ТЕМА: Складання віртуальної моделі трансформатора засобами Matlab

Мета: Отримати практичні навички моделювання трансформатору у Matlab

Трансформатором називається статистичний електромагнітний пристрій з двома або декількома обмотками, що використовують явище електромагнітної індукції для перетворення струмів і напруги однієї системи в струми і напругу іншої. Особливо важливу роль трансформатори грають при передачі електричній енергії на великі відстані, оскільки в цьому випадку до надходження її споживачеві вона піддається багатократному (3 - 5 разів) перетворенню з низької напруги у високу напругу і навпаки.

Режим холостого ходу.

У режимі холостого ходу струм у вторинному ланцюзі рівний нулю (навантаження не підключене). При подачі на первинну обмотку трансформатора синусоїдальної живлячої напруги по ній протікає струм. Під дією, що зв'язує обидві обмотки магнітного потоку в обох обмотках наводиться ЕРС самоіндукції. Режим холостого ходу дозволяє визначити важливі характеристики параметрів трансформатора, таких як коефіцієнт трансформації, втрати у феромагнітному сердечнику, індуктивний опір контура намагнічення.

Режим короткого замкнення.

Вторинна обмотка при цьому замикається накоротко, а на первинну обмотку подається напруга U такої величини, при якій струм первинної обмотки має номінальне значення. Величина U, навіть для трансформаторів малої потужності, не перевищує 10 – 25 % від номінального значення.

Структурна схема віртуальної установки представлена на рис. 1.1.

 

Рис. 1.1. Модель для дослідження однофазного трансформатора

Модель містить:

· джерело змінної напруги з бібліотеки Power System Blockset / Electrical Sources;

· вимірювачі напруги, і вимірювачі струму, в первинному і вторинному ланцюгах трансформатора з бібліотеки Power System Blockset / Measurement;

· досліджуваний трансформатор (Linear Transformer) і навантаження (R Load) з бібліотеки Power System Blockset / Elements;

· вимірювачі активної і реактивної потужності в первинному і вторинному ланцюгах трансформатора (, , , ,) з бібліотеки Power System Blockset / Extras / Measuremеnt;

· блок користувача (Powergui), який вимірює значення ;

· блоки Display1, Display2 для кількісного представлення розміряних потужностей і блок Scope для спостереження форми кривих струму і напруги у вторинному ланцюзі є блоками головної бібліотеки Simulink / Sinks.

Таблиця 1.1. - Параметри трансформаторів

Тип трансформатора	Sн [кВа]	Uк [%]	Pк [Вт]	P10 [Вт]	I10 [%]
ТС-10/066		4,5
ТС-16/066		4,5			5,8
ТС-25/066		4,5			4,8
ТС-40/066		4,5			4,0
ТС-63/066		4,5			3,3
ТС-100/066		4,5			2,7
ТС-160/066		4,5			2,3

 

Базовими значеннями параметрів трансформатора є: розрахункова повна потужність S, позначена як P [ВА], номінальна частота (Гц), діюча номінальна напруга (В) відповідної обмотки. Для кожної обмотки відносні опори і індуктивність визначаються виразами:

(1.1)

де

Розрахунок відносних параметрів трансформатора здійснюється на підставі паспортних даних заводу - виготовлювача по виразах

(1.2)

(1.3)

При цьому номінальний струм трансформатора слід визначити з виразу:

 

(1.4)

У полях вікна настройки параметрів трансформатора послідовно задаються:

· потужність трансформатора і частота;

· діюча напруга і відносні параметри схеми заміщення первинної обмотки;

· діюча напруга і відносні параметри схеми заміщення вторинних обмоток;

· відносні параметри гілки намагнічення;

· змінні стани трансформатора, які вимірюються блоком Multimeter.

Оскільки блок Multimeter не використовується, то в полі Measurement з випадного меню вибирається опція None.

У полях вікна настройки параметрів джерела живлення задаються:

· амплітуда джерела (В);

· початкова фаза в градусах;

· частота (Гц);

· зразок часу (с);

· змінні, вимірювані блоком Multimeter.

Напруга і частота джерела повинні відповідати параметрам трансформатора.

У полях вікна настройки параметрів навантаження задаються R, L, С. Для виключення реактивних елементів індуктивність повинна бути задана рівною нулю, а ємність - нескінченність (inf). У вікні настройки параметрів вимірювальника потужності вказується частота, на якій вимірюється активна і реактивна потужності. У полях вікна настройки дисплея вказується формат представлення числових результатів, в полі Decimation (розбиття) задається число кроків обчислення, через які значення виводяться на дисплей.

Тип трансформатора для виконання роботи задається викладачем. Заповнюється вікно настройки параметрів моделювання.

Визначення параметрів схеми заміщення по п. 4.1 і порівняння їх із заданими у вікні настройки проводиться за допомогою методів холостого ходу і короткого замкнення. При холостому ході навантаження відключене, трансформатор живить номінальною напругою. Значення напруги і струмів трансформатора, що діють, при холостому ході визначаються у вікні блоку Powergui.

Активна потужність в режимі холостого ходу рівна втратам в сердечнику трансформатора.

Відносні параметри гілки намагнічення розраховуються по виразах (1.1-1.4).

Дослід короткого замкнення проводиться при короткому замкненні у вторинному ланцюзі. При цьому напруга джерела живлення повинна бути рівною напрузі короткого замкнення трансформатора (U_k = 29,7 В).

Активна потужність в режимі короткого замкнення при первинному струмі короткого замнення рівному номінальному, визначає втрати в обмотках трансформатора. Після проведення дослідів і розрахунку параметрів слід порівняти їх з тими, які були введені у вікно параметрів.

Зняття навантажувальної і робочих характеристик трансформатора проводиться на моделі (рис. 1.1) при зміні опору навантаження (0,2 - 1,2) R_ном. При цьому для кожного значення опору навантаження здійснюється моделювання. Номінальний опір навантаження розраховується по формулі:

(1.5)

При проведенні досліджень заповнюється табл. 1.2.

Таблиця 1.2. Розміряні і розраховані значення

Нагр.	Вимірювання	Обчислення
Rн, [Ом]	Р1, [Вт]	Q1, [ВА]	U1, [B]	I1, [A]	P2, [Вт]	Q2, [ВА]	U2, [B]	I2, [A]	, [град]	, [град]

Обчислення проводяться по виразах:

(1.6)

За даними табл. 1.2 будується характеристика навантаження трансформатора і на окремому рисунку - робочі характеристики. Форми напруги і струму на вторинній обмотці трансформатора, отримані за допомогою осцилоскопа Scope.

ПРАКТИЧНЕ ЗАНЯТТЯ №15