книги / Практическое моделирование электротехнических систем и систем автоматики

Если к вторичной обмотке трансформатора параллельно подключить одновременно все виды нагрузки (активно-индук- тивную и емкостную), то схема модели примет вид, представленный на рис. 65.

Рис. 65. Схема модели подключения трансформатора к активно-индуктивной и емкостной нагрузке

по параллельной схеме

При запуске в работу этой модели с параметрами нагрузки R = 1000 Ом, L = 10 Н, C = 0,01 Ф на экранах ее регистраторов появляются нагрузочные характеристики трансформатора, представленные на рис. 66.

Рис. 66. Изменение напряжений и токов в обмотках трансформатора при активно-индуктивной и емкостной нагрузке по параллельной схеме

71

Изменяя значение параметра емкости (на порядок в сторону увеличения), можно убедиться в том, что при этом величина напряжения во вторичной обмотке снижается до величины, не превышающей 1 В. При уменьшении значения этого параметра ток и напряжение в этой обмотке возрастают.

Проанализируйте влияние изменения параметра индуктивности на аналогичные характеристики трансформатора.

Исследуем теперь нагрузочные характеристики трансформатора с двумя вторичными обмотками (обмотка 2 и обмотка 3). Эти исследования будем выполнять при различных коэффициентах трансформации для каждой из этих обмоток.

Задача: составить SPS-модель для исследования характеристик трехобмоточного трансформатора при различных вари-

антах его нагрузки. Схема такой модели показана на рис. 67.

Рис. 67. Схема модели подключения трансформатора к активной нагрузке по трехобмоточной схеме

Для установки параметров обмоток трансформатора раскроем меню установки параметров этого трансформатора и в строке

«Winding parameters» число 315е3 заменим на 1040е3 (эта обмотка

72

трансформатора становится повышающей). Первоначально в качестве нагрузки в обеих вторичных обмотках будет включено активное сопротивление величиной в 1 К. В этой модели к каждому из регистраторов нужно подводить по три сигнала. Поэтому элементы Mux нужно перестроить на три входа. Задержка времени включенияостаетсяпрежней, какивремярастяжкисигналарегистратора.

Постройте модель согласно схеме (см. рис. 67) и запустите ее в работу. При этом на экранах регистраторов должны появиться графики изменения тока и напряжения в обмотках трансформатора, соответствующие рис. 68.

Рис. 68. Изменение напряжений и токов в трех обмотках трансформатора при активной нагрузке

Если активную нагрузку трансформатора заменить на индуктивную и параметру индуктивности при этом придать значение 10 Н, то после запуска модели в работу содержание экранов регистраторов будет соответствовать характеру рис. 69. Измените указанным способом структуру модели и запустите ее в работу.

На следующем этапе эксперимента нагрузку в обмотках трансформатора задаем в емкостной форме. При этом емкость конденсатора должна быть равной 0,001 Ф. После запуска в работу этого варианта модели ее характеристика будет соответствовать рис. 70.

73

Рис. 69. Изменение напряжений и токов в трех обмотках трансформатора при индуктивной нагрузке

Рис. 70. Изменение напряжений и токов в трех обмотках трансформатора при емкостной нагрузке

В этом эксперименте напряжение во вторичных обмотках становится близким к нулю, хотя токи в этих обмотках пропорциональны их коэффициентам трансформации.

Если в обмотку 2 последовательно включить активно-ин- дуктивную нагрузку, а в обмотке 3 она будет активно-емкост- ной, то после запуска такой модели ее характеристика должна соответствовать рис. 71.

Анализ этих зависимостей показывает, что индуктивная нагрузка в обмотке 2 в сочетании с емкостью в обмотке 3 вызы-

74

вает появление значительных гармоник напряжения только в обмотке 2.

Рис. 71. Изменение напряжений и токов в трех обмотках трансформатора при RL-нагрузке в обмотке 2

и RC-нагрузке в обмотке 3

Рис. 72. Схема модели подключения трехобмоточного трансформатора к активно-индуктивной и емкостной нагрузке по параллельному варианту

Если согласно схеме, представленной на рис. 72, в обмотки 2 и3 моделиподключитьпо параллельнойсхеме RLC нагрузку

75

Рис. 73. Характер изменения напряжений и токов в обмотках трехобмоточного трансформатора при активно-индуктивной и емкостной нагрузке, соединенной по параллельной схеме

с параметрами R2 = 1000 Ом, L2 = 10 Н, C2 = 0,001 Ф и

R3 = 1000 Ом, L3 = 100 Н, C3 = 0,01 Ф, то нагрузочные характеристики этой модели будут соответствовать графикам, представленным на рис. 73.

