Источник: http://online.rae.ru/pdf/193
Электрический трансформатор является важным и неотъемлемым элементом в современных электрических цепях и электрическом оборудовании. Без него невозможно обеспечить функционирование множества значимых в современном мире объектов (подъёмных кранов, водных судов, бытовых сетей и т.д.).
Таким образом, построение адекватной математической модели электрического трансформатора является одной из важных проблем и задач в современной электротехнике.
Большинство существующих математических моделей электрических трансформаторов основаны на преобразовании лишь токовых характеристик без учёта влияния магнитных полей обмоток друг на друга и их насыщения. Однако, магнитные свойства материала подлежат особенному изучению и учёту при моделировании проходящих в трансформаторах процессов.
Данная работы выполнялась в процессе прохождения стажировки ДААД по совместной немецко-российской программе "Михаил Ломоносов" в Институте Электроэнергетических систем и автоматизации Технического университета Гамбурга (Германия).
Целью данной работы являлось построение адекватной модели процесса насыщения пусковым током электрического трёхфазного трансформатора с использованием теории магнетизма и петлей гистерезиса ферромагнетиков.
Сравнение полученных результатов с результатами моделирования без использования петлей гистерезиса и с результатами эксперимента позволило сделать заключение об адекватности построенной модели трансформатора и об успешности проделанной работы.
Моделирование проводилось в среде Dymola 6.1 с применением пакета Madelia 2.2.2 и с использованием специализированной библиотеки MagneticLibrary, применяемой для исследования влияния магнитных полей и процессов магнетизма в электротехнических объектах.
Данная среда моделирования позволяет без труда составлять модели различных объектов, изменять их параметры, выводить полученные результаты на графики и использовать интегрированный язык программирования.
В основу моделирования положены созданные модели трансформаторов из библиотеки "Matthias Tirtgen Transformers Library" из "Grobe Studienarbeit Simulation des Einschaltens eines Dreischenkeltransformators" [5].
В результате проделанной работы была создана математическая модель процесса насыщения обмоток трансформатора пусковым током. Эффективность и адекватность построенной модели доказана в результате симулирования 3-х фазного понижающего трансформатора и сравнения вычисленных данных с экспериментально измеренными.
После первого всплеска процесс затухания характеристики тока проходит достаточно быстро по экспоненциальному закону, в отличие от характеристики тока, полученной в результате вычисления по кривой намагничивания (эллипс и 2 прямые).
В итоге можно заключить, что построенная модель насыщения обмоток трансформатора по петлям гистерезиса наиболее адекватна и наиболее точно описывает электромагнитные характеристики трансформатора в течение первых 0.5 секунд после подключения напряжения питания.
С помощью построенной модели 3–х фазного трансформатора в среде Dymola Modelica возможно проведение исследований процессов насыщения трансформаторов пусковым током, электромагнитных характеристик трансформаторов про различных параметрах и начальных условиях.
Модель трансформатора может быть встроена в другие более сложные модели и использована при разработке и проектировании сложных электромеханических систем.