ход; короткое замыкание; силовой трансформатор

Полный текст:

PDF

Литература


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.


Пристатейная библиография ГОСТ


1. Тихомиров П. М. Расчет трансформаторов [Текст] / П. М. Тихомиров. М.: Энергоатомиздат, 1986, 528 с.

2. Marcel Dekker. Transformer Engineering. Design and Practice / Marcel Dekker, S.V. Kulkarni and S.A. Khaparde. Indian Institute of Technology, Bombay (Mumbai), India. 2004.

3. ГончарукА.И. Расчётиконструированиетрансформаторов [Текст] / А.И. Гончарук. М.: Энергоатомиздат, 1990. 256 с.

4. Придубков П. Я. Математичне моделювання електромагнітних процесів ідеального трансформатора [Текст] / П. Я. Придубков, І. В. Хоменко // Энергосбережение. Энергетика. Эноргоаудит. Харьков. №2. 2010. С. 55 – 61.

5. Рогинская, Л. Э. Имитационное моделирование и экспериментальное исследование трехфазного трансформатора с витыми ленточными плоскими и пространственными магнитопроводами [Текст] / Л. Э. Рогинская, Д. В. Гусаков // Вестник ЮУрГУ. Серия Энергетика.- 2014.- Т. 14. № 4.- С. 76-83.

6. Новаш И. В. Расчет параметров модели трехфазного трансформатора из библиотекиmatlab-simulink с учетом насыщения магнитопровода [Текст] / И. В. Новаш Ю. В. Румянцев // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведенийиэнерг. объединенийСНГ. 2015. №1. С. 12 – 24.

7. Leon F. Transformer Model for Electromagnetic Transients / F. Leon, A. Seemly // IEEE Transactions on Power Delivery. 1994. Вып. 9, №. 1, С. 231-239

8. Majumder R. Transient Analysis of Single Phase Transformer Using State Model / R. Majumder, S. Ghosh, R. Mukherjee // International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology. 2016. Вып. 5, № 3, С. 3300 – 3306. DOI:10.15680/IJIRSET.2016.0503107

9. Ананичева С. С. Схемы замещения и установившиеся режимы электрических сетей: учебное пособие [Текст] / С. С. Ананичева, А. Л. Мызин; 6-е изд., испр. Екатеринбург: УрФУ. 2012. 80 с.

10. Jazebi S. Dual Reversible Transformer Model for the Calculation of Low-Frequency Transients / S. Jazebi, F. de León, A. Farazmand and D. Deswal // IEEE Transactions on Power Delivery. 2013. Вып. 28, № 4, С. 2509 – 2517. DOI: 10.1109/TPWRD.2013.2268857

11. Яримбаш Д. С.Особливості розподілу магнітних потоків у режимі неробочого ходу силових трансформаторів [Текст] / Д. С. Яримбаш, С. Т. Яримбаш, Т. Є. Дівчук, І. М. Килимник // Електротехніка та електроенергетика. 2016. № 2 С. 5 – 12.doi:http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2016-2-1

12. Ярымбаш Д.С. Исследование электромагнитных и термоэлектрических процессов в печах графитации переменного и постоянного тока [Текст] / Д.С. Ярымбаш, // Науковий вісник НГУ – 2015. – №3. – С.95–102.

13. Yarymbash D.S. On specific features of modeling electromagnetic field in the connection area of side busbar packages to graphitization furnace current leads / D.S.Yarymbash, A.M. Oleinikov // Russian Electrical Engineering, 2015, Vol.86, Issue 2, pp. 86 – 92. DOI: http://dx.doi.org/10.3103/S1068371215020121.

14. Ярымбаш Д.С. Особенности трехмерного моделирования электромагнитных полей асинхронного двигателя[Текст] / Д. С. Ярымбаш, М. И. Коцур, С. Т. Ярымбаш, И. М. Коцур // Электротехника и электроэнергетика, 2016, № 2, С. 43-50. doi:http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2016-2-5.

15. Кислицин А.Л. Трансформаторы. Ульяновск: УлГТУ, 2001. - 76 s

16. Яримбаш Д.С. Особливості визначення параметрів короткого замикання силових трансформаторів засобами польового моделювання [Текст] / Д. С. Яримбаш, С. Т. Яримбаш, Т. Є. Дівчук, І. М. Килимник // Електротехніка та електроенергетика. 2016. №1, С.12-17.doi: http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2016-1-2

17. Ярымбаш Д. С. Идентификация электрических параметров печной петли мощных печей графитации [Текст] / Д. С. Ярымбаш // Электротехника и электромеханика. 2012. № 1. С. 49 – 54.

18. Ярымбаш Д. С. Динамическая адаптация схемных моделей короткой сети [Текст] / Д. С. Ярымбаш, И. М. Килимник, С. Т. Ярымбаш // Электротехника и электроэнергетика. 2015. № 2. С. 65 – 70. doi:http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2015-2-9.

19. Андриенко П.Д. Моделирование электромагнитных и тепловых процессов при индукционном нагреве мундштука пресса [Текст] / П.Д. Андриенко, Д.С. Ярымбаш // Разработка рудных месторождений. – Кривой Рог, 2008. – Вып. 92. – С. 163 – 167.

20. Ярымбаш Д. С. Идентификация электрических параметров шихтованных шинных пакетов мощных коротких сетей / Д. С. Ярымбаш, С. Т. Ярымбаш, И. М. Килимник // Электротехника и электроэнергетика. 2012. № 2. С. 55 – 61. doi: http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2012-2-10

21. Ярымбаш Д.С. Численно-полевой анализ электромагнитных и электротепловых процессов в шинных пакетах печей графитации [Текст] / Д. С. Яримбаш // Ползуновский вестник. – Барнаул, 2013. – №4-2. – С. 216 – 222

22. Бурдин В.В. Физика: Учеб. пособие. Часть II. Основы электромагнетизма [Текст] / Под общ. ред. профессора А.И. Цаплина; Перм. гос. техн. ун-т.– Пермь, 2007. – 188 с




DOI: https://doi.org/10.15588/1607-6761-2017-1-8

Метрики статей

Загрузка метрик ...

Metrics powered by PLOS ALM

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Copyright (c) 2017 T. E. Divchuk, D. K. Mimokhid, S. A. Kutilin, A. E. Kuznetsov, Yu. V. Gurazda, I. S. Syrykh

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