Комутаційні процеси у трифазних трансформаторах з трипровідною системою живлення

Розглядаються комутаційні процеси у трифазних трансформаторах з різними конфігураціями з’єднання обмоток при відсутності в їхній системі живлення нульового проводу. Проведено візуальне моделювання процесів засобами програмного пакету MATLAB. Запропоновано систему управління комутацією, що дозволяє у...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Технічна електродинаміка
Datum:	2013
1. Verfasser:	Халіков, В.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainisch
Veröffentlicht:	Інститут електродинаміки НАН України 2013
Schlagworte:	Перетворення параметрів електричної енергії
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/62350
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Комутаційні процеси у трифазних трансформаторах з трипровідною системою живлення / В.А. Халіков // Технічна електродинаміка. — 2013. — № 4. — С. 42–49. — Бібліогр.: 8 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860243328033882112
author	Халіков, В.А.
author_facet	Халіков, В.А.
citation_txt	Комутаційні процеси у трифазних трансформаторах з трипровідною системою живлення / В.А. Халіков // Технічна електродинаміка. — 2013. — № 4. — С. 42–49. — Бібліогр.: 8 назв. — укр.
collection	DSpace DC
container_title	Технічна електродинаміка
description	Розглядаються комутаційні процеси у трифазних трансформаторах з різними конфігураціями з’єднання обмоток при відсутності в їхній системі живлення нульового проводу. Проведено візуальне моделювання процесів засобами програмного пакету MATLAB. Запропоновано систему управління комутацією, що дозволяє уникнути ефекту насичення магнітопроводу трансформатора та пов’язаних із цим негативних проявів. Рассматриваются коммутационные процессы в трехфазных трансформаторах с различными конфигурациями соединения обмоток при отсутствии в их системе питания нулевого провода. Проведено визуальное моделирование процессов средствами программного пакета MATLAB. Предложена система управления коммутацией, которая позволяет избежать эффекта насыщения магнитопровода трансформатора и связанных с этим негативных проявлений. Considered switching processes in the three-phase transformers with various configurations of winding connections in the absence of the power supply system of the neutral conductor. Visual simulation of transient processes is done with MATLAB and proposes measures to minimize the duration of the processes of. Means of visual simulation shows the dependence of decay processes residual magnetic flux in three-phase transformers, depending on the connection scheme. Attention is drawn to that disabling the transformer thyristor switcher accompanied by saturation of its magnetic circuit. Inertial nature of the magnetic flux decline is an obstacle to the next, fast time, connect the transformer to the mains. Patching, a system of three-phase transformer is not expected to reduce the magnetic flux to zero and not allowing inrush current in its windings. Presented a visual model of the proposed switching system and describes in detail the principle of its work.
first_indexed	2025-12-07T18:32:37Z
format	Article
fulltext	42 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2013. № 4 УДК 621.314.214 КОМУТАЦІЙНІ ПРОЦЕСИ У ТРИФАЗНИХ ТРАНСФОРМАТОРАХ З ТРИПРОВІДНОЮ СИСТЕМОЮ ЖИВЛЕННЯ В.А.Халіков, канд.техн.наук Інститут електродинаміки НАН України, пр. Перемоги, 56, Київ-57, 03680, Україна. еmail: xva@nm.ru Розглядаються комутаційні процеси у трифазних трансформаторах з різними конфігураціями з’єднання об- моток при відсутності в їхній системі живлення нульового проводу. Проведено візуальне моделювання процесів засобами програмного пакету MATLAB. Запропоновано систему управління комутацією, що дозволяє уникнути ефекту насичення магнітопроводу трансформатора та пов’язаних із цим негативних проявів. Бібл. 5, рис. 12. Ключові слова: трансформатор, комутація, перехідний процес, моделювання. Комутація трифазних трансформаторів (ТФТ) завжди була проблемною задачею і вона, як правило, асоціюється з екстремальними процесами в обмотках трансформатора у вигляді згасаючих сплесків вхідного струму. Вони спричиняються насиченням магнітопроводу в комутаційному про- міжку часу [1,7,8]. Це змушує розробляти алгоритми включення ТФТ, спрямовані на недопущення або пом’якшення такого роду струмових ексцесів. Розроблені алгоритми комутації [2] дають змогу уникнути згаданих проявів, проте розраховані на те, що у всіх трьох стрижнях осердя трансформато- ра на момент його наступного включення наявне нульове значення магнітного потоку, тобто магніто- провід знаходиться у стані повної розмагніченості. Проте при асинхронному відключенні ТФТ у біль- шості випадків хоча б один із стрижнів магнітопроводу все ж буде знаходитися у стані, близькому до насичення, а інші матимуть на цей момент проміжні, тобто в деякій мірі менші початкові значення за- лишкового магнітного потоку Фз. Експоненціальний спад Фз до прийнятного значення, хоча б до рів- ня у 10...20% від амплітуди потоку