Аналіз струмів ввімкнення ненавантаженного трансформатору методами схемно-польового моделювання

Автор(и)

  • Dmytro Yarymbash Запорізький національний технічний університет вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063, Україна https://orcid.org/0000-0003-2324-9303
  • Serhiy Yarymbash Запорізький національний технічний університет вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063, Україна https://orcid.org/0000-0003-4661-7076
  • Mykhailo Kotsur Запорізький національний технічний університет вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063, Україна https://orcid.org/0000-0002-0072-5437
  • Tetyana Divchuk Запорізький національний технічний університет вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063, Україна https://orcid.org/0000-0002-9947-8527

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.134248

Ключові слова:

схемно-польова модель, трифазний трансформатор, неробочий хід, ударні струми намагнічування

Анотація

Проведено теоретичні дослідження перехідних процесів при випробуваннях силових трансформаторів в режимі неробочого ходу. Розроблено схемно-польову модель електромагнітних процесів на основі тривимірної динамічної моделі магнітного поля силового трифазного трансформатора в режимі неробочого ходу.

Для методу скінченних елементів застосовано поділ області польового моделювання на розрахункові зони із умовами симетрії магнітного поля для вертикальних і горизонтальних перерізів. Число кінцевих елементів і час комп’ютерних обчислень скорочено у чотири рази без втрати точності результатів.

Встановлено, що у контурі з'єднаних у "трикутник" обмоток виникає перехідний зрівняльний струм, який затухає в перший період часу включення. Кратність цього струму може досягати 60–70  % від кратності ударного струму включення.

Розроблено співвідношення апроксимації перехідних фазних струмів, які представлені аперіодичними, періодичними складовими і рядами з базисними функціями Гауса для фазних струмових нев’язок між схемно-польовою і схемною моделями.

Запропоновано і реалізовано вдосконалений підхід для розрахунку ударних струмів включення на основі паспортних даних неробочого ходу трансформатора та коефіцієнта ударного струму, що характеризується високою ефективністю чисельної реалізації і точністю.

Для визначення функціональної залежності коефіцієнту кратності ударного струму включення від вхідних опорів застосовано метод перебору спеціальних функцій. Розрахунок коефіцієнтів апроксимації здійснено на основі методу найменших квадратів. Це дозволило суттєво понизити рівень похибки розрахунку коефіцієнта кратності ударного струму включення за паспортними даними трансформатора і випробувального обладнання до 2,1 %.

Використання 3D моделювання забезпечує зниження похибки розрахунків ударних струмів неробочого ходу до 2,4  % за спрощеною методикою із використанням паспортних даних трансформатору

Біографії авторів

Dmytro Yarymbash, Запорізький національний технічний університет вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра електричних машин

Serhiy Yarymbash, Запорізький національний технічний університет вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електричних машин

Mykhailo Kotsur, Запорізький національний технічний університет вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063

Кандидат технических наук, доцент

Кафедра електричних і електронних апаратів

Tetyana Divchuk, Запорізький національний технічний університет вул. Жуковського, 64, м. Запоріжжя, Україна, 69063

