По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 621.313.001.63

Моделирование режимов работы трансформаторов с использованием понятия комплексной магнитной проницаемости

Мартынов В. А. д-р техн. наук, профессор, Ивановский государственный энергетический университет, г. Иваново
Снитько И. С. ст. преподаватель, кафедра ТОЭЭ, Ивановский государственный энергетический университет, г. Иваново

При анализе симметричных трехфазных цепей синусоидального тока уравнение связи между комплексными фазными напряжением и током в обмотках трансформатора представляется в виде закона Ома, при этом значение комплексного сопротивления всех фаз номинального режима можно определить по паспортным данным трансформатора. При нарушении симметрии напряжения и токи ветвей трансформатора будут связаны матричными уравнениями. При этом определение элементов матрицы комплексных сопротивлений ветвей трансформатора становится проблематичным и может быть произведено только с учетом параметров магнитной системы, что является актуальной темой для исследования. В основу исследований положен символический метод анализа разветвленных электрических и нелинейных магнитных цепей с использованием понятия комплексной магнитной проницаемости и матричных методов, основанных на полных трехфазных схемах замещения сетевых объектов.

Литература:

1. Крон Г. Тензорный анализ сетей: Пер. с англ. / Под ред. Л.Т. Кузина, П.Г. Кузнецова. – М.: Сов. радио, 1978. – 720 с.

2. Инкин А.И. Электромагнитные поля и параметры электрических машин. – Новосибирск: ЮКЗА, 2002. – 462 с.

3. Основы теории цепей: Учеб. для вузов / Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин, А.В. Нетушил, С.В. Страхов. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 528 с.

4. Мартынов В.А. Современные модели и методы расчета нелинейных электромеханических устройств // Иван. гос. энерг. ун-т. – Иваново, 2000. – 140 с.

5. Мартынов В.А., Голубев А.Н. Матричные методы анализа электрических и магнитных цепей: Учеб. пособие // ФГБОУВО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина. – Иваново, 2017. – 148 с.

6. Бравичев С.Н., Быковский В.В. Применение понятия комплексной магнитной проницаемости при расчетах магнитных полей электрических машин/ Вестник Оренбургского государственного университета. – 2004. – № 2. – С. 190–193.

7. Гусев А.С., Хрущев Ю.В., Гурин С.В., Свечкарев С.В., Плодичтый И.Л. Всережимный моделирующий комплекс реального времени электроэнергетических систем // Электричество. – 2009. – № 12.

8. Peng Xiao, D.C. Yu, Wei Yan. A unified three-phase transformer model for distribution load flow calculations // IEEE Transactions on Power Systems, 21(1): 153–159. March 2006.

9. Мартынов В.А., Голубев А.Н., Алейников А.В. Применение метода переменных состояния к анализу стационарных и динамических режимов нелинейных электромагнитных устройств // Вестник ИГЭУ. – 2015. – Вып. 4.

В насыщенных силовых трехфазных трансформаторах при синусоидальных источниках электрической энергии вследствие нелинейности кривых намагничивания сталей и явления гистерезиса токи и (или) потокосцепления ветвей в общем случае несинусоидальны. В большинстве случаев это искажение не слишком велико, поэтому при расчетах кривые часто заменяют эквивалентными синусоидами. Такой подход позволяет значительно упростить вычисления и дает достаточную точность при расчете статических характеристик трансформаторов.

Ниже рассматривается символический метод анализа разветвленных магнитных цепей силовых трансформаторов с синусоидальными токами и потокосцеплениями ветвей, позволяющий рассчитывать их статические характеристики с учетом дискретности и несимметрии структуры обмоток, насыщения магнитной цепи и потерь в стали на гистерезис и вихревые токи.

В силовом трехфазном трансформаторе можно выделить магнитную цепь, в которой при наличии МДС образуются магнитные потоки и вдоль которой замыкаются линии магнитной индукции. Магнитная цепь состоит из элементарных объемов, представляющих собой трубки магнитного потока, ограниченные линиями скалярного магнитного потенциала, с одной стороны, и силовыми линиями поля, с другой. Внутри элементарных объемов вектор индукции

и вектор напряженности

магнитного поля принимают усредненные значения. В общем случае магнитная цепь состоит из ферромагнитных тел, немагнитных областей, заполненных проводниками с током, и немагнитных областей без проводников. Источниками МДС являются проводники с токами и (или) постоянные магниты.

При переменных полях зависимость B(H) определяется динамической петлей, которая представляет собой нечто промежуточное между эллипсом и гистерезисной петлей. При этом форма B(H) меняется с изменением частоты, приближаясь при уменьшении частоты к петле гистерезиса, а при увеличении частоты – к эллипсу, вследствие развития вихревых токов [3].

Как показано в [2, 3], токи и потокосцепления ветвей трансформаторов, содержащих ферромагнитные сердечники, будут синусоидальными, если реальную динамическую петлю B(H) заменить эллипсом (рис. 1). При этом площадь эллипса, равная потерям энергии в единице объема ферромагнетика за один период перемагничивания, берется одинаковой с площадью истинной кривой B(H).

Для Цитирования:
Мартынов В. А., Снитько И. С., Моделирование режимов работы трансформаторов с использованием понятия комплексной магнитной проницаемости. Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. 2019;3.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: