Elektrotehnìka ta Elektroenergetika (Mar 2019)
ГАРМОНИЧЕСКИЙ СОСТАВ ТОКОВ ХОЛОСТОГО ХОДА СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА
Abstract
Цель работы. Целью работы является определение гармонического состава токов холостого хода силового трансформатора с применением пространственных полевых моделей, учитывающих конструктивное устройство активной части трансформатора, гистерезис нелинейных магнитных свойств электротехнической стали, электрическую асимметрию токов в фазных обмотках. Методы исследования. Исследования проводились с использованием методов гармонического анализа, теории магнитных полей, теории электрических цепей, теории силовых трансформаторов, методов конечных элементов, симметричных составляющих. Полученные результаты. На основе численной реализации 3D моделей магнитного поля в силовом трехфазном трансформаторе с соединением первичных обмоток по схеме «Y» определено гармонический состав фазных токов холостого хода. Применен усовершенствованный подход для повышения эффективности полевого моделирования исследовательского режима холостого хода путем задания условий симметрии магнитного поля на плоскости с осями стержней магнитной системы. Это позволило сократить объем 3D геометрической области в 2 раза и обеспечить пропорциональное уменьшение временных и вычислительных ресурсов, необходимых для числовой реализации математической модели методом конечных элементов. Определены особенности несинусоидальных изменений во времени мгновенных значений токов холостого хода и произведена оценка их неравномерного распределения по фазам трансформатора, который характеризуется увеличением действующих токов до 113,2%, 112,9% в фазах А и С и их уменьшением до 72,4% в фазе В. Показано, что амплитуда основной гармоники уменьшается для прямой последовательности фаз на 5,08% от амплитуды тока холостого хода трансформатора и увеличивается до 27,91% для обратной последовательности фаз. Установлено преобладающее влияние нечетных высших гармонических составляющих фазных токов ХХ, амплитуды которых составляют 24, 21% и 4% от амплитуды тока ХХ для его третьей, пятой и седьмой гармоники. Применение системы компенсирующих обмоток, которые присоединяются к регулировочным обмоткам в обратной последовательности фаз с фазовым сдвигом 120 градусов, позволяет сократить действующее значение тока ХХ обратной последовательности до 5%, приблизить действующее значение первой гармоники тока ХХ прямой последовательности фаз до 98% тока ХХ, а также уменьшить отклонение углов фазовых сдвигов по сравнению с симметричным режимом ХХ до 2%. Научна новизна. На основе теоретических и экспериментальных исследований определены преобладающее влияние третьих гармонических составляющих на несинусоидальность фазных токов холостого хода в первичных обмотках, соединенных в «Y». Применение дополнительных граничных условий симметрии обеспечивает существенное повышение эффективности числовой реализации благодаря двукратному сокращению объема 3D области моделирования силового трансформатора в режиме холостого хода. Для схемы соединения обмоток трансформатора «Y» без нулевого провода путем учета взаимосвязанных воздействий свойств гистерезиса и вихревых токов на удельные потери и мощность намагничивания, благодаря высокой точности описания взаимосвязей между индукцией и напряженностью магнитного поля в ферромагнитных средах определено и экспериментально подтверждено новые особенности гармонического состава токов холостого хода с преимуществом третьей гармоники. Практическая ценность. Предложенные в работе подходы и методики позволяют уменьшить токовую погрешность и относительную погрешность для потерь ХХ до 1,41% и 1,2% для 3D модели трехфазного силового трансформатора. Применение системы с компенсирующей обмоткой позволяет сократить в 2 - 2,5 раза амплитуды третьих гармонических составляющих фазовых токов ХХ и путем симметрирования токовой нагрузки фаз уменьшить амплитуды фазных токов ХХ и действующее значение тока ХХ на 15 - 20% и потери ХХ - на 14 - 16%.
Keywords