Фm, характерного для номінального режиму роботи трансформа- тора, відбувається у кожному окремо взятому стрижні протягом досить великого проміжку часу, що не дозволяє одержати прийнятні результати при спробі реалізації на цьому відрізку часу згаданих ал- горитмів включення ТФТ [2]. Проблема стає ще більш актуальною, коли з технологічних або будь- яких інших мотивів необхідно виконувати періодичний або дискретно-разовий цикл включення–від- ключення ТФТ у межах даного проміжку, що спричиняє свого роду ефект накопичення, тобто посту- пового збільшення намагніченості осердя. У такому разі виконання розроблених у [2] алгоритмів ко- мутації ТФТ, спрямованих на уникнення появи екстремальних сплесків вхідних струмів, у згаданому часовому проміжку стає ще більш неприйнятним, а їхнє застосування буде ефективним лише після саморозмагнічування осердя трансформатора. Тобто необхідна оцінка можливостей розробки і реалі- зації простих принципів виключення трансформатора, при виконанні яких магнітопровід приводився б у розмагнічений стан за прийнятний і по можливості мінімальний проміжок часу. У противному ра- зі необхідна розробка альтернативних принципів організації комутації ТФТ. Для вирішення такого роду задач за задовільної збіжності обчислень, прийнятній достовір- ності отримуваних результатів і т.п. якнайкраще підходить програмний пакет візуального імітацій- ного моделювання MATLAB/Simulink (розділ силової електроніки SimPowerSystems) з достатньо роз- робленою методологією його застосування [6]. У наведених нижче викладках для можливості порів- няння параметри трансформаторів та їхні навантаження взято аналогічними, як і у прикладах реалі- зації комутації ТФТ, запропонованих у [2], тобто апроксимацію кривої намагнічування виконано трьома відрізками під різним кутом нахилу, два крайніх із яких відповідають насиченому стану маг- нітопроводу, а середній – номінальному режиму роботи [5]. Це дає можливість одержати чітку якісну картину суті процесів (що більш важливо в даному випадку) проте кількісно визначає системну по- хибку у 10...15% від реальних значень величин. Передбачуваність у процесах забезпечується синхронізмом виконання комутацій відносно фа- зових кутів параметрів струму мережі живлення як при включенні, так і при відключенні трансфор- матора, наскільки це дозволяє природна комутація тиристорних ключів. Зрозуміло, що в такому разі на момент закриття відповідних ключів комутатора буде мати місце значна варіація величин магніт- них потоків Фз кожного із стрижнів осердя, яка окрім всього, в першу чергу, визначається зміною ха- рактеру навантаження. Як правило, найбільші значення Фз досягаються при активному характері на- © Халіков В.А., 2013 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2013. № 4 43 вантаження трансформатора. За приклад можна взяти схему комутації ТФТ за відсутності нульових проводів, наведену на рис. 1, із однаковою конфігурацією з’єднання як первинних, так і вторинних обмоток транс- форматора “зіркою” (Y/Y) та нульових початкових умовах для магнітопроводу трансформатора, тобто за умов його повного розмагнічення. Такого роду схемі візуально відпо- відає модель у середовищі MATLAB/Simulink, що наво- дилася на рис. 3 у [2], в якій можна, при необхідності і залежно від поставленої задачі, довільно змінювати схеми з’єднання обмоток ТФТ через блок зміни його параметрів. Коли для вхідної лінійної напруги U1(АВ) брати відлік часу (t0 = 0) від нульового значення її фазового кута ψ0 = 0, то при включенні ключа VS1, за умови досягнення цією напругою своєї амплітуди (t1 =5,0 mc, ψ1 = π/2 ) та подальшому замиканні VS2, але вже при переході кривою U1(АВ) нульового рівня (t2 = 10,0 mc, ψ2 = π ), одержимо режим включення ТФТ без перехідного режиму в первинній обмотці, пов’язаний з насиченням магнітопроводу трансформатора (рис. 2, а). Він харак- теризується циркуляцією магнітного потоку в межах 1,0... –1,0 (значення потоку наводяться у відносних одиницях, приведених до його номінальної величини), характерних для усталеного режиму роботи трансформатора відразу після включення VS2. Особливістю такого почергового підключення обмоток трансформатора є одночасна миттєва зміна на 30 о (при t2 = 10,0 mc) фазових кутів вхідних струмів I1(А) та I1(В), яка пов’язана із включенням VS2 (рис. 2, б). До цього моменту часу (в інтервалі t1 ... t2=5,0 ...10,0 mc) ТФТ фактично перебував у режимі роботи, подібному до одно- фазного, коли за активного навантаження характерною є синфазність U1(А) та I1(А). Це наочно ілюструє рис. 2, в, де відповідні криві напруги та струму зведені до співмірних одиничних по амплітуді відносних величин. Одночасне зняття сигналів управління із ключів VS1 та VS2 при t3 =45,0 mc та подальше їхнє вимкнення при досягненні відповідними струмами I1 нульових рівнів (рис. 2, б) призведе до подальшого спаду магнітних потоків. Причому, як видно з пофаз- них діаграм приведених значень потоків відповідних стрижнів магнітопроводу, тільки Ф(А) почне свій спад із значення, суттєво меншого від одиниці, а Ф(В) та Ф(С) на момент закриття ключа VS2 будуть