Технология построения имитационных моделей силовых трансформаторов с произвольной конструкцией активной части
А.И. Тихонов, А.А. Каржевин, А.В. Стулов, Д.М. Тихомиров, В.Е. Розин
Вестник ИГЭУ, 2023 г. выпуск 4, сс. 28—35
Скачать PDF
Состояние вопроса. Существующие имитационные модели силовых трансформаторов, функционирующие, например, в среде MATLAM Simulink SimPowerSystem, строятся на основе модели идеального трансформатора, что позволяет использовать данную модель в качестве автономного звена сложной электрической цепи. Главный недостаток таких моделей состоит в сложности учета при моделировании нетиповых исполнений магнитопровода и специальных схем соединения элементов обмотки. Особенно значительные проблемы возникают при моделировании специальных трансформаторов некоторых классов. В то же время традиционно при моделировании переходных режимов трансформаторов используется другой подход, основанный на использовании матриц индуктивностей, позволяющих учесть все особенности конструкции активной части трансформатора. К недостаткам данного подхода можно отнести необходимость описания в данной модели, помимо трансформатора, также и внешней электрической цепи. Поэтому актуальной является проблема разработки новой технологии построения имитационных моделей трансформаторов с произвольной конструкцией активной части, в которых выполняется требование автономности модели трансформатора от модели внешней цепи.
Материалы и методы. Использованы методы моделирования электрических и магнитных цепей, построенных на основе теории обыкновенных дифференциальных уравнений, а также метод имитационного моделирования с использованием пакета MatLab Simulink SimPowerSystems.
Результаты. Разработана технология построения имитационных моделей трансформаторов с произвольной конструкцией активной части, основанная на использовании типовых подсистем. Приведен алгоритм построения матрицы индуктивностей по основному магнитному полю трансформатора при имеющейся схеме замещения магнитной цепи. Приведена схема модели трехфазного трансформатора, построенная с использованием предлагаемой технологии, а также результаты сравнения кривых токов в первичных и вторичных обмотках трансформатора при включении его на холостой ход и активную нагрузку, полученные на существующей и новой моделях.
Выводы. Результаты работы могут быть использованы при проектировании общепромышленных и специальных трансформаторов в проектных организациях и в условиях производства. Особый эффект разработанная технология может дать при использовании ее на стадии НИОКР при исследовании режимов работы трансформаторов, в отношении которых на данном конкретном предприятии отсутствует опыт их проектирования и изготовления.
- Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в МАTLAB SimPowerSystems и Simulink. – М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2008. – 288 c.
- Фишлер Ф.Л., Урманов Р.Н., Пестряева Л.М. Трансформаторное оборудование для преобразовательных установок. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 320 с.
- Лейтес Л.В. Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов. – М.: Энергия, 1981. – 392 с.
- Лейтес Л.В., Пинцов А.М. Схемы замещения многообмоточных трансформаторов. – М.: Энергия, 1974. – 192 с.
- SimPowerSystems. For Use with Simulink. User’s Guide. The MathWorks [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://matlab4engineers.com/wp-content/uploads/2019/09/powersys.pdf
- Тихонов А.И., Стулов А.В., Каржевин А.А., Подобный А.В. Разработка нелинейной модели трехфазного трансформатора для исследования влияния несимметрии магнитной системы на работу устройства в произвольных режимах // Вестник ИГЭУ. – 2020. – Вып. 1. – С. 22–31.
- Снитько И.С., Тихонов А.И., Стулов А.В., Мизонов В.Е. Разработка модели переходных режимов с учетом взаимной индуктивности полей рассеяния для реализации цифрового двойника трансформатора // Вестник ИГЭУ. – 2021. – Вып. 4. – С. 47–56.
- Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил А.В., Страхов С.В. Основы теории цепей: учебник для вузов. – 4-е изд. перераб. – М.: Энергия, 1975. – 752 с.