Устройство для моделирования установившихся и переходных процессов в трансформаторах

 

ОП ИСАНИ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советсннк

Социалистически)т

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I) Дополиительиое к авт. свид-ву— (5ЦМ, К.2

Cj 06 7/62 (22) Заявлено 2402.77(21) 2457308/ 18-24 с присоединением заявки №

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК 681. 333 (088.8) Опубликовано 1505.79. Бюллетень ¹ 18

Дата опубликования описания 1505.79 (72) Автор изобретения

Э.С.Фрнджибашян (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ. УСТАНОВИВШИХСЯ

И ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ТРАНСФОРМАТОРАХ

Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности, к устройствам; моделирования электрических систем или устройств.

Известно моделирующее устройство для исследования электромагнитных процессов, содержащее модель магнитного поля статора, две группы трансформаторов, аналоговый вычислительный 0 блок, модель магнитного поля ротора (1).

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для моделирования установившихся и переходных процессов в трансформато,рах, содержащее модель магнитного поля модель нагрузки, состоящую из последовательно соединенных резистора и конденсатора, две группы измерительных трансформаторов, последовательно соединенные первичные обмотки первой группы измерительных трансформаторов подключены к источнику питания, последовательно соединенные первичные обмотки второй группы измерительных трансформаторов соедйнены со входом модели нагрузки f2) .

Недостатком известных устройств является недостаточная точность, так как отсутствует возможность воспроизведения распределения плотности тока в поперечном сечении проводников обмотки моделируемого объекта. Целью изобретения является повышение точности устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве одни выводы вторичных обмоток измерительных трансформаторов через кондейсаторы соединены с моделью магнитного поля, другие выводы вторичных обмоток измерительных трансформаторов объединены.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства, на фиг.2,a — расчетная схема устройСтва1 Hà фиг.2,б принципиальная схема устройства, на фиг . З,а — полоса фольги одного целого витка обмотки трансформатора, включающая два элементарных участка, на фиг.3,б - распределение плотности наведенных токов в укаэанной полосе

Фольги, на фиг,3,с — модель полосы фольги.

Устройство (см.фиг.1) содержит первую группу измерительных трансформаторов 1, модель магнитного поля

2, вторую группу измеритеЛьных трансформаторов 3, модель нагрузки 4.

Соединенные последовательно первичные обмотки первой группы измери-. тельных трансформаторов 1 подключено, Ь Ь2947 (5) к выходным клеммам 5 и б источника питания, последовательно соединенные первичные обмотки второй группы измерительных трансформаторов 3 - к клеммам 7 и 8 модели нагрузки 4, включающей соединенные последовательно резистор 9 и конденсатор 10. одни вы- 8 воды вторичных обмоток измерительных трансформаторов через конденсаторы ll соединены с моделью магнитного поля 2, выполненную в виде сеточной модели.

da рис.2,а концентрические обмотки 12 и 13 исследуемого трансформатора;помещены между ферромагнитнымй поверхностями с бесконечной магнитной проницаемостью (ц оо) соответствующими ферромагнитному )8 стержню и средней плоскости окна.

Причем вторичная обмотка 13 состоит из трех последовательно соединенных частей. Обмотки выполнены из алюминиевой фольги. 20

Влияние ярм и ярмовых балок учтено введением горизонтальных-поверхностей с (О = х

Для опреДеления вихревого магнитного ноля рассеяния трансформатора методом аналогового математического моделирования наиболее удобно использование соответствия векторного магнитного потенциала электрическому потенциалу в проводящей среде.

При плоскомеридианном представлении магнитного поля векторный магнитный потенциал и плотность тока имеют только тангенциальные составляющие, (соответственно, а и 6 y ), и уравнение поля для кусочно-однородной среды в цилиндрических координатах ,имеет вид а о а (а — — — (А v}) i — — — (А ) °

8й 0г Bz < 8z, г д

g б а (<"") V 1) где g, fll - электрическая проводимость и магнитная проницаемость среды "- . 45 о15игиналау

Sq - плотность тока источников оригинала.

Выражение для A< v полностью совпадает с выражением 50 о((8UÚ 8 i BU ä0 — - — + — — — =С вЂ” -Р . (2)

8х р Ох ау р 8 аа для электрического потенциала U токов в электропроводящей среде в, случае плоскопараллельного поля, если величина удельного сопротивления среды пропорциональна, а удельная, емкость поверхностнОго слоя обржно пропорциональна удалению рассматриваемой точки среды от оси обмоток, т.е. р-p0v и С=СО/г, (3) где )з и Со- удельное сопротивление среды и удельная емкость поверхност ного слоя при единичном удалении от укаэанной оси. б5

Зависимость (3) легко осуществля ется при выполнении модели в виде сетки из регулируемых активных сопротивлений и конденсаторов.

Из уравнений (1) и (2) следуют критериальные уравнения подобия

Ар Ц вЂ” — idem, (4)

)и&, рР т м — = idem у ос

Где t и t - соответственно время оригинала и модели.

На рис.2,б группа измерительных трансформаторов 1 моделирует первичную обмотку 12, а группа 2 — вторичную обмотку 13 исследуемого трансформаторау сопротивление 14 воспроизводит магнитную проводимость элементарного участка воздушной среды в исследуемой области в осевом направлении, а сопротивление 15 в радиальном направлении.