мати відповідно максимальні крайні значення, характерні для усталеного режиму, а саме Фm(B) = –1,0 та Фm(С) = +1,0. Окрім того, при комутації розподіл потоків в магнітопроводі набуває такого виду, що безпосередньо після виключення VS2 Ф(B) залишається протягом досить тривалого часу незмінним. Тому момент часу наступного включення трансформатора (тобто виконання комутації відповідних ключів при тих самих фазових кутах ψ1 = π/2 та ψ2 = π із таким самим задовільним результатом) визначається фактично тривалістю спаду цього потоку до прий- нятної, достатньо близької до нуля, величини. Відносно незначна зміна конфігурації включення вторинних обмоток ТФТ (рис. 1) за рахунок введення електричного зв’язку між їхньою спільною точкою з’єднання та аналогічною точкою системи навантаження, тобто введення нульового проводу (конфігурація з’єднання обмоток – Y/Yn), не позначається на первинному включенні трансформатора (рис. 3, а) та його усталеному режимі роботи. Проте комутаційний процес при відключенні трансформатора від мережі живлення за рахунок іншого перерозподілу струмів вторинних обмоток дещо зміниться у бік незалежності характеру спаду магнітних потоків в окремих стрижнях магнітопроводу. Впевнитися у цьому можна при порівнянні однойменних потоків на графіках рис. 2, а та рис. 3, а. Найбільш чітко різниця проявляється при порівнянні на цих рисунках кривих, відповідних Ф(B). Рис. 1 0 0.01 0.03 0.05 0.07 0.09 -1 0 1 Ф Ф(B) t(c) Ф(A) Ф(C) З’єднання обмоток – Y/Y а 0 0.01 0.03 0.05 -30 0 30 (c) I(A) I I1(B) I1(C) t 1(A) t1 t2 3t б в Рис. 2 0 0.01 0.03 0.05 -1 0 1 tt 21 t3 t(c) 1(A)IU1(AB) U,* I * 44 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2013. № 4 Зміна схеми вклю- чення вторинних об- моток трансформа- тора із “зірки” – Y (рис. 1) на “трикут- ник” – ∆ (схема з’єд- нання обмоток – Y/∆) не призводить після закриття ключів – з точки зору форми та характеру подаль- шого спаду потоку – до істотних змін, що ілюструє рис. 3, б. Але на цьому графі- ку в порівнянні із аналогічними криви- ми для схем Y/Yn – рис. 3, а та Y/Y – рис. 2, а залежність Ф(B) у часовому проміжку 45 ... 55 mc має дещо більший характерний сплеск, амплітуда якого суттєво перевищує (приблизно на 17%) значення, притаманне усталеному режиму трансформатора (при даній полярності потоку Фm(B) = –1,0). Такого роду аномалія в поведінці Ф(B) при знеструмленні трансформатора свідчить про насичення відповідного стрижня магнітопроводу, що проявляється у сплеску струму первинної обмотки в комутаційному проміжку часу (рис. 4, a). При усталеному режимі роботи трансформатора циркуляція його магнітних потоків є дина- мічно зрівноваженою системою відносно осі, проведеної через їхні нульові значення (сума миттєвих значень потоків для будь-якого конкретного моменту часу в такому режимі буде дорівнювати нулю). Переривання струму за природною комутацією тиристорів через різні значення фазних кутів від- бувається для однієї із підключених фаз завжди раніше відносно інших, що порушує зрівноваженість інерційної системи магнітних потоків. Це провокує безпосередньо після моменту часу t3 (рис. 4, a, б) подальше одиночне сплескоподібне збільшення значення потоків відповідних стрижнів (Ф(B) на рис. 3, б). Значення Ф(B) у ході своєї зміни перевищує межу (Фm = –1), яка відокремлює область наси- ченого стану магнітопроводу, тому, як наслідок, це спричинить аперіодичне одиночне збільшення вхідного струму. Таким чином, відключення ТФТ від мережі живлення може супроводжуватися, на відміну від однофазного трансформатора (ОФТ), сплесками струму споживання, а конфігурація включення обмо- ток трансформатора в тій чи іншій мірі може сприяти цьому (рис. 4, a, б) або ж виконувати відносно них пригнічуючу функцію (рис. 2, б). Причиною є підпорядкованість процесів у магнітопроводі трансформатора принципу електромагнітної інерції, відповідно до якого для магнітного потоку ха- рактерною є тенденція до збереження незмінними своїх величини та напрямку траєкторії. При цьому тривалість та крутизна форми магнітного потоку на етапі спаду буде залежати від значення наван- таження вторинної обмотки трансформатора на момент його обезструмлення (тобто уповільненість потоку пропорціональна величині навантаження). Отже, відключенням ТФТ у режимах переванта- ження або близьких до номінального буде відповідати відносно полога форма спаду потоку і, на- впаки, незначна величина навантаження буде причиною більш швидкого зменшення величини по- току. За відсутності навантаження безпосередньо після закриття ключа його миттєве значення фак- тично зводиться до нуля. Коли комутації виконуються при з’єднанні первинних фазних обмоток трансформатора три- кутником, то незалежно від вибору схеми з’єднання його вторинних обмоток вхідні струми у відпо- відних фазах будуть мати ідентичний характер як за формою, так і величиною, і по суті повторюва- тимуть рис. 2, б, представлений для конфігурації обмоток Y/Y. Тобто, з точки зору величини сплесків струму при відключенні застосування конфігурацій з’єднання обмоток ∆/∆, ∆/Y, ∆/Yn, Y/Y є більш прийнятним, особливо