Особливості моделювання електромагнітних процесів в електротехнічних системах із силовими трансформаторами

Abstract

UA: Метою статті є дослідження електромагнітних процесів в електротехнічній системі з силовим трансформатором на основі моделі трансформатора, складеної за оригінальним алгоритмом формування її топології і визначення її параметрів із метою покращення показників електропостачання від мережі і умов роботи самого силового трансформатора завдяки симетруванню режиму. Методологія статті базована на розгляді математичних залежностей між струмами, напругами та потужностями трансформаторів у типових режимах випробувань, для яких визначено паспортні дані. На основі аналізу цих залежностей обґрунтована та математично доведена проста формула, яка визначає коефіцієнт зв’язку первинної та вторинної обмоток трансформатора через відносні значення струму холостого ходу і напруги короткого замикання. У результаті застосування запропонованої формули для визначення коефіцієнта зв’язку котушок трансформатора розроблено алгоритм розрахунку параметрів моделі трансформатора. Ці розрахунки дають змогу звести визначення параметрів будь-яких моделей трансформаторів до комп’ютерних програм для моделювання електротехнічної системи з силовим трансформатором. Запропонована методика визначення параметрів моделей трансформаторів відрізняється від відомих методик, поданих у технічній літературі. Огляд статей і монографій із зазначеної проблеми показав відсутність подібних досліджень, які б призвели до отримання зазначеної формули. Це надає оригінальності запропонованому алгоритму визначення параметрів моделей трансформаторів. Запропоновані теоретичні положення дослідження перевірені на візуальних моделях у системі MATLAB. Проаналізовані електромагнітні процеси в системі з реальним потужним трансформатором для електропостачання залізниці змінного струму. Результати моделювання та порівняння запропонованого методу з класичним показали високу адекватність і точність моделей із параметрами, визначеними за новим методом. Це дає змогу застосувати запропоновану методику для практичних розрахунків зі складанням моделей електричних систем, які містять потужні трансформатори.

EN: Electrical systems with power transformers represent an important class of devices in electric power engineering and power electronics. Correct consideration of transformer parameters when studying electromagnetic processes in such electrical systems is an extremely important issue. Usually in engineering practice, a transformer is described by a number of parameters called passport data. However, when modeling processes in modern computer software packages, it is necessary to determine additional model parameters, which also de-pend on the equivalent power transformer circuit adopted in the modeling system. The task of obtaining such parameters is associated with the need to ensure the required accuracy and adequacy of the transformer model. The purpose of the article is to study electromagnetic processes in an electrical system with a power transformer based on a transformer model compiled according to the original algorithm for forming its topology and determining its parameters with the aim of improving the performance of power supply from the network and the operating conditions of the power transformer itself due to mode balancing. The methodology of the article is based on the consideration of mathematical dependencies between currents, voltages and powers of transformers in typical test modes, for which passport data are determined. Based on the analysis of these dependencies, a simple formula is justified and mathematically proven, which determines the coupling coefficient of the primary and secondary windings of the transformer through the relative values of the no-load current and short-circuit voltage. As a result of applying the proposed formula for determining the coupling coefficient of transformer coils, an algorithm for calculating the parameters of a transformer model has been developed. These calculations allow reducing the determination of the parameters of any transformer models to computer programs for modeling an electrical system with a power transformer. The proposed method for determining the parameters of transformer models differs from the known methods presented in the technical literature. A review of articles and monographs on the specified problem showed the absence of similar studies that would lead to obtaining the specified formula. This gives originality to the proposed algorithm for determining the parameters of transformer models. The proposed theoretical provisions of the study were tested on visual models in the MATLAB system. Electromagnetic processes in a system with a real powerful transformer for AC power supply of railways were analyzed. The results of modeling and comparison of the proposed method with the classical one showed high adequacy and accuracy of the models with the parameters determined by the new method. This makes it possible to apply the proposed method for practical calculations when compiling models of electrical systems containing powerful transformers.