ELECTRIC, WITH AN EDGE
Cet article analyse et étudie les deux formes de noyau de transformateur de type sec, compare le coût des noyaux ronds et oblongs par exemple et utilise un logiciel d’éléments finis pour calculer et analyser la force de court-circuit de différentes formes de noyau d’enroulements.
Dans le système d’alimentation, les transformateurs de type sec peuvent jouer le rôle de régulation et de stabilisation de la tension, réduire le rôle des pertes de transmission de puissance, occupant un lien très important. Selon les données, dans les transformateurs de distribution, les pertes représentent plus de 40 % des pertes de transmission et de distribution, et les pertes de transmission et de distribution représentent environ 6,6 % de la production nationale d’électricité.
Avec l’accent mis par le pays sur la conservation de l’énergie et la protection de l’environnement et l’intensification continue de la concurrence sur le marché, les exigences de pertes des transformateurs sont alors de plus en plus élevées, et les coûts des transformateurs sont de plus en plus réduits.
À l’heure actuelle, afin de réduire les coûts, la plupart des fabricants ont commencé à utiliser des noyaux oblongs pour remplacer les noyaux ronds comme cadre d’installation des transformateurs, et en même temps, il a été prouvé que les noyaux oblongs peuvent également atteindre les spécifications techniques requises. . Pour cette raison, j’ai analysé ces deux formes de noyau pour les transformateurs de type sec.
La différence entre l’âme ronde et l’âme oblongue est que l’âme oblongue est obtenue sur la base de l’âme ronde et peut être utilisée comme base pour calculer l’âme oblongue appropriée. Les types de noyau rond et oblong sont illustrés aux figures 1 et 2.
Afin d’étudier les avantages et les inconvénients des deux types de noyaux, l’analyse de la taille et du coût des deux types de noyaux a été réalisée, et la simulation de la fuite du transformateur à sec avec les deux types de noyaux a été réalisée en utilisant le modèle tridimensionnel du logiciel des éléments finis afin d’étudier les avantages et les inconvénients des deux types de noyaux.
Écart admissible de perte : perte à vide, écart admissible de perte de charge : +15 % ; écart admissible de perte totale : +10 % ; écart admissible de la réactance de court-circuit : ±10 %.
Selon les exigences techniques, des calculs électromagnétiques sont effectués. Le calcul électromagnétique est une étape importante dans la conception des transformateurs. Le calcul électromagnétique optimisé du transformateur peut réduire les coûts de production, améliorer les performances de fonctionnement du produit, réduire la perte de fonctionnement du produit et avoir des avantages économiques évidents.
Les principaux paramètres techniques sont la perte à vide, la perte de charge, l’impédance et l’élévation de température. Le rôle principal du calcul électromagnétique est de guider la conception structurelle (tableau 1).
(1) Schéma à noyau rond : le noyau est un noyau triphasé à trois colonnes avec des joints à trois étages.
La largeur maximale du noyau est de 260 mm, l’épaisseur des tôles du noyau est de 246 mm et le facteur de laminage est de 0,96. La section nette de la colonne centrale est de 495,36 cm2 et la tôle d’acier au silicium est de 27QG100.
(2) Schéma de noyau rectangulaire : le noyau est un noyau triphasé à trois colonnes et un noyau rectangulaire est sélectionné. La géométrie de l’âme oblongue est déterminée, voir Figure 4. Largeur de l’âme de 180 mm, épaisseur de l’empilement de l’âme de 300 mm, rapport largeur sur épaisseur de 0,633, coefficient d’empilement de 0,96, surface de section nette de la colonne de l’âme de 494,976 cm2.
Après l’achèvement du calcul électromagnétique, les principaux indices techniques des deux schémas ont été comparés, comme indiqué dans le tableau 2.
Grâce à l’analyse (tableau 3), on constate que dans le cas de l’utilisation du même type de tôle et de fil d’acier au silicium, et les valeurs calculées de perte à vide, de perte de charge, d’élévation de température, de tension d’impédance et d’autres indices techniques sont approximativement égal, l’entraxe et le coût cuivre-fer du schéma à noyau rond sont plus élevés, et le coût du schéma à noyau rond long est principalement économisé dans la tôle d’acier au silicium.
Lorsque le transformateur est en marche, les bobines haute et basse tension seront dans le champ magnétique puissant, et lorsque la bobine est soudainement court-circuitée, le grand courant d’appel soumettra la bobine à une force électromagnétique énorme. La force électromagnétique est le résultat de l’interaction entre le courant d’appel de court-circuit et le champ magnétique de fuite dans la bobine, et la force électromagnétique excessive endommagera la bobine.
Pour cette raison, nous avons simulé le champ magnétique transitoire dans le cas d’un court-circuit du côté basse tension d’un transformateur de type sec à l’aide du logiciel électromagnétique Ansys Maxwell, en utilisant la méthode d’analyse par éléments finis (pour une phase particulière du l’enroulement basse tension du transformateur à titre d’exemple), et les diagrammes de champ sont illustrés aux figures 5 et 6.
Selon les résultats illustrés sur la figure 5 et la figure 6, la distribution de fuite magnétique axiale est principalement concentrée au milieu de l’enroulement, tandis que la fuite aux deux extrémités de l’enroulement est plus petite. La raison en est que la flexion et la déformation du fil à la fin de l’enroulement entraînent une fuite plus faible, ce qui confirme également que la force de court-circuit aux extrémités de l’enroulement est plus élevée.
Selon l’équation de la force électromagnétique pour le court-circuit du fil (sens axial ou sens des rayons).
Où B0 est la densité magnétique correspondant à la valeur en régime permanent du courant de court-circuit ; R est le rayon équivalent de la ligne électromagnétique.
Selon l’équation ci-dessus, la force de court-circuit est positivement liée à la densité magnétique de fuite et au rayon équivalent du fil électromagnétique pour un certain courant de court-circuit. Le rayon équivalent de l’enroulement BT à noyau circulaire est calculé à 209,5 mm et le rayon équivalent de l’enroulement BT à noyau oblong est de 215,927 mm pour les deux schémas ci-dessus.
De plus, d’après les résultats de simulation de la figure 6, la densité de fuite du schéma à noyau circulaire est légèrement inférieure à celle du schéma à noyau oblong, de sorte qu’en ce qui concerne la résistance aux courts-circuits du transformateur de type sec, le noyau circulaire Le schéma est plus supérieur, mais le noyau oblong peut également bien répondre aux exigences des utilisateurs.
Grâce à l’analyse comparative des deux schémas de base, il peut être déterminé que par rapport au noyau rond traditionnel, le noyau rond long peut économiser des matériaux et