порівняно із тими самими характеристиками для схеми Y/∆. Проте характер поведінки магнітних потоків буде дещо іншим. Для прикладу, на рис. 5 показано криві потоків, які a) б) 0 0.01 0.03 0.05 0.07 0.09 -1 0 1 Ф(B) Ф(A) Ф(C)Ф t (c) З’єднання обмоток – Y/∆ 0 0.01 0.03 0.05 0.07 0.09 -1 0 1 Ф Ф(B) t(c) Ф (C)(A) Ф З’єднання обмоток – Y/Yn Рис. 3 б) a) 0 0.01 0.03 0.05 5 0 -5 I(A) t1 t2 3t (c) 1(B) 1(C) t I I I1(A)З’єднання обмоток – Y/∆ 0 0.01 0.03 0.05 -30 0 30 I(A) t1 t2 3t I I (c)t 1(B) 1(C) 1(A)IЗ’єднання обмоток – Y/∆ Рис. 4 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2013. № 4 45 абсолютно повторюються для всіх варіантів з’єднання вторинних обмоток ТФТ. Таким чином, на відміну від з’єднання первинних обмоток “зіркою”, характер комута- ційних процесів при з’єднанні їх “трикутником” не пов'яза- ний із варіативністю конфігурації включення вторинних обмоток ТФТ. Оскільки, як видно із рис. 5, значення потоку Ф(С) на момент виключення VS2 дорівнює нулю, то можна зробити припущення, що достатньо незначної маніпуляції шляхом додаткового включення VS1 при напрузі протилежної полярності, щоб звести значення Ф(А) та Ф(B) до нуля. Такого роду операція ефективна для однофазних трансформаторів та ТФТ за наявності підключення нульового проводу на первинній стороні такого трансформатора (Yn /Yn), коли він фактично може розглядатися як конструктивна та електромагнітна комбінація трьох формально незалежних ОФТ, кожний з яких включено окремо між відповідною “фазою” та “нулем” [1, 4]. Проте через електромагнітний взаємозв’язок процесів такого роду організувати операцію одномоментно неможливо, оскільки кожна зміна Ф(А) та Ф(B) відразу викликає збільшення модуля Ф(С) при збереженні загальної тенденції до експоненціального спаду тих потоків, значення яких на цьому етапі комутаційних процесів стало відмінним від нуля. Тут до- датковий перемагнічуючий імпульс напруги формується при повторному включенні VS1 коротким імпульсом управління при t4=75,55 mc. Його форма повторює хід кривої одного із вхідних струмів (рис. 6, б). Разом із тим, на момент закриття VS1 (t = 80,0 mc) можна оцінити і візуально (рис. 6, а), що сума модулів потоків буде приблизно у два рази менша, ніж на момент його відкриття. Проте подальші маніпуляції з на- ступними почерговими ко- роткочасними включення- ми VS2, VS1 такого ефекту вже не дають і в часі (у по- рівнянні з тривалістю при- родного пасивного процесу розмагнічування) суттєво-го виграшу не буде. Про це свідчать відповідні діагра-ми потоків у стрижнях ТФТ (рис. 6, в) та вхідних струмів (рис. 6, г). Отже, привести маг- нітопровід ТФТ до нульо- вих початкових умов мо- жливо фактично лише дво- ма способами: або через ре- жим попереднього знестру- млення його вторинних об-моток, і тоді це буде досягнуто практично миттєво після виключення останнього ключа комутатора (VS2), або ж за відносно тривалий проміжок часу (залежно від величини навантаження та значення струму намагнічування) за рахунок експоненціального по формі і природного за характером процесу саморозмагнічування. Активізація процесу розмагнічування шляхом подачі додаткових фазово-регульо-ваних імпульсів напруги ефективна лише на першому початковому етапі її застосування. Коли неможливо забезпечити нульові значення величин магнітних потоків у стрижнях ТФТ для реалізації комутації ТФТ в моменти часу, відповідні наперед жорстко заданим фазовим кутам вхідної напруги, то тоді необхідна розробка більш гнучких алгоритмів виконання комутацій. Один із таких варіантів реалізується при дотриманні принципу комутації, відповідно до якого підключення потрібної обмотки виконується в момент рівності миттєвих значень двох магнітних потоків – поточного, реального існуючого на момент комутації, та усталеного, передбачуваного для піс- 0 0.01 0.03 0.05 0.07 0.09 -1 0 1 Ф(B) Ф Ф(C) Ф(A) t(c) З’єднання обмоток – ∆/∆, ∆/Y, Рис. 5 0 0.01 0.03 0.05 0.07 0.09 -1 0 1 Ф Ф(C) Ф(B) Ф(A) (c)t З’єднання обмоток – ∆/∆, ∆/Y, а) 0 0.03 0.05 0.07 0.09 -30 0 30 I(A) (c) I1(C) I1(A) I1(B) t t 3 4 t2t1 t З’єднання обмоток – ∆/∆, ∆/Y, б) 0.05 0,1 0,15 -1 0 1Ф Ф Ф(B) (c)t (A) Ф(C) в) 0.05 0.1 0.15 -30 0 30 I(A) I1(A) I1(B) I1(C) t (c) г) Рис. 6 46 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2013. № 4 лякомутаційного режиму. У цьому випадку не ставиться задача розмагнічування осердя, а визначаються прийнятні моменти комутації, які адаптуються під наявний стан стрижнів магнітопроводу [2, 4, 5]. При цьому маємо ряд дискретних часових відліків, під час яких можливе включення необхідного ключа при дотриманні прийнятних форми і величини вхідного струму. На рис. 7, а показано суміщені криві потоків Ф(А) (потоку в стрижні до та після виключення комутатора) та Фу(А) (потоку, який було б бажано одержати безпосередньо після наступного включення ключа VS1 комутатора). На етапі експоненціального спаду точки перетину Ф(А) із синусоїдою Фу(А) повинні дати моменти часу tk1 … tkN (показані позначками на осі часу), в яких можливе включення VS1 без екстремальних струмових проявів, тобто точки комутації. Якщо замкнути ключ VS1 у