Старший викладач

Кафедра електричних машин

Посилання

  1. C57.12.90-2006 – IEEE Standard Test Code for Liquid-Immersed Distribution, Power, and Regulating Transformers. doi: 10.1109/ieeestd.2006.320496
  2. Lurie, A. I. (2008). Protsess vklyucheniya silovogo transformatora na kholostoy khod i korotkoye zamykaniye. Elektrotekhnika, 2, 2–18.
  3. Lazarev, N. S., Shulga, R. N., Shulga, A. R. (2010). Toki vklyucheniya silovykh transformatorov. Elektrotekhnika, 11, 11–17.
  4. Biki, M. A. (2013). Proyektirovaniye silovykh transformatorov. Raschet osnovnykh parametrov. Moscow: Znak, 612.
  5. Gopika, R., Deepa, S. (2017). Study on Power Transformer Inrush Current. IOSR Journal of Electrical and Electronics Engineering, 2, 59–63.
  6. Zhu, Y., Wang, Q., Bo, Z., Ma, X., Zhao, Y., Zhang, M. (2016). Simulation study of power transformer inrush current and internal fault. 2016 China International Conference on Electricity Distribution (CICED). doi: 10.1109/ciced.2016.7576049
  7. Vanti, M. G., Bertoli, S. L., Cabral, S. H. L., Gerent, A. G., Kuo, P. P. (2008). Semianalytic Solution for a Simple Model of Inrush Currents in Transformers. IEEE Transactions on Magnetics, 44 (6), 1270–1273. doi: 10.1109/tmag.2007.916245
  8. Cazacu, E., Ionita, V., Petrescu, L. (2013). Transformer inrush current predetermination for distorted waveform voltage supply. Revue Roumaine des Sciences Techniques – Serie Electrotechnique et Energetique, 58 (3), 242–251.
  9. Novash, V. I., Tomkevich, A. P. (2005). Magnetizing current inrush in three phase power transformers during incomplete phase switching. Energetika. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations, 4, 5–12.
  10. Vahidi, B., Tavakoli, M. R. B., Gharehpetian, G. B., Hosseinian, S. H. (2006). An Algorithm for Evaluating Inrush Current in Transformers Using Jiles-Atherton Theory of Ferromagnetic Hysteresis. TENCON 2006 – 2006 IEEE Region 10 Conference. doi: 10.1109/tencon.2006.343701
  11. Lindberg, E. (1981). ANP3 & NAP2 – A package for circuit and systems simulation. Proceedings of the 2’nd International Conference on Engineering Software. London, 686–700.
  12. Novash, I. V., Rumiantsev, Y. V. (2015). Three-phase transformer parameters calculation considering the core saturation for the matlab-simulink transformer model. Energetika. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations, 1, 12–24.
  13. Kotsur, M., Yarymbash, D., Bezverkhnia, I. K. Y., Bezverkhnia, D. A. Y., Andrienko, D. (2018). Speed synchronization methods of the energy-efficient electric drive system for induction motors. 2018 14th International Conference on Advanced Trends in Radioelecrtronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET). doi: 10.1109/tcset.2018.8336208
  14. Kotsur, M., Kotsur, I., Bezverkhnia, Y., Andrienko, D. (2017). Increasing of thermal reliability of a regulated induction motor in non-standard cycle time conditions. 2017 International Conference on Modern Electrical and Energy Systems (MEES). doi: 10.1109/mees.2017.8248960
  15. Schiop, A., Popescu, V. (2007). Pspice simulation of power electronics circuit and induction motor drives. Revue Roumaine des Sciences Techniques – Serie Electrotechnique et Energetique, 52 (1), 33–42.
  16. Heinemann, R. (2005). PSPICE. Modelirovaniye raboty elektronnykh skhem. Moscow: DMK, 336.
  17. Jamali, M., Mirzaie, M., Asghar-Gholamian, S. (2011). Calculation and Analysis of Transformer Inrush Current Based on Parameters of Transformer and Operating Conditions. Electronics and Electrical Engineering, 109 (3). doi: 10.5755/j01.eee.109.3.162
  18. Singh, A. K., Patel, S. (2015). Mitigation of Inrush Current For Single Phase Transformer by Control Switching Method. International Journal of Electronics, Electrical and Computational System, 4, 146–150.
  19. Taghikhani, M. A., Sheikholeslami, A., Taghikhani, Z. (2015). Harmonic Modeling of Inrush Current in Core Type Power Transformers Using Hartley Transform. IJEEE, 11 (2), 174–183. Available at: http://ijeee.iust.ac.ir/browse.php?a_id=741&sid=1&slc_lang=fa