4.2. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕХФАЗНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Исследование характеристик трансформаторов, подключенных к трехфазной сети, будем проводить на модели, предназначенной для решения следующей задачи:

Задача: составить SPS-модель, в которой источник трехфазного напряжения подключается трехфазным выключателем с задержкой по времени в 0,02 с к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к нагрузке

RLC-типа. Схема такой модели показана на рис. 74. Источником напряжения в этой схеме является элемент

Three-Phase Source, к которому подключается трансформатор

(двухобмоточный) типа Three-Phase Transformer (Two Windings)

по схеме «звезда–звезда (Yg)». В качестве выключателя приме-

76

нен элемент Three-Phase Breaker, управляемый элементом

Step. Элемент Three-Phase Parallel RLC Branch первоначально устанавливается в формате R со значением 1000 Ом. Параметры (V и I) в модели считываются элементами Three-Phase V-I Measurement и передаются по току и напряжению к двухлучевым элементам Scope.

Рис. 74. Схема модели подключения трехфазного трансформатора к активной нагрузке по схеме «звезда–звезда»

Постройте модель в соответствии с рис. 74 с элементами

Three-Phase Breaker и Three-Phase Parallel RLC Branch. Задайте для элемента RLC тип R со значением 1000 Ом, а для элемента Step Т = 0,01 с. Запустите модель в работу. При этом на экранах регистраторов Scope должны появиться графики, показанные на рис. 75. Сохраните полученный результат.

После этого переведите элемент Three-Phase Parallel RLC Branch в вариант RL. Параметру L задайте значение 10 Н. Запустите модель в работу. Полученный характер осциллограмм сравните с предыдущим результатом. Сохраните и этот результат.

Затем элемент Three-Phase Parallel RLC Branch переведите в вариант RС и установите параметру C значение 0,001 Ф. После запуска в работу новой модели полученный результат сравните с предыдущими результатами. Проанализируйте их совместно.

77

Рис. 75. Изменение напряжений и токов в обмотках трехфазного трансформатора, подключенного к активной нагрузке по схеме «звезда–звезда» (1 – фаза А, 2 – фаза В, 3 – фаза С)

На следующем этапе эксперимента раскройте окно установки параметров для элемента Three-Phase Transformer и переведите его обмотку 2 в вариант соединения по схеме «треугольник (Delta[D1])». Аналогично с предыдущей моделью меняйте варианты нагрузки трансформатора в последовательности R, RL и RLC. Для варианта RLС, работающего по схеме «звезда–треугольник», с установкой прежних значений параметров нагрузки полученный результат должен соответствовать рис. 76.

Если в исследуемой модели элемент Three-Phase Parallel RLC Branch заменить на Series RLC Branch и включить каж-

дый из этих элементов в соответствующую фазу трансформатора, то характер его нагрузки существенно изменится.

78

Рис. 76. Изменение характера напряжений и токов в обмотках трехфазного трансформатора при параллельном подключении нагрузки в варианте RLС по схеме «звезда–треугольник»

Задача: составить SPS-модель, в которой источник трехфазного напряжения подключается с задержкой в 0,02 с трехфазным выключателем к первичной обмотке трансформатора, с двумя вторичными обмотками. Нагрузка в этих обмотках создается последовательными элементом RLC-типа. Схема такой модели показана на рис. 77.

Первоначально элемент Three-Phase Transformer (Three Windings) установим по варианту «звезда–звезда–звезда (Yg)», ав качестве нагрузки используем в каждой фазе элементы типа Series RLC Branch в варианте RL со следующими параметрами

вкаждойфазе: R1А = 1 K, L1А = 1 H, R1В = 1 K, L1В = 10 H, R1С = 1 K, L1С = 100 H, R2А = 1 K, L2А = 100 H, R2В = 1 K, L2В = 10 H, R2С = 1 K,

L2С = 1 H. Параметры напряжения и тока для каждой обмотки выводим по отдельному каналу насоответствующий элемент Scope.

После запуска в работу этой модели с указанными параметрами и в варианте «звезда–звезда–звезда» нагрузочные характеристики каждой обмотки трансформатора будут соответствовать рис. 78.

79

Рис. 77. Схема модели подключения трехфазного трехобмоточного трансформатора к RL-нагрузке последовательного типа

в каждой фазе по схеме «звезда–звезда–звезда»

Рис. 78. Характеризменениянапряженийитоков вобмоткахтрансформатора, соединенныхпосхеме«звезда–звезда–звезда» споследовательной нагрузкойRL-типа, подключеннойккаждойфазепосхеме«звезда»

(1 – фаза А, 2 – фаза В, 3 – фаза С)

80