Разработка и исследование динамической модели однофазного трансформатора с сердечником из аморфной стали
А.И. Тихонов, А.А. Каржевин, А.В. Подобный, Д.Е. Дрязгов
Вестник ИГЭУ, 2019 г. выпуск 2, сс. 43—51
Скачать PDF
Состояние вопроса: Использование аморфных ферромагнитных сплавов в трансформаторостроении позволяет снизить потери холостого хода в 4 и более раз. В то же время кривая намагничивания аморфной стали имеет форму, близкую к прямоугольной, что существенно искажает форму кривой тока холостого хода. При этом растут броски тока при включении насыщенного трансформатора. В периодической литературе отсутствуют публикации, посвященные этому вопросу. Целью данного исследования является разработка динамической модели и исследование динамики однофазного трансформатора с сердечником из аморфной стали (ТАС), работающего на произвольную внешнюю нагрузку.
Материалы и методы: Для расчета электрической цепи использован одношаговый метод на основе модифицированной формулы Розенброка 2-го порядка, для расчета параметров цепи – метод конечных элементов.
Результаты: Разработаны динамические модели однофазного трансформатора, реализованные средствами MatLab Simulink SimPowerSystem, основанные на использовании управляемых источников тока и ЭДС. Данные модели позволили учесть влияние на работу насыщенного трансформатора практически прямоугольной формы кривой намагничивания аморфной стали, из которой изготовлен сердечник. Установлено, что бросок тока при включении насыщенного трансформатора с сердечником из аморфной стали может в десятки раз превышать номинальный ток. Выявлено существенное искажение кривой тока на первых периодах даже при включении трансформатора на номинальную нагрузку.
Выводы: Разработанные модели могут быть использованы при исследовании работы трансформатора на произвольную схему нагрузки. Данные модели открыты для развития. Установлено существенное влияние на работу трансформатора с сердечником из аморфной стали формы кривой намагничивания аморфной стали.
1. Стародубцев Ю.Н., Белозеров В.Я. Магнитные свойства аморфных и нанокристаллических сплавов. – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2002. – 384 с.
2. Судзуки К., Фудзимори Х., Хасимото К. Аморфные металлы / под ред. Ц. Масумото; пер. с япон. – М.: Металлургия, 1987. – 328 с.
3. Eliasson A., Elvfing H., Ramanan V.R. Amorphous metal core material shows economic and environmental benefits when pre-existing transformers are to be replaced within vattenfall group´s distribution network // IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference Europe (ISGT Europe). – Gothenburg, Oct. 2010. URL: https://www.semanticscholar.org/paper/Amorphous-Metal-core-material-show...
4. Евдокунин Г., Дмитриев М. Трансформаторы в электрической сети. Моделирование переходных процессов с учетом конфигурации магнитной системы // Новости электротехники. – 2008. – № 5(53). – С. 2–7.
5. Компьютерное моделирование и экспериментальное исследование переходных процессов в однофазном трансформаторе напряжения / А.В. Кружаев, И.А. Елагин, М.А. Павлейно и др. // Журнал технической физики. – 2015. – Т. 85, вып. 2. – С. 31–38.
6. Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink. – М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2008. – 288 с.
7. Мартынов В.А., Голубев А.Н., Евдаков А.Е. Анализ динамических режимов работы трехфазных трехстержневых трансформаторов в пакете MATLAB // Вестник ИГЭУ. – 2016. – Вып. 4. – С. 11–18.
8. ELCUT: Моделирование электромагнитных, тепловых и упругих полей методом конечных элементов. Версия 6.3.1: руководство пользователя. – СПб.: ООО «Тор», 2018. – 483 с.
9. Шмелев А.С., Пайков И.А., Була-тов Л.Н. Методика организации численного исследования электротехнических устройств с использованием библиотеки конечно-элементного моделирования магнитного поля // Вестник ИГЭУ. – 2014. – № 1. – С. 55–61.
10. Разработка конструкции и методики проектирования высокочастотных трансформаторов с сердечником из аморфных сплавов / А.И. Тихонов, А.В. Стулов, И.В. Еремин, А.В. Плак-син // Вестник ИГЭУ. – 2018. – Вып. 6. – С. 57–65.