Описание

Модель показывает, что две идентичных схемы с трехфазным трансформатором оценили 225 кВА, 2400 V/600V, 60 Гц, соединенных с 1 MVA, 2 400-вольтовой сетью степени. Активная нагрузка на 45 кВт (20% степени номинала трансформатора) соединяется на 600-вольтовой стороне. Каждая фаза трансформатора состоит из двух обмоток оба соединенные в Уае с основанным нейтральным.

Трансформаторы в схеме 1 и схеме 2 использования две различных модели:

1) Схема 1 использование физическая модель, где базовая геометрия и характеристика B-H железа, используемого, чтобы создать ядро, являются основными параметрами, используемыми для моделирования магнитных свойств трансформатора.

2) Схема 2 использования блок Three-Phase Transformer Inductance Matrix Type (Two Windings) для моделирования линейной части модели. Насыщение моделируется в подсистеме "Насыщения" тремя однофазными насыщаемыми трансформаторами, соединенными на первичной стороне линейной модели трансформатора.

Для того, чтобы минимизировать количество железа, ядро трансформатора использует конструкцию базового типа. Вопреки трехфазному трансформатору, созданному с тремя независимыми модулями, связываются три фазы трансформатора базового типа. Из-за этих связей реактивные сопротивления трансформатора в положительном - и нулевая последовательность очень отличаются. Когда эти три напряжения, примененные на первичную сторону, сбалансированы, (напряжение положительной последовательности), потоки, настроенные в каждой конечности, также сбалансированы, и они остаются захваченными в магнитном сердечнике. Однако, когда источник напряжения или загрузка являются несбалансированными, напряжение нулевой последовательности добавляется к положительному - и отрицательные напряжения последовательностей. Это напряжение нулевой последовательности производит три компонента потока в фазе в каждой конечности, приводящей к компоненту потока нулевой последовательности, который должен циркулировать вне железного ядра через воздух и бак трансформатора или преобразование регистра. Из-за высокого нежелания (низкая проницаемость) обратного пути потока через воздух, нулевая последовательность текущее возбуждение без загрузок намного выше, чем в положительной последовательности. Для этой конкретной модели текущее возбуждение нулевой последовательности превышает 3 раза номинальный ток (344%), по сравнению с только 2,2% в положительной последовательности. Текущее возбуждение, никакая загрузка активные потери и импеданс короткой схемы R+j*X (где сопротивление R=winding, реактивное сопротивление X=leakage) было измерено для физической модели схемы 1. Результаты показывают в приведенной ниже таблице.

                               positive-sequence     zero-sequence
                               ------------------  -------------------
  No-load excitation current
  (% of nominal current)       2.28 %               353 %

  No load active power losses
  (winding losses + iron losses)
  (% of nominal power)         2.0 %                14.0 %

  Short-circuit impedance
  R+jX (pu)                    0.02 + j*0.10 pu     0.0168 + j*0.0914 pu

Примечание: можно проверить эти значения при помощи блока "Sequence Measurements", обеспеченного в модели. Задайте или "Положительную" или "Нулевую" последовательность в меню блока. Чтобы выполнить измерения без загрузок, необходимо отключить загрузку и использовать бесконечный источник напряжения (исходный исключенный импеданс), или в положительной последовательности или в нулевой последовательности. Для того, чтобы применяться, напряжение нулевой последовательности соединяют все три терминала блока измерения B1 к тому же самому терминал источника. Кроме того, для того, чтобы инициализировать потоки в нулевой последовательности, задайте следующий вектор из Напряжений для инициализации потока в меню блока:

[VmagA VmagB VmagC (pu) VangleA VangleB VangleC (deg)] =[ 1 1 1  0 0 0]

Схематическую из базовой геометрии, заданной в физической модели, показывают ниже.

           L2        L2
       ===================
       ||       ||       ||
       ||       ||       ||
       A        B        C   L1
       ||       ||       ||
       ||       ||       ||
       ====================

   L1 = average height of the three limbs bearing the windings (2 windings per limb) = 53 inches
   L2 = average length of the core yokes interconnecting the limbs = 21 inches
A1=A2 = cross section of the limbs and yokes = 45.48 square inches
Number of turns of high-voltage windings (2400/sqrt(3)= 1386 V) = 128
Number of turns of low-voltage  windings (600/sqrt(3) = 346.4 V)= 32

Посмотрите под маской трансформатора схемы 1, чтобы видеть, как модели электрической и магнитной схемы созданы. Электрическая часть реализована шестью управляемыми текущими источниками (один источник на обмотку). Эти текущие источники управляются магнитодвижущей силой, разработанной каждой обмоткой. "Базовая" подсистема использует электрическую/магнитную аналогию, чтобы реализовать магнитную схему, которая состоит из 7 стальных элементов и 7 воздушных элементов, представляющих утечки потока для каждой из шести обмоток и обратного пути нулевой последовательности потока.

Три фигуры ниже показа соответственно:

1) Железная характеристика B-H

ans = 

  Figure (1) with properties:

      Number: 1
        Name: ''
       Color: [0.9400 0.9400 0.9400]
    Position: [1 1 786 551]
       Units: 'pixels'

  Use GET to show all properties

2) Характеристики насыщения для этих трех фаз (текут в pu как функция пикового намагничивания, текущего в pu), когда трансформатор взволнован в положительной последовательности (3 сбалансированных напряжения). Эти характеристики насыщения, полученные в положительной последовательности, используются в трех однофазных насыщаемых трансформаторах к насыщению модели трансформатора базового типа.

ans = 

  Figure (2) with properties:

      Number: 2
        Name: ''
       Color: [0.9400 0.9400 0.9400]
    Position: [105 495 560 420]
       Units: 'pixels'

  Use GET to show all properties

Используя характеристики насыщения положительной последовательности, чтобы смоделировать базовое насыщение дает приемлемые результаты даже при наличии напряжений нулевой последовательности. Это вызвано тем, что магнитная схема, используемая для проведения потока нулевой последовательности, в основном линейна из-за его большого воздушного зазора. Большие токи нулевой последовательности, требуемые намагнитить высокий воздушный путь к нежеланию, учтены в линейной модели. Поэтому соединение насыщаемого трансформатора вне линейной модели с тремя конечностями с текущей потоком характеристикой, полученной в положительной последовательности, произведет токи, требуемые для намагничивания железного ядра.

