capitolul 5-modeleef transformatoare

Download Capitolul 5-ModeleEF Transformatoare

Post on 20-Feb-2018

221 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • 7/23/2019 Capitolul 5-ModeleEF Transformatoare

    1/40

  • 7/23/2019 Capitolul 5-ModeleEF Transformatoare

    2/40

  • 7/23/2019 Capitolul 5-ModeleEF Transformatoare

    3/40

  • 7/23/2019 Capitolul 5-ModeleEF Transformatoare

    4/40

  • 7/23/2019 Capitolul 5-ModeleEF Transformatoare

    5/40

  • 7/23/2019 Capitolul 5-ModeleEF Transformatoare

    6/40

  • 7/23/2019 Capitolul 5-ModeleEF Transformatoare

    7/40

  • 7/23/2019 Capitolul 5-ModeleEF Transformatoare

    8/40

  • 7/23/2019 Capitolul 5-ModeleEF Transformatoare

    9/40

  • 7/23/2019 Capitolul 5-ModeleEF Transformatoare

    10/40

  • 7/23/2019 Capitolul 5-ModeleEF Transformatoare

    11/40

  • 7/23/2019 Capitolul 5-ModeleEF Transformatoare

    12/40

  • 7/23/2019 Capitolul 5-ModeleEF Transformatoare

    13/40

  • 7/23/2019 Capitolul 5-ModeleEF Transformatoare

    14/40

  • 7/23/2019 Capitolul 5-ModeleEF Transformatoare

    15/40

  • 7/23/2019 Capitolul 5-ModeleEF Transformatoare

    16/40

  • 7/23/2019 Capitolul 5-ModeleEF Transformatoare

    17/40

  • 7/23/2019 Capitolul 5-ModeleEF Transformatoare

    18/40

    Fig. 5.19. Transformator monofazat

    5.4.1. Domeniul de calcul al cmpului electromagnetic i re eaua de discretizare.Domeniul de calcul al cmpului electromagnetic 2D, Fig. 5.20, care face parte din planul desimetrie al transformatorului este m rginit de un contur dreptunghiular, regiunea lineicINFINIT. Acest contur se afl la distan suficient de mare de transformator pentru a accepta caici valoarea local a fluxului magnetic -componenta normal a induc iei magnetice, este nul .

    Domeniul de calcul con ine regiuni care din punct de vedere fizic au propriet i electrice imagnetice distincte: miezul magnetic - MIEZ, laturile de ducere i de ntoarcere ale bobineiprimare de pe coloana din partea stng - BP1, BP2, laturile de ducere i de ntoarcere alebobinei primare de pe coloana din partea dreapt - BP3, BP4, laturile de ducere i de ntoarcereale bobinei secundare de pe coloana din partea stng - BS1, BS2, laturile de ducere i de

    ntoarcere ale bobinei secundare de pe coloana din partea dreapt - BS3, BS4 i regiunea aeruluinconjur tor - AER.Profunzimea domeniului de calcul n raport cu care se calculeaz n faza de postprocesare

    anumite m rimi globale este aceea pentru care aria sec iunii transversal a coloanelorcorespunde valorii avute n vedere n concep ia transformatorului, sau este aceea atransformatorului fizic ce face obiectul studiului.

    145

    20095

    452,8

    2,8

    5

    4

    100x

    y

    O

  • 7/23/2019 Capitolul 5-ModeleEF Transformatoare

    19/40

    Fig. 5.20. Domeniul de calcul al cmpului electromagnetic i re eaua de elemente finite

    5.4.2. Circuit asociate. Considerarea aliment rii n tensiune a transformatorului, pe de oparte i necesitatea lu rii n considerare a capetelor de bobine - zonele bobinelor paralele cuplanul imaginii din figura 5.20, pe de alta, impun asocierea modelului de circuit prezentat nfigura 5.21. n acest model s-au notat cu BP1, BP2, BP3, BP4,respectiv BS1, BS2, BS3, BS4componente care corespund laturilor bobinelor nf ur rii primare, respectiv ale nf ur riisecundare n domeniul de cmp, Fig. 5.20. Elementele de circuit RP i LP, respectiv RS i LSreprezint rezisten a i reactan a zonelor nf ur rii primare, respectiv secundare, plasate n afaradomeniului de cmp 2D.

    Fig. 5.21. Modelul de circuit pentru Fig. 5.22. Modelul de circuit pentrualimentare n tensiune ncercarea n scurtcircuit

  • 7/23/2019 Capitolul 5-ModeleEF Transformatoare

    20/40

  • 7/23/2019 Capitolul 5-ModeleEF Transformatoare

    21/40

    LS;- valoarea efectiv i faza 90 grade a tensiunii sursei de alimentare V1, Fig. 5.21;- valoarea rezisten ei voltmetrului, RVOLTMETRU.

    Denumire Propriet i

    AER Nemagnetic, neconductor, f r surs

    MIEZ Magnetic neliniar, neconductor, f r sursBP1 Nemagnetic, neconductor, sursBP2 Nemagnetic, neconductor, sursBP3 Nemagnetic, neconductor, sursBP4 Nemagnetic, neconductor, sursBS1 Nemagnetic, neconductor, sursBS2 Nemagnetic, neconductor, sursBS3 Nemagnetic, neconductor, sursBS4 Nemagnetic, neconductor, surs

    INFINIT

    (regiune lineic )

    Frontiera domeniului de calcul, valoare local nul a

    fluxului magnetic, A = 0

    M rimile care fac obiectul postproces rii solu iei numerice a modelului de studiu a mersuluin gol sunt induc ia magnetic n miez, curentul de mers n gol i pierderile n miezulmagnetic.

    n figura 5.23 sunt prezentate liniile cmpului magnetic, iar n figura 5.24 harta induc ieimagnetice. Ambele corespund fazei 0, pentru care postprocesarea ofer valoarea de vrf sauamplitudinea induc iei magnetice. Valoarea Bmc 1,15 T a induc iei magnetice n coloanelemiezului magnetic, caracterizeaz un nivel relativ sc zut al satur rii miezului transformatorului.