момент часу, відповідний одній із таких точок, наприклад, при tk =tk5 =0,1073 с, то характер поведінки та форма кривих магнітних потоків буде відповідати рис. 7, б. Як видно з даного графіка, крива Ф(А) після tk=0,1073 с не виходить за допустимі межі (Фm = ±1), що гаран- тує відсутність сплесків струму намагнічування: фактично тут повна ана- логія з такого ж роду ко- мутацією для ОФТ. Осо- бливістю є лише характер поведінки потоків у суміжних стрижнях Ф(В) та Ф(С): вони після моменту включення tk визначаються сумою відповідних експо- ненціальних спадів та сину- соїди з амплітудою, що дорівнює половині номі- нального значення U1. Та- ким чином, для виконання наступного етапу комутації (замикання VS2) необхідно впевнитись, що принцип, реалізований на першому етапі, справедливий і для такої, більш складної, аперіодично-коливальної поведінки магнітного потоку в передкомутаційному періоді. По аналогії з рис. 7, а на рис. 8, а показано суміщені криві потоків Ф(С) (характеризує миттєве значення потоку стрижня) та Фу(С) (відображає бажане миттєве значення потоку, яким би він повинен бути після виконання комутації VS2). Відповідно в точках співпадіння цих кривих одержимо точки комутації tk1 …tk9 для VS2 (рис. 8, а). Замикання VS2 у момент часу, відповідний одній із цих точок, наприклад, при tk = tk6 =0,1609 с (рис. 8, б), призведе до зміни форми кривих магнітних потоків, проте, як і на попередньому етапі комутації, їхня амплітуда вкладається в задані межі і не може бути причиною екстремальних сплесків струму, що ілюструє рис. 9. Тобто, як потоки в стрижнях магнітопроводу, так і вхідні струми фаз ТФТ після завершення другого етапу комутації (замикання VS2) відразу виходять на усталений режим роботи без будь-яких суттєвих відхилень. Таким чином, принципи організації комутації, розроблені для ОТФ, незважаючи на певні відмінності процесів в ТФТ, можуть бути застосовані і для них. На рис. 10 показано модель, що функціонує в системі MATLAB/Simulink і яка реалізує автоматичний вибір необхідних дискретних часових точок комутації при довільно заданому часі включення відповідного ключа. Принципи побудови такого роду моделей вже ви- світлювалися [2,5]. Основу роботи моделі як системи складають два канали порівняння, реалізовані за допомогою блоків Relational1 та Relational2. Перший із них зрівнює проінтегровану і відповідним чином промасштабовану лінійну напругу U1(АВ) з напругою, пропор- ціональною магнітному потоку Ф(А), а другий виконує таку ж операцію, але відносно U1(СА) та Ф(С). 0 0.05 0.1 0.15 -1 0 1 t (c) k1t tk14 Фy(A)Ф(A)Ф а) 0 0.05 0.1 0.15 -1 0 1 Ф (A) tk (B)Ф Ф Ф(C) t (c) б) Рис. 7 0 0.05 0.1 0.15 -1 0 1 t (c) t Ф Фy(C) Ф(C) k9tk1 а) 0.1 0.15 -1 0 1 Ф t (c) Ф(A) Ф(C) Ф(B) t k б) Рис. 8 0.1 0.15 -30 0 30 I(A) t(c) t=0.1073 t =0.1609 I1(B)I1(A) I1(C) Рис. 9 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2013. № 4 47 Результат порівняння − імпульси напруги прямокутної форми і одиничної амплітуди: із них виділяються позитивний і негативний фронти. Функцію виділення виконують блоки Logical3, Logical4. Вихідним сигналом блоку Logical3 є ряд дискретних часових відліків у формі коротких імпульсів напруги одиничної амплітуди, ілюстрацією яких є позначки на часовій осі рис. 7, а, на які припадає сприятливий момент часу для включення VS1. Блок Logical4 аналогічно задає такого ж роду моменти, але для VS2, що і ілюструє рис. 8, а. Зміною параметрів блоків Timer1 та Timer2 довільно задають відповідно час зняття та наступної подачі управління на ключі комутатора. Тригери D Latch1 і D Latch2 приводять лінійний час блоку Timer2 до найближчих дискретних відліків, одержаних у результаті порівняння, від яких і починається відлік включеного стану відповідно VS1 або VS2. Блоки U>Ф(pu)1, U>Ф(pu)1, К1, К2 є пропорційними ланками (Gain) і їхнє призначення – це приведення різномасштабних величин до однакового співмірного одиничного за амплітудою значення. Для U>Ф(pu)1 та U>Ф(pu)2 коефіцієнт підсилення повинен бути 1/(380*sqrt(2)/2/pi/50), а для К1 та К2 – 1/sqrt(3) (при схемі з’єднання первинних обмоток “зіркою” параметр для К1 і К2 повинен мати одиничне значення). У даному випадку при моделюванні краще вибрати алгоритм (Solver) обчислення ode23t. При розробці такого виду системи комутації може виникнути питання, а який же мінімально допустимий проміжок часу може бути між суміжними командами на повне знеструмлення та подаль- ше повторне підключення ТФТ. Адже цим визначається динамізм регулюючих можливостей системи комутатор-трансформатор. При цьому необхідно враховувати неповну керованість тиристорного ключа, через що виникає затримка між подачею команди на виключення та її реальним виконанням, яка часто пов’язується з половиною періоду струму. Це справедливо для однофазних систем комутації, а у трифазних зміна реакції комутатора буде спостерігатися при одночасному знятті сигналу управляння із усіх ключів, через кожний інтервал у 60° (3,33 мс). Через 180° (10,0 мс) одержимо дзеркальне відображення процесу відносно нульового значення осі ординат, а через 360° (20,0 мс) – повну