Электронный научный журнал
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ТРЕХФАЗНОГО ДВУХОБМОТОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА ПРИ ТРЕХФАЗНОМ КОРОТКОМ ЗАМЫКАНИИ

Абазоков И.А. 1 Белойванов М.С. 1 Притоманов В.В. 1
1 Института сферы обслуживания и предпринимательства (филиал) ДГТУ
Рассмотрены вопросы создания однофазной модели двухобмоточного трансформатора в математическом пакете Simulink. Предложена модель для расчета и исследования динамических режимов трехфазного двухобмоточного трансформатора. На примере распределительного трансформатора ТМ-1000/10 10/0,4кВ проведены расчеты тока короткого замыкания в первой и во второй обмотках трансформатора и анализ установившихся несимметричных режимов, возникающих при коротком замыкании. Проведен анализ результатов моделирования и сравнение результатов моделирования с параметрами реально существующей модели трансформатора. Исследование несимметричных режимов работы трехфазных трансформаторов целесообразно осуществлять с помощью компьютерного моделирования с использованием мощных современных программных средств, таких как Matlab со встроенным пакетом визуального моделирования Simulink. Существенно большие возможности по расчету систем электроснабжения предоставляют многочисленные блоки трехфазных трансформаторов.
трехфазное короткое замыкание
моделирование
трансформатор
1. Курбатов, Е А. MATLAB 7. Самоучитель. – М: : Издательский дом "Вильямс", 2006
2. Черных, И В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink. – M: ДМК Пресс; Питер, 2008.
3. Дьяконов, В. П. и Пеньков, А. А. MATLAB и Simulink в электроэнергетике. Справочник. – М: Горячая линия-Телеком, 2009.
4. Валюкевич Ю.А., Алепко А.В., Дубовсков В.В., Яковенко Д.М. Анализ влияния конструктивных параметров манипулятора с параллельной структурой на точность позиционирования схвата опубликована в журнале "Фундаментальные исследования" № 11 (часть 4) 2016, стр. 687-690.
5. Валюкевич Ю.А., Алепко А.В., Дубовсков В.В., Яковенко Д.М. Определение параметров движения схвата параллельного манипулятора с гибкими звеньями под действием на груз внешней возмущающей силы "Фундаментальные исследования" № 2 (часть 1) 2016, стр. 28-32.

Статья 1

Исследование несимметричных режимов работы трехфазных трансформаторов целесообразно осуществлять с помощью компьютерного моделирования с использованием мощных современных программных средств, таких как Matlab со встроенным пакетом визуального моделирования Simulink. Существенно большие возможности по расчету систем электроснабжения предоставляют многочисленные блоки трехфазных трансформаторов.

В качестве объекта моделирования принят трансформатор ТМ-1000, мощностью 1000кВА.

Трансформаторы ТМ-1000 изготавливаются с естественным масляным охлаждением в корпусе с расширительным бачком. Выбор данной модели трансформатора обусловлен широким распространением и повсеместным использованием его в бытовых электрических сетях [5].

Основные технические характеристики трансформатора приведены в таблице 1:

Таблица 1. - Основные технические характеристики трансформатора


где:

S2Н — номинальная мощность трансформатора,

U1H- номинальное высшее напряжение,

U2H- номинальное низшее напряжение,

Ниже приведены результаты расчётов внешней характеристики трансформатора TM-1000/10 при подключении к нему активно-индуктивной нагрузки с и тока короткого замыкания в первой и во второй обмотках трансформатора ТМ-1000/10, воспользовавшись блоком Linear Transformer пакета моделирования Matlab Simulink

Параметры обмоток трансформатора и намагничивающей ветви с учетом следующих допущений: параметры первой обмотки и приведенные параметры второй обмотки приняты равными; при подсчете номинального тока исключено влияние намагничивающего тока; на холостом ходу ЭДС и напряжение первой обмотки приняты равными друг другу [4].

С учетом принятых допущений и на основании данных, представленных в таблице 1, находим активные сопротивления и индуктивности рассеяния обмоток трансформатора, а также параметры намагничивающей ветви:

 - номинальный фазный ток первичной обмотки;

- полное сопротивление короткого замыкания;

- активная составляющая полного сопротивления короткого замыкания;

 – активное сопротивление первой обмотки и приведенное активное сопротивление второй;

 – активное сопротивление второй обмотки, здесь k = 10/0,4=25 коэффициент трансформации;

– реактивное сопротивление короткого замыкания;

 – индуктивность рассеяния первой обмотки и приведенная индуктивность рассеяния второй обмотки;

 – индуктивность рассеяния второй обмотки;

 - активное сопротивление параллельной ветви намагничивающего контура схемы замещения, потери в которой равны потерям холостого хода (магнитным потерям);

- активная составляющая тока холостого хода;

 – ток холостого хода;

 – реактивная (намагничивающая) составляющая тока холостого хода;

 - взаимная индуктивность обмоток.

