مشخصات مقاله:
عنوان فارسی مقاله:
روش های نوین در محاسبه ماتریس اندوکتانس سیم پیچ های ترانسفورماتور برای مطالعه حالت های گذرای بسیار سریع
عنوان انگلیسی مقاله:
New Methods for Computation of the Inductance Matrix of Transformer Windings for Very Fast Transients Studies
کلمات کلیدی مقاله:
ماتریس اندوکتانس، میدان های مغناطیسی، سیم پیچ ترانسفورماتور، حالت های گذرای بسیار سریع
مناسب برای رشته های دانشگاهی زیر:
مهندسی برق
مناسب برای گرایش های دانشگاهی زیر:
تولید، انتقال و توزیع، مهندسی الکترونیک، سیستم های قدرت
وضعیت مقاله انگلیسی و ترجمه:
مقاله انگلیسی را میتوانید به صورت رایگان با فرمت PDF از باکس زیر دانلود نمایید. ترجمه این مقاله با فرمت WORD – DOC آماده خریداری و دانلود آنی میباشد.
فهرست مطالب:
چکیده
1- مقدمه
2. درون پنجرۀ هسته
الف. محاسبه پتانسیل برداری
ب. محاسبات اندوکتانس
3. درون پنجرۀ هسته (روش سری فوریۀ دوگانه)
الف. محاسبه پتانسیل برداری
ب. محاسبۀ اندوکتانس
4. دورن پنجرۀ هسته (روش سری فوریۀ تک گانه)
الف. محاسبۀ پتانسیل برداری
ب. محاسبۀ اندوکتانس
5. در نظر گرفتن کاهش اثر پوستی اندوکتانس های خودی
6. نمونۀ آزمایشی
7. نتیجه گیری
قسمتی از مقاله انگلیسی و ترجمه آن:
Abstract
To study very fast transients in transformers, computing the winding inductance matrix at very high frequencies (MHz) is required. The air-core approximation formulas cannot be used for this purpose because at very high frequencies the core behaves as a magnetic insulating wall and so the distribution of the magnetic field is quite different from that of air-core inductors. This paper presents new analytical methods for computing the winding inductance matrix at very high frequencies considering the presence of the core. A simple method, based on numerical integration of the vector potential functions, is described for the calculation of inductance outside the core window. For the region inside the core window, two different analytical solutions are developed and inductance formulas are extracted. The final expressions are simple and fast convergent. Comparisons with finite-element method simulations prove the high accuracy of the technique.
I. INTRODUCTION
THE DETAILED model of winding consisting of inductive, capacitive, and loss components has been used widely for the analysis of fast and very fast transients in transformers [1]–[15]. For very fast transients, such as those caused by switching operations in gas-insulated substations (GIS), using one segment per turn in order to achieve the required detail of the winding model [16] is needed. In very fast front transients, the flux penetration into core is negligible. The core acts as a flux barrier at very high frequencies and the distribution of the magnetic field is quite different from that of air-core inductors. This is more significant in the core window. At high frequencies, the core window shapes the distribution of the magnetic flux, affecting the values of self and mutual inductances. Very large errors have been reported when the self and mutual inductances are computed with the commonly used air-core approximations [17]. The consequence of this is that the transient response of a winding is not properly computed when the core is represented as air.
چکیده
برای مطالعۀ حالت های گذرای بسیار سریع در ترانسفورماتورها، محاسبۀ ماتریس اندوکتانس سیم پیچ در فرکانس های بسیار بالا (MHz)، نیاز می باشد. قواعد و فرمول های تقریب هستۀ هوایی را نمی توان برای این مقصود استفاده نمود، زیرا در فرکانس های بسیار بالا هسته همانند یک دیوارۀ عایق کنندۀ مغناطیسی رفتار کرده و بنابراین توزیع میدان مغناطیسی با آن القاگرهایی که هستۀ هوایی دارند، کاملاً متفاوت خواهد بود. این مقاله برای محاسبۀ ماتریس اندوکتانس سیم پیچ در فرکانس های بسیار بالا و با در نظر گرفتن وجود هسته، روش های تحلیلی جدیدی را ارائه می نماید. یک روش ساده، مبنی بر یکپارچه سازی توابع پتانسیل برداری، برای محاسبۀ اندوکتانس ِخارج از پنجرۀ هسته توصیف می شود. برای ناحیۀ درون پنجرۀ هسته، دو راه حل تحلیلی مختلف توسعه یافته و فرمول های اندوکتانس استخراج می گردند. عبارات نهایی ساده بوده و سریع همگرا می شوند. در مقایسه با روش المان محدود، شبیه سازی ها دقت بالاتر این تکنیک را اثبات می کنند.
1- مقدمه
مدل جامع و پر جزئیات سیم پیچ ترانسفورماتور شامل مؤلفه های القایی، خازنی و تلفات، به طور وسیعی برای تجزیه و تحلیل حالت های گذرای سریع و بسیار سریع در ترانسفورماتورها استفاده گردیده اند [15] [1]. برای حالت های گذرای بسیار سریع، از قبیل آنهایی که توسط عملیات کلیدزنی در پست های عایق شده توسط گاز (GIS) موجب می گردند، استفاده از یک بخش در هر دور، بنابر دستیابی به شرح لازمی از مدل سیم پیچی مورد نیاز می باشد. در پیش از گذراهای بسیار سریع، از نفوذ شار به دورن هسته صرف نظر می گردد. در فرکانس های بسیار زیاد، هسته به عنوان یک مانعی برای شار عمل کرده و توزیع میدان مغناطیسی با آن القاگرهای با هستۀ هوایی کاملاً متفاوت می باشد. این امر در پنجرۀ هسته قابل ملاحظه تر است. در فرکانس های بالا پنجرۀ هسته با تحت تأثیر قرار دادن اندوکتانس های خودی و متقابل، توزیع شار مغناطیسی را شکل می دهد . هنگامی که اندوکتانس های خودی و متقابل با تقریب های هسته هوایی متداول محاسبه می شوند، خطاهای بسیار زیادی گزارش گردیده اند [17]. نتیجۀ این امر این است که، هنگامی که هسته به صورت هوایی در نظر گرفته شود، پاسخ حالت گذرای یک سیم پیچ به درستی محاسبه نمی گردد.