Величины сопротивлений 14 и 15 пропорциональны расстоянию моделируемого элементарного участка от оси обмотки. Конденсаторы 11 воспроизводят активные сопротивления току полосы фольги обмоток шириной, равной шагу дискретизации сетки.

На границах модели значения сопротивлений сетки в два раза больше

1 а емкостей в два раза меньше, чем во внутренних областях. на рис.3,а представлен моделируемый участок фольги на интервале двух шагов дискретизации в осевом направлении (2 Ф 8 ), на фиг.З,c — модель рассматриваемого участка фольги.

Перпендикулярные .к поверхности фольги пунктирные стрелки на фиг.З,а указывают поток 2Фв (Фв-поток, пронизывающий фольгу на интервале t g ) .

Вихревые токи, наводимые в обмотках, согласно ранее. принятому допущению, так же, как и токи источников, имеют тангенциальное направление. Тогда естественно принять что вихревые токи, наводимые показанным на фиг.З,а потоком в левой половине полосы фольги направлены вверх, а в правой половине - вниз. Причем следует ожидать, что при удалении в осевом направлении от средней линии РР1, -плотность этих токов изменяется линейно от нуля до некоторого максимального значения у краев полосы .(см. фиг.З,б), вследствие чего среднее значение плотности вихревых токов6 .равно плотности тока на расстоянии д) вх:с от ЕЕ,.

Следовательно, среднее значение плотности вихревых токов рассматриваемой полосы фольги определяется по. током Ф> приходящим на длину 1 я на модели этому потоку соответствует ,напряжение 3в. Так как суммарный

ЬЬ2947 (7)

О

Формула изобретения вихревой ток рассматриваемой полосы равен

3 вк.ср. д л (6) где 1л - толщина листа фольги, то имеем

Э и

-«23я

Откуда

4 э 2 Ь dt. (8)

gt8t„J яа модели, согласно фиг.З,с уравнению (8) соответствует выражег

0 =2 (;,, (,(9)

c,t t„s!

5 где с - ток через конденсатор С, на фиг.3,с.

Из сравнения уравнений (8) и (9) следует, что в конечно-разностном представлении процессы в проводниках.обмоток исследуемого трансформатора и в модели подобны.

Уравнения, описывающие электрические процессы в цепях первичной и вторичной обмоток трансформатора при активно-индуктивной нагрузке, д5 представим в следующем виде а се )1 "«+sg? +i(7 а i=i

g 2 ®2 Д;( а, Р ;," Р"" а („ где г;1,Ф1, и 2! Ф, - активное сопрбтив- ление и йотокосцепление витка первичной и вторичной обмоток трансформатора 35

"соответственно; . 3!и 3 -, токи первичной и вторичной обмоток трансформатора;

Ф! и Ф " "число витков первичной и вторичной обмоток! 40

0с@ -. напряжение сети; к, 4н -..активное сопротивление и индуктивность нагрузки.

Постоянные интегрирования равны нулю вследствие отсутствия постоянных 45 составляющих в токах и напряжениях трансформатора.

Для цепей первичных обмоток измерительных трансформаторов имеем следующие уравнения, подобные уравнени- 50 ям (10)

Г. е« =С, ) Ф+ - U«1

"" = С,1

< !

1Г, . 55

) = U +.с- . j а + j !2а н!2»0 +

С, С.)

11) ;где С1,, С, суммарная емкость соединенная со вторичной обмоткой измери-. тельного трансформатора групп 1 н 2 соответственно; напряжение сеточной модели магнитного поля, приложенное через конденсаторы ко вторичной обмотке измерительного трансформатора групп 1 и 2; ток в первичных обмотках измерительных трансформаторов групп

1 и 2; дст — напряжение питания модели; гН,Сн — активное сопротивление и емкость, воспроизводящие индуктивность и активное сопротивление нагрузки соответственно.

Таким образом, предложенное моделирующее устройство позволяет простейшими средствами: резисторами, конденсаторами, измерительными трансформаторами воспроизвести электрические процессы в цепях обмотки исследуемого трансформатора, а также магнитное поле рассеяния, распределение плотности тока в обмотках в любых возможных установившихся и переходных режимах. Это, в свою очередь, позволяет рассчитывать добавочные потери, вызывающие существенные местные перегревы в обмотках из фольги и механические усилия, действующие на обмотку при коротких замыканиях.

Устройство для моделирования установившихся и переходных процессов в трансформаторах,.содержащей модель магнитного поля, модель нагрузки, состоящую из последовательно соединенных резистора и конденсатора, две группы измерительных трансформаторов, последовательно соединеннйе первичные обмотки первой группы измерительных трансформаторов подключены к источнику питания, последовательно соединенные первичные обмотки второй группы измерительньвс трансформаторов соединены со входом модели нагрузки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в нем одни выводы вторичных обмоток измерительных трансформаторов через конденсаторы соединены с моделью магнитного поля, другие выводы вторичных обмоток измерительных трансформаторов объединены.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

В 481914, G 06 G 7/62, 1973 ° .

2. Авторское свидетельотво СССР

9 438996. C 06 G7/62,,1971.