3) Формы волны токов возбуждения, когда 1,5 pu напряжения применяются на 2 400-вольтовых терминалах.

ans = 

  Figure (3) with properties:

      Number: 3
        Name: ''
       Color: [0.9400 0.9400 0.9400]
    Position: [674 501 560 414]
       Units: 'pixels'

  Use GET to show all properties

Заметьте на рисунке 2, что из-за базовой асимметрии намагничивание, текущее из фазы B, ниже, чем ток, полученный для фазы A и фазы C. Смотрите, например, на рисунке 3 токи возбуждения, полученные с 1,5 pu напряжениями.

Симуляция

Для того, чтобы к акценту важность правильного представления параметров нулевой последовательности трансформатора, эффективность переходного процесса Матричного трансформатора Типа Индуктивности схемы 2 сравнивается с физической моделью схемы 1, когда однофазное к замыканию на землю применяется на фазу A. Отказ с шестью циклами применен на 2 400-вольтовых терминалах в t=0.05 секунду и очищен в t=0.15 секунду.

Перед стартовой симуляцией откройте меню блока Three-Phase Transformer Inductance Matrix Type. Проверяйте, что "Базовый тип" параметр установлен в "Ядро с пятью конечностями или С тремя конечностями". Теперь выберите вкладку "Parameters" и проверяйте, что положительные - и параметры нулевой последовательности установлены согласно таблице, данной в разделе Circuit Description.

1. Сравнение эффективности переходного процесса трансформатора, действующего в линейной области

Запустите симуляцию. Наблюдайте относительно Scope1 и Scope2 соответственно для схемы 1 и схемы 2 следующие формы волны на 2 400-вольтовых терминалах: трехфазные напряжения, трехфазные токи, трехфазные потоки.

Когда отказ применяется, эти три тока, текущие в 2 400-вольтовых обмотках, увеличиваются со своего значения устойчивого состояния (0.20 pu) к 1 pu и содержат в основном компонент нулевой последовательности (3 компонента в фазе). Во время отказа поток DC захватывается в фазе A, близко к ее значению в приложении отказа (~-1 pu), тогда как синусоидальные потоки в фазах B и C не превышают 1.3 pu, Поэтому трансформатор действует в основном в линейной области (см. рисунок 2). Напряжение и формы тока обеих моделей выдерживают сравнение хорошо, указывая, что Матричный трансформатор Типа Индуктивности точно представляет линейную часть трансформатора базового типа.

2. Сравнение эффективности переходного процесса с влажным трансформатором

При очистке отказа смещение потока производится на фазе A, ведущем трансформаторе в насыщение. Поток в фазе A достигает 1.5 pu, приводящих к строго не линейному току в фазе A. Сравнение фазы токи все еще приемлемы несмотря на то, что большие пиковые значения наблюдаются с трансформатором схемы 2. Причина состоит в том, что три насыщаемых трансформатора, моделируя насыщение в положительной последовательности соединяются на извилистых терминалах вместо того, чтобы быть соединенными близко к ядру позади реактивных сопротивлений утечки и сопротивления обмотки.

3. Симуляция трансформатора базового типа с тремя однофазными трансформаторами

Вы будете теперь наблюдать удар симуляции трансформатора базового типа при помощи трех однофазных трансформаторов. Откройте меню блока Three-Phase Transformer Inductance Matrix Type и измените "Базовый тип" параметр в "Три однофазных ядра".

Перезапустите симуляцию и сравните формы волны этих двух схем. Заметьте, что во время отказа токи трансформатора схемы 2 остаются неизменными для фаз B и C тогда как текущий в фазе падения, чтобы обнулить. Этот тест ясно показывает, что симуляция трансформатора базового типа Yg/Yg с тремя однофазными модулями недопустима. Причина состоит в том, что в случае трех однофазных модулей параметры положительной последовательности приняты, чтобы быть параметрами равной нулю последовательности, и низкое реактивное сопротивление шунта нулевой последовательности, замеченное по входным терминалам трансформатора, больше не существует.

Однако, если бы обмотка 600 В была бы соединена в Delta, результаты симуляции все еще были бы приемлемы с тремя однофазными модулями, потому что связь дельты теперь позволит циркуляцию текущей нулевой последовательности. Чтобы проверять эффект использования связи Delta для обмотки 600 В, измените Обмотку 2 связей Трехфазного Матричного Типа Индуктивности Трансформатора к "Delta D1". В трансформаторе схемы 1 необходимо вручную повторно подключить вторичное устройство в Delta и, в ее меню блока, изменить напряжение фазы Обмотки 2 от 600/sqrt (3) - 600 В. Перезапустите симуляцию и проверяйте, что формы волны выдерживают сравнение хорошо для обеих схем.

Таким образом, использование трех однофазных трансформаторов параметрами положительной последовательности, чтобы симулировать трансформатор базового типа приемлемо, только если одна из обмоток использует связь Delta.