фазову повторюваність процесу виключення. Тобто багатофазність дещо зменшує час відгуку системи, хоча тривалість процесу до повного відключення напруги залишається такою ж, як і при комутації ОТФ. Іншим фактором затримки є дискретність точок комутації. Як видно із рис. 7, а найперша точка (tk1) після знеструмлення ТФТ локалізується поблизу моменту амплітуди потоку. Це означає, що навіть тоді, коли буде подана команда на включення ключа одночасно із моментом часу повного знеструмлення обмоток трансформатора (початок ділянки експоненціального спаду потоку на рис. 7, а), то до початку реакції системи у формі подачі сигналу на включення VS1 мине час, співставний із періодом струму. Z3 Z2 c 1 2 VS2 c 1 2 VS1 v+ - V2 v+ - V1 -K- U>Ф(pu)2 -K- U>Ф(pu)1 Timer2 Timer1 A B C Three-Phase Source A B C a b c Three-Phase Transformer < Relational2 < Relational1 Memory2 Memory1 AND Logical8 AND Logical7 XOR Logical6 XOR Logical5 OR Logical2 OR Logical1 -K- K2 -K- K1 1 s Integrator2 1 s Integrator1 1 Flyx (C) 1 Flyx (A) D C Q !Q D Latch2 D C Q !Q D Latch1 1 Constant2 1 Constant1 Z1 Рис. 10 48 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2013. № 4 На рис. 11, а, б показано відповідні криві потоків та фазних струмів для випадку роботи системи, коли її реакція на відключення починається із припинення струму I1(С) при t =0,025 с (рис. 11, б), а включення ТФТ − із досягненням першої ж точки прийнятної комутації при t =0,0485 с. Якщо і далі змінювати параметр блоку Timer2 у сторону зменшення паузи в струмі, то одержимо режим постійної неперервної роботи одного із ключів, тобто від ре- жиму 100% модуляції енергопередачі перейдемо до її регулювання за допо-могою лише одного ключа. При реалізації такого ре-жиму роботи раціонально задавати часові параметри включення окремо для кожного силового ключа. Тобто необхідно функціонально розділити блок Timer2 на два, які повинні бути підключені до тригерів D Latch1 і D Latch2 незалежно. Але з точки зору функціонування системи зменшенню паузи в струмі заважає режим динамічної неврівноваженості потоків, який виникає одразу із виключенням одного з ключів комутатора. У всіх вищенаведених графіках потоків він проявляється у формі деякої аномалії Ф(В) у бік його збільшення. Коли обчислити суму миттєвих значень потоків у стрижнях магнітопроводу (рис. 11, а), наприклад, у схемах з’єднання обмоток ∆/∆ і Y/∆ , і віднести результат до одиничного усталеного значення одного із них, то наслідок графічно матиме вигляд, відповідний рис. 12. Горизонтальні відрізки цих залежностей співвідносні режимам динамічної врівноваженості потоків магнітопроводу, а сплески тривалістю близько половини періоду (5,0 мс), характеризують степінь її втрати. Отже ні перше включення трансформатора із нульових початкових умов, ні подальші комутації (якщо вони виконані відповідно до наведених принципів) не призводять до порушення рівноваги. Причиною сплесків є лише переривання струму ключа та властива потокам підпорядкованість принципу інерційності. Також очевидна часова належність згаданих принципів комутації, в тому числі і за результатом порівняння магнітних потоків, до статичних, тобто горизонтальних відрізків (рис. 12). Через це необхідно уникати тих моментів часу включення ТФТ, які припадають на інтервали динамічної неврівноваженості потоків магнітопроводу, бо кінцевий результат буде далекий від бажаного. Природно, що застосування в комутаторі повнокерованих ключів знімає такого роду проблему. З рис. 3, б і рис. 12 випливає, що за інших рівних умов включення первинних обмоток трансформатора “трикутником” для забезпечення ефективної організації комутаційного процесу більш прийнятне. Таким чином, можна зробити висновок, що оперативне приведення магнітопроводу ТФТ до стану, відповідного нульо- вим початковим умовам за його потоком, можливе через режим попереднього знеструмлення його вторинних обмоток. У інших випадках необхідний результат досягається за рахунок природ- ного процесу саморозмагнічення протягом досить тривалого проміжку часу. В короткочасній перспективі це не дає визначе- ності щодо стану магнітопроводу на момент наступного вклю- чення і є передумовою згаданих негативних проявів. Проте сплесків струму, пов’язаних із насиченням магнітопроводу, можна уникнути, якщо ке- руватися правилом, відповідно до якого включення необхідного ключа повинно виконуватися в мо- мент рівності миттєвих величин поточного магнітного потоку стрижня із його усталеним зна- ченням, яке повинне бути в ньому після комутації. За цієї умови комутація відбуватиметься таким чином, що перехід від одного стану (відсутності напруги на первинній обмотці) трансформатора до іншого (підключення напруги) не призводить до такої зміни величини потоку, при якій би він міг у подальшому перевищити заздалегідь задані для нього межі, що кореспондуються із пологими від- різками спрощеної кусково-лінійної фігури апроксимації кривої намагнічування. Необхідно відзначити, що для реалізації згаданих принципів, як правило, достатньо інфор- мації про: вхідну напругу трансформатора, викликаний нею