  20. Chiesa, N., Mork, B. A., Høidalen, H. K. (2010). Transformer Model for Inrush Current Calculations: Simulations, Measurements and Sensitivity Analysis. IEEE Transactions on Power Delivery, 25 (4), 2599–2608. doi: 10.1109/tpwrd.2010.2045518
  21. Khederzadeh, M. (2010). Mitigation of the impact of transformer inrush current on voltage sag by TCSC. Electric Power Systems Research, 80 (9), 1049–1055. doi: 10.1016/j.epsr.2010.01.011
  22. Tykhovod, S. M. (2014). Transients modeling in transformers on the basis of magnetoelectric equivalent circuits. Electrical Engineering and Power Engineering, 2, 59–68. doi: 10.15588/1607-6761-2014-2-8
  23. Podoltsev, A. D., Kontorovich, L. N. (2011). Chislenniy raschet elektricheskih tokov, magnitnogo polya i elektrodinamicheskih sil v silovom transformatore v avariynyh rezhimah s ispol'zovaniem Matlab/Simulink i Comsol. Tehnichna elektrodinamіka, 6, 3–10.
  24. Yarymbash, D. S., Oleinikov, A. M. (2015). On specific features of modeling electromagnetic field in the connection area of side busbar packages to graphitization furnace current leads. Russian Electrical Engineering, 86 (2), 86–92. doi: 10.3103/s1068371215020121
  25. Yarymbash, D. S. (2015). The research of electromagnetic and thermoelectric processes in the AC and DC graphitization furnaces. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 3, 95–102.
  26. Kotsur, M., Yarymbash, D., Yarymbash, S., Kotsur, I. (2017). A new approach of the induction motor parameters determination in short-circuit mode by 3D electromagnetic field simulation. 2017 IEEE International Young Scientists Forum on Applied Physics and Engineering (YSF). doi: 10.1109/ysf.2017.8126620
  27. Yarymbash, D., Kotsur, M., Subbotin, S., Oliinyk, A. (2017). A new simulation approach of the electromagnetic fields in electrical machines. 2017 International Conference on Information and Digital Technologies (IDT). doi: 10.1109/dt.2017.8024332
  28. Yarymbash, D. S., Yarymbash, S. T., Kotsur, M. I., Litvinov, D. O. (2018). Computer simulation of electromagnetic field with application the frequency adaptation method. Radio Electronics, Computer Science, Control, 1, 65–74. doi: 10.15588/1607-3274-2018-1-8
  29. Yarymbash, D., Yarymbash, S., Kylymnyk, I., Divchuk, T., Litvinov, D. (2017). Features of defining three-phase transformer no-load parameters by 3D modeling methods. 2017 International Conference on Modern Electrical and Energy Systems (MEES). doi: 10.1109/mees.2017.8248870
  30. Yarymbash, D., Kotsur, M., Yarymbash, S., Kylymnyk, I., Divchuk, T. (2018). An application of scheme and field models for simulation of electromagnetic processes of power transformers. 2018 14th International Conference on Advanced Trends in Radioelecrtronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET). doi: 10.1109/tcset.2018.8336209
  31. Leytes, L. V. (1981). Elektromagnitnye raschety trasnfomatorov i reaktorov. Moscow: Energiya, 365.
  32. Bessonov, L. A. (2003). Teoreticheskie osnovy elektrotekhniki. Moscow: Vysshaya shkola, 317.
  33. Korn, G. A., Korn, T. M. (2000). Mathematical Handbook for Scientists and Engineers: Definitions, Theorems, and Formulas for Reference and Review. New York: Dover Publications, 1151.
  34. Virchenko, N. O., Liashko, I. I. (1996). Hrafiky elementarnykh ta spetsialnykh funktsiy. Kyiv: Naukova dumka, 582.
  35. Kotsur, M. I., Andrienko, P. D., Kotsur, I. M., Bliznyakov, O. V. (2017). Converter for frequency-current slip-power recovery scheme. Scientific Bulletin of National Mining University, 4, 49–54.

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-06-19

Як цитувати

Yarymbash, D., Yarymbash, S., Kotsur, M., & Divchuk, T. (2018). Аналіз струмів ввімкнення ненавантаженного трансформатору методами схемно-польового моделювання. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(5 (93), 6–11. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.134248

Номер

Том 3 № 5 (93) (2018): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Dmytro Yarymbash, Serhiy Yarymbash, Mykhailo Kotsur, Tetyana Divchuk

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.