Повышение точности моделирования трансформаторов напряжения

Аннотация

Трансформаторы, рассчитанные для работы на частоте сети (50 или 60 Гц), неизбежно преобразуют и напряжения частот гармоник вплоть до 2 кГц. При моделировании трансформатора напряжения (ТН) обычно используется стандартная Т-образная схема замещения с постоянными параметрами на всех частотах. В ней можно выделить горизонтальную и вертикальную ветви. Значения параметров горизонтальной ветви для первичной и вторичной обмоток принимали равными. Для идеального ТН сопротивления и индуктивности горизонтальной ветви равны нулю, а сопротивление и индуктивность вертикальной ветви — бесконечности. Проанализирован коэффициент преобразования, равный отношению действующего напряжения на вторичной обмотке ТН к действующему напряжению на его первичной обмотке. Коэффициент преобразования идеального ТН равен отношению витков вторичной и первичной обмоток. Погрешность коэффициента преобразования определяется отличием параметров ТН от указанных идеальных значений. Требуемая точность ТН зависит от его применения. Экспериментальные исследования проведены на многоцелевом ТН типа ОСМ-1,0 УЗ. Параметры ТН в диапазоне от 50 Гц до 2 кГц находили методом трех вольтметров с помощью вольтметра 34401А. Для повышения адекватности моделирования на частотах 120 и 1000 Гц те же параметры были определены измерителем RLC типа Е7-22. Для обоих методов неопределенность измерения параметров ТН и фактическое расхождение измеренных значений двумя методами не превышали 2 %. Для получения обобщенных результатов был введен приведенный коэффициент трансформации, который для идеального ТН равен единице. С помощью измеренных параметров ТН изучали погрешности ТН и погрешности их оценок с помощью трех моделей: традиционной (с использованием четырех постоянных значений параметров, измеренных на 50 Гц), эталонной (с использованием значений параметров ТН, измеренных на всех анализируемых частотах) и новой (с использованием девяти параметров, найденных по измерениям на постоянном токе, а также на частотах 50 и 2000 Гц). Коэффициент преобразования вычисляли для всех моделей с помощью программ MicroCap и Wofram Mathematics в трех режимах: на холостом ходу, при номинальной активной нагрузке 50 Ом, при параллельном включении номинальной активной нагрузки и конденсатора 10 мкФ. Частотные погрешности первой и третьей модели находили по отношению к эталонной модели и частоты 50 Гц. Моделирование показало, что предложенная модель от 1,5 до 3,6 раз точнее стандартной.