    Fig. 5.23. Liniile cmpului magnetic Fig. 5.24. Harta color i legenda amplitudiniiprincipal n miez induc iei magnetice

    Evaluarea curentului de mers n gol I10 face apel la componenta de circuit RP, Fig. 5.21, iarevaluarea pierderilor n miez, la regiunea MIEZ, Fig. 5.20.

  • 7/23/2019 Capitolul 5-ModeleEF Transformatoare

    22/40

  • 7/23/2019 Capitolul 5-ModeleEF Transformatoare

    23/40

    Caracteristicile externe U2(I2) a transformatorului pentru cele trei tipuri de de sarcin studiatesunt reprezentate n figura 5.25.

    Fig. 5.25. Caracteristici externe al transformatorului

    Structura liniilor cmpului magnetic de dispersie din figura 5.26 pentru cazul sarciniirezistive nominale corespunde fazei 90, pentru care valoarea instantanee a fluxului principal nmiez este practic nul , iar valorile instantanee ale curen ilor n nf ur ri sunt practic maxime.

    Fig. 5.26. Liniile cmpului magnetic de dispersie

    Puteri, randament. Prin postprocesarea rezultatelor corespunz toare sarcinii rezistive seob in valorile puterii active Ps debitat de sursa de alimentare i ale puterii active P2 debitat detransformator pe sarcin . Suportul este parametrul de circuit Rsarcina. Deoarece puterea Psob inut prin postprocesare nu include i puterea activ corespunz toare pierderilor n miez, Pm ,

    puterea activ absorbit de transformator se calculeaz cu formula P1 = Ps + Pm . Randamentultransformatorului definit n condi iile aliment rii nominale care corespund modelului numericcurent, se determin cu rela ia = P2/P1 . Dou caracteristici ale randamentului n func ie de

  • 7/23/2019 Capitolul 5-ModeleEF Transformatoare

    24/40

    curentul secundar, pentru factor de putere al sarcinii cos 2 = 1 (albastru), respectiv 0,707 (ro u)sunt reprezentate n figura 5.27.

    Fig. 5.27. Caracteristici ale randamentului

    5.4.6. Modelul EF destinat studiului regimului tranzitoriu la conect rii

    transformatorului n gol la re eaua de alimentare. Tensiunea i frecven a de alimentare seseteaz la valorile nominale. Se precizeaz expresia valorii instantanee a tensiunii de alimentarea nf ur rii primare corespunz toare componentei de circuit V1 n figura 5.21, .

    Diferen a fa de modelele precedente, de tip armonic, este aceea c solu ia acestui model

    este una pas cu pas n domeniul timp. Prin urmare, n modulul rezolvare trebuie precizat pasul detimp i intervalul de timp de studiu al regimului tranzitoriu. Cunoscnd perioada tensiunii dealimentare, care este inversul frecven ei, este suficient s se defineasc num rul de pa i peperioad pentru a rezulta pasul de timp al studiului. n privin a duratei studiului, apriorinecunoscut , aceasta este aceea pentru care care regimul stabilizat de mers n gol este atins.

    Cel mai important rezultat al postproces rii solu iei numerice este varia ia instantanee acurentului absorbit de transformator. n figura 5.28 a) este prezentat aceast varia ie pentruprimele 100 milisecunde, iar n figura 5.28 b) varia ia la mersul n gol stabilizat, respectiv nultimele 100 milisecunde ale studiului.

  • 7/23/2019 Capitolul 5-ModeleEF Transformatoare

    25/40

    a) b)

    Fig. 5.28. Varia ia tranzitorie a curentului de mers n gol la cuplarea aliment rii

    Se observ c valoarea instantanee maxim a curentului este de aproximativ 30 ori mai maredect amplitudinea curentului n regim stabilizat.

    5.5. Modele 2D plan-paralele ale transformatorului trifazat

    5.5.1. Domeniul de calcul al cmpului electromagnetic i re eaua de discretizare.Domeniul de calcul 2D al cmpului electromagnetic, Fig. 5.29, include regiunea particular deform inelar , denumit INFINITE_BOX, prin intermediul c reia se impune condi ia de cmp

    electromagnetic nul la infinit. Includerea acestei regiuni permite evaluarea cmpului la distanorict de mare de transformator, ceea ce nseamn c domeniul de calcul al cmpuluielectromagnetic este nem rginit. Domeniul de calcul con ine urm toarele regiuni cu propriet ielectrice i magnetice distincte:

    (a) miezul magnetic MIEZ;(b) laturile de ducere i de ntoarcere ale celor trei bobine ale nf ur rii primare de pe cele

    trei coloane P11, P12, P21, P22, P31, P32;(c) laturile de ducere i de ntoarcere ale celor trei bobine ale nf ur rii secundare de pe cele

    trei coloane S11, S12, S21, S22, S31, S32;(d) regiunilede tip ntrefier, INTREF1, .... INTREF6, de grosime redus , ntre coloanele i

    jugurile miezului magnetic;

    (e) regiunea AER.

    5.5.2. Circuitul ata at modelului de cmp. Circuitul din figura 5.30, care se asociazmodelului de cmp, con ine urm toarele elemente:

    - componentele de tip bobine filiforme corespunz toare laturilor de ducere i de ntoarcereale primei faze primare BP11, BP12, ale celei de a doua faze BP21, BP22 i ale fazei a treiaBP31, BP32. Cele trei faze prima