магнітний потік та напругу його вторин- ної обмотки за умови відносної жорсткості зовнішньої характеристики. При цьому будуть повністю використані електроенергетичні можливості трансформаторів завдяки уникненню різного роду ексце- 0 0.01 0.03 0.05 0.07 -1 0 1 Ф t (c) Ф(B) Ф(A) Ф(C) а) 0 0.03 0.05 0.07 -30 0 30 I(A) t (c) I1(A) I1(C) I1(B) б) Рис. 11 0 0.01 0.03 0.05 0.07 0 0.5 1 (c)t %(Ф) З’єднання обмоток – ∆ /∆ З’єднання обмоток – Y/∆ Рис. 12. Рис. 12 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2013. № 4 49 сів через появу аперіодичних складових у струмі споживання, поліпшиться динаміка системи в ціло- му та електромагнітна сумісність. Обґрунтовані вище принципи комутації пройшли надійну апроба- цію, а їхня реалізація забезпечує надійне унеможливлення вказаних перехідних режимів незалежно від характеру навантаження і його величини. Це ж стосується також режимів багатократного струмо- вого перевантаження, коли обмежуючими умовами стають лише температурний режим обмоток трансформатора та допустимий струм ключів комутатора. 1. Зирка С.Е., Мороз Ю.И., Мороз Ю.И., Тарчуткин А.Л. Моделирование переходных процессов в трансформаторе с учетом гистерезисных свойств магнитопровода // Teхн. електродинаміка. – 2010. – №2. – С. 11–19. 2. Окунь С.С., Сергеенков Б.Н., Киселев В.М. Под ред. Г.Н.Петрова. Трансформаторные и трансформа- торно-тиристорные регуляторы-стабилизаторы напряжения. – М.: Энергия, 1969. – 184 с. 3. Халіков В.А. Процеси та організація комутації вольтододавчих трансформаторів // Teхн. Електроди- наміка. – 2011. – №5. – С. 48–58. 4. Халіков В.А. Процеси та організація комутації трифазного трансформатора // Teхн. електродина- міка. – 2012. – № 4. – С. 37–45. 5. Халіков В.А., Липківський К.О. Процеси та організація комутації трансформаторів // Teхн. Електроди- наміка. – 2010. – № 3. – С. 22–30. 6. Халіков В.А., Можаровський А.Г. Методологія застосування програмного пакета MATLAB при моделюванні та дослідженні електромагнітних процесів у трансформаторно-ключових виконавчих структурах: Навчальний посібник. – Київ, ІЕД НАН України, 2001. – 45 с. 7. Chiesa N. Power Transformer Modelling. Advanced Core Model. – Milan: Anno Accademico, 2005. – 137 p. 8. Khatri A., Rahi O. Optimal Desing Of Transformer: A Compressive Bibliographical Survey // Intern. Jornal of Scientific Engineering and Technology (IJSET). – Vol. 1. – №2. – Pp. 159–167. УДК 621.314.214 КОММУТАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ТРЕХФАЗНЫХ ТРАНСФОРМАТОРАХ С ТРЕХПРОВОДНОЙ СИСТЕМОЙ ПИТАНИЯ В.А.Халиков, канд.техн.наук Институт электродинамики НАН Украины, пр. Победы, 56, Киев–57, 03680, Украина. Е-mail: xva@nm.ru Рассматриваются коммутационные процессы в трехфазных трансформаторах с различными конфигурациями соединения обмоток при отсутствии в их системе питания нулевого провода. Проведено визуальное моделирование процессов средствами программного пакета MATLAB. Предложена система управления коммутацией, которая позволяет избежать эффекта насыщения магнитопровода трансформатора и связанных с этим негативных проявлений. Библ. 5, рис. 12. Ключевые слова: трансформатор, коммутация, переходный процесс, моделирование. TRANSIENTS IN THREE-PHASE TRANSFORMERS, THREE-WIRE POWER SYSTEM V.A. Khalikov Institute of Electrodynamics National Academy of Science of Ukraine, Peremohy pr., 56, Kyiv–57, 03680, Ukraine. Email: xva@nm.ru Considered switching processes in the three-phase transformers with various configurations of winding connections in the absence of the power supply system of the neutral conductor. Visual simulation of transient processes is done with MATLAB and proposes measures to minimize the duration of the processes of. Means of visual simulation shows the dependence of decay processes residual magnetic flux in three-phase transformers, depending on the connection scheme. Attention is drawn to that disabling the transformer thyristor switcher accompanied by saturation of its magnetic circuit. Inertial nature of the magnetic flux decline is an obstacle to the next, fast time, connect the transformer to the mains. Patching, a system of three-phase transformer is not expected to reduce the magnetic flux to zero and not allowing inrush current in its windings. Presented a visual model of the proposed switching system and describes in detail the principle of its work. References 5, figures 12. Key words: transformer, switching, transient, modeling. 1. Zirka S.E., Moroz Yu.I., Moroz E.Yu., Tarchutkin A.L. Simulation of transients in the transformer with the magnetic hysteresis properties // Tekhnichna elektrodynamika. – 2010. – №2. – Pp. 11–19. (Rus) 2. Okun S.S., Sergeenkov B.N., Kiselev V.M. Ed. bu G.N.Petrova. Transformer and transformer-thyristor regulators- stabilizers of the voltage. – Мoskva: Energiіa, 1969. – 184 p. (Rus) 3. Khalikov V.A. Transient processes and organization to switchings buck–boost transformer // Tekhnichna elektrodynamika. – 2011. – №5. – Pp. 48–58. (Ukr) 4. Khalikov V.A. Processes and organization switching of three-phase transformer // Tekhnichna elektrodynamika. – 2012. – №4. – Pp. 37–45. (Ukr) 5. Khalikov V.A., Lypkivskyi K.