Особенности моделирования трансформаторных схем

При моделировании трансформаторных схем возможны три варианта модели.

1 - упрощенная модель, с цепью источника, приведенной к вторичной стороне трансформатора (рис. 3.16). При этом использовать блок трансформатора вообще не требуется.

Рис. 3.16. Упрощенная однофазная модель, с цепью источника приведенной к вторичной стороне трансформатора.

В однофазных схемах используется блок источника переменного напряжения “AC Voltage Source” (рис. 3.16), в параметрах которого указывается номинальная амплитуда и частота ЭДС вторичной стороны. Сопротивление и индуктивность рассеяния трансформатора, приведенные к фазе вторичной обмотки, определяются согласно (1.2), (1.3) и учитываются в блоке последовательной RLC-цепи “Series RLC Branch” (рис. 3.16).

Если моделируется однофазный выпрямитель со средней точкой, то каждая вторичная обмотка заменяется моделью, приведенной на рисунке 3.16, а “конец” одной обмотки соединяется с “началом” второй и с выводом нагрузки, например посредством соединителя “Bus Bar (thin horiz)” из библиотеки “SimPowerSystems\Connectors\”.

В трехфазных схемах достаточно использовать блок трехфазного источника напряжения 3-Phase Source, в параметрах которого указывается номинальное действующее значение линейного напряжения и частота ЭДС вторичной стороны. Сопротивление и индуктивность рассеяния одной фазы трехфазного трансформатора, приведенные к одной фазе вторичной обмотки, определяются согласно (1.2), (1.3) и учитываются также в блоке трехфазного источника напряжения 3-Phase Source.

Недостаток такой модели – невозможность непосредственного измерения электромагнитных и энергетических параметров первичной стороны.

2 – модель с “идеальным” трансформатором (рис. 3.17). В этом случае в блоке линейного трансформатора “Linear Transformer” задаются только номинальная мощность и частота трансформатора, номинальные действующие значения напряжений первичной и вторичной сторон. Приведенное сопротивление первичной цепи R1 задается очень малым, например - 1e-5, но отличным от нуля. Остальные приведенные параметры обмоток задаются равными нулю. В параметрах цепи намагничивания - сопротивление Rm задается очень большим, например - 1e5, Lm = inf (см. рис. 3.17).

В блоке первичного источника переменного напряжения “AC Voltage Source” задаются его реальные номинальные параметры.

Рис. 3.17. Модель с “идеальным” трансформатором.

Реальные абсолютные значения резистивных сопротивлений и индуктивностей рассеяния первичной и вторичной обмоток определяются согласно (1.4) и учитываются в соответствующих блоках “Series RLC Branch”.

В модели однофазного выпрямителя со средней точкой параметры третьей обмотки задаются также как второй.

В трехфазных схемах параметры “идеального” трехфазного трансформатора задаются по аналогии. Реальные сопротивления и индуктивности рассеяния одной фазы трехфазного трансформатора определяются согласно (1.4) и учитываются на первичной стороне в блоке трехфазного источника напряжения “3-Phase Source”, на вторичной стороне в блоке последовательной трехфазной RLC-цепи “3-Phase Series RLC Branch”.

Если параметры схемы замещения определены по результатам полного расчета или по данным реального трансформатора, то соответствующие абсолютные значения параметров обмоток заносятся в соответствующие блоки “Series RLC Branch” (“3-Phase Series RLC Branch”) или “3-Phase Source”.

3 – стандартная модель с “реальным” трансформатором.

Если параметры схемы замещения определены по результатам полного расчета или по данным реального трансформатора, то соответствующие абсолютные значения параметров обмоток необходимо привести к базовым величинам [27, 28, 31]. Программа m -файла для расчета приведенных параметров схемы замещения трансформатора (в MATLAB\SimPowerSystems), по данным опытов холостого хода и короткого замыкания или по паспортным данным на трансформатор, приведена на рис. 3.18. В программе (рис. 3.18) параметр kf определяется числом фаз трансформатора и учитывает, что параметры приводятся к фазным базовым величинам. Для однофазных схем kf = 1, для трехфазных kf = 3.

Рис. 3.18. Программа расчета приведенных параметров схемы замещения трансформатора (в MATLAB\SimPowerSystems) по данным опытов холостого хода и короткого замыкания.

Для примера рисунка 3.18 получим следующие результаты: = 98,776 (Ом), = 7,274 (Ом), = 5378 (Ом), 496 (Ом), = 54,44, 5, R1 = 2,424 (Ом), X1 = 2,581 (Ом), R2 = 0,1785 (Ом), X2 = 0,19 (Ом), =0,0245, = 0,0261.

Независимо, какой из трех вариантов моделей используется, при правильном определении и задании параметров трансформатора результаты моделирования должны быть практически идентичны.