На следующем этапе проведено моделирование рассчитанных параметров трансформатора в модели, построенной в Simulink [1],[2].

В соответствие с выкладками и расчетами, принята модель, представленная на рисунке 1.

Рисунок 1 – Модель фазы трансформатора

Время расчета задано равным 0.12 с. Во вкладке Simulation - Model Configuration Parameters вносены изменения по решателю и относительной точности согласно рисунку 2.

Рисунок 2 – Конфигурационные параметры «решателя»

В блоке Step установлен параметр Step time равное 0.02 с. Поскольку рассматривается одна фаза трехфазного трансформатора, то в окно параметров источника переменного напряжения необходимо ввести амплитудное значение фазного напряжения

, и частоту 50 Гц.

В окне параметров блока сопротивлений выбран тип ветви R и в окно Resistance (Ohms) установлен параметр inf, что означает бесконечность. Последнее необходимо для моделирования установившегося режима холостого хода.

Результаты моделирования представлены на дисплеях рисунке 3.

Рисунок 3 – Установившийся режим холостого хода

В верхнем правом углу на Display P_1, Q_1, S_1 показаны значения мощностей.

Потери не отличаются от паспортных значений, а токи холостого хода достаточно близки к паспортным (Display I_1 в верхнем левом углу). Следует отметить значительную реактивную мощность, потребляемую трансформатором в режиме холостого хода (16,9 кВАр). В блоке Display P_1, Q_1, S_1 установлен формат long.

 Для проведения опыта короткого замыкания необходимо изменить сопротивление нагрузки на  Ом, Step time на 0.02 с, напряжение источника уменьшено до напряжения короткого замыкания, т.е. до , а относительную точность установлена .

Рисунок 4 – Опыт короткого замыкания

Результаты расчета, представленные в дисплеях на рисунке 4, показывают, что потери короткого замыкания совпали с паспортными данными, а токи обмоток также достаточно близки паспортным значениям, это свидетельствует о хорошей сходимости.

Следует отметить, что в модели имеется возможность рассчитать токи и напряжения в установившийся режим работы, не прибегая к решению дифференциальной системы уравнений, а используя алгебраические уравнения. Для этого двойным щелчком мышки по блоку Continuous необходимо вызывать программу powergui. Изменяя параметры схемы, например, замыкая вторичную обмотку, и можно получить результаты, представленные на рисунке 5.

Рисунок 5 – Токи и напряжения в установившемся режиме работы

Расчет переходного процесса короткого замыкания осуществим при неблагоприятной фазе . Введем это значение фазового сдвига в окно параметров источника переменного напряжения, преобразовав радианы в градусы. На рисунке 6 представлены кривые переходного процесса во вторичной обмотке трансформатора. Следует отметить, что и кривая тока в первичной обмотке качественно имеет такой же вид, как и во вторичной обмотке (рисунок 7).

Рисунок 6 – Кривые переходного процесса во вторичной обмотке трансформатора

Рисунок 7 – Кривые переходного процесса в первичной обмотке трансформатора

В результате моделирования опыта короткого замыкания и холостого хода одной обмотки трансформатора были получены следующие результаты:

Потери короткого замыкания – 12 кВт (паспортные 10,8 кВт)

Потери холостого хода – 1,901 кВт (паспортные 1,6 кВт)

Приведенные в статье примеры моделей и полученные результаты моделирования демонстрируют большие возможности математического моделирования при анализе переходных процессов в трансформаторах напряжения и позволяют сократить время проектирования и затраты на разработку прототипов трансформаторов.


Библиографическая ссылка

Абазоков И.А., Белойванов М.С., Притоманов В.В. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ТРЕХФАЗНОГО ДВУХОБМОТОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА ПРИ ТРЕХФАЗНОМ КОРОТКОМ ЗАМЫКАНИИ // Международный студенческий научный вестник. – 2017. – № 3.;
URL: http://eduherald.ru/ru/article/view?id=17220 (дата обращения: 25.10.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074