О. Processes and organization of transformer switching // Tekhnichna elektro dynamika. – 2010. – №3. – Pp. 22–30. (Ukr) 6. Khalikov V.A., Mozharovskyi A.G. Methodology of modeling and studying of electromagnetic processes in transformer switching executive structure with MATLAB programme package: Navchalnyi posibnyk. – Kyiv, Instytut elektrodynamiky Natsionalnoi Akademii Nauk Ukrainy, 2001. – 45 p. (Ukr) 7. Chiesa N. Power Transformer Modelling. Advanced Core Model. – Milan: Anno Accademico, 2005. – 137 p. 8. Khatri A., Rahi O. Optimal Desing Of Transformer: A Compressive Bibliographical Survey // Intern. Jornal of Scientific Engineering and Technology (IJSET). – Vol. 1. – №2. – Pp. 159–167. Надійшла 17.12.2012 50 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2013. № 4 Received 17.12.2012
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-62350
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1607-7970
language	Ukrainian
last_indexed	2025-12-07T18:32:37Z
publishDate	2013
publisher	Інститут електродинаміки НАН України
record_format	dspace
spelling	Халіков, В.А. 2014-05-20T07:38:07Z 2014-05-20T07:38:07Z 2013 Комутаційні процеси у трифазних трансформаторах з трипровідною системою живлення / В.А. Халіков // Технічна електродинаміка. — 2013. — № 4. — С. 42–49. — Бібліогр.: 8 назв. — укр. 1607-7970 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/62350 621.314.214 Розглядаються комутаційні процеси у трифазних трансформаторах з різними конфігураціями з’єднання обмоток при відсутності в їхній системі живлення нульового проводу. Проведено візуальне моделювання процесів засобами програмного пакету MATLAB. Запропоновано систему управління комутацією, що дозволяє уникнути ефекту насичення магнітопроводу трансформатора та пов’язаних із цим негативних проявів. Рассматриваются коммутационные процессы в трехфазных трансформаторах с различными конфигурациями соединения обмоток при отсутствии в их системе питания нулевого провода. Проведено визуальное моделирование процессов средствами программного пакета MATLAB. Предложена система управления коммутацией, которая позволяет избежать эффекта насыщения магнитопровода трансформатора и связанных с этим негативных проявлений. Considered switching processes in the three-phase transformers with various configurations of winding connections in the absence of the power supply system of the neutral conductor. Visual simulation of transient processes is done with MATLAB and proposes measures to minimize the duration of the processes of. Means of visual simulation shows the dependence of decay processes residual magnetic flux in three-phase transformers, depending on the connection scheme. Attention is drawn to that disabling the transformer thyristor switcher accompanied by saturation of its magnetic circuit. Inertial nature of the magnetic flux decline is an obstacle to the next, fast time, connect the transformer to the mains. Patching, a system of three-phase transformer is not expected to reduce the magnetic flux to zero and not allowing inrush current in its windings. Presented a visual model of the proposed switching system and describes in detail the principle of its work. uk Інститут електродинаміки НАН України Технічна електродинаміка Перетворення параметрів електричної енергії Комутаційні процеси у трифазних трансформаторах з трипровідною системою живлення Коммутационные процессы в трехфазных трансформаторах с трехпроводной системой питания Transients in three-phase transformers, three-wire power system Article published earlier
spellingShingle	Комутаційні процеси у трифазних трансформаторах з трипровідною системою живлення Халіков, В.А. Перетворення параметрів електричної енергії
title	Комутаційні процеси у трифазних трансформаторах з трипровідною системою живлення
title_alt	Коммутационные процессы в трехфазных трансформаторах с трехпроводной системой питания Transients in three-phase transformers, three-wire power system
title_full	Комутаційні процеси у трифазних трансформаторах з трипровідною системою живлення
title_fullStr	Комутаційні процеси у трифазних трансформаторах з трипровідною системою живлення
title_full_unstemmed	Комутаційні процеси у трифазних трансформаторах з трипровідною системою живлення
title_short	Комутаційні процеси у трифазних трансформаторах з трипровідною системою живлення
title_sort	комутаційні процеси у трифазних трансформаторах з трипровідною системою живлення
topic	Перетворення параметрів електричної енергії
topic_facet	Перетворення параметрів електричної енергії
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/62350
work_keys_str_mv	AT halíkovva komutacíiníprocesiutrifaznihtransformatorahztriprovídnoûsistemoûživlennâ AT halíkovva kommutacionnyeprocessyvtrehfaznyhtransformatorahstrehprovodnoisistemoipitaniâ AT halíkovva transientsinthreephasetransformersthreewirepowersystem

Комутаційні процеси у трифазних трансформаторах з трипровідною системою живлення

Institution

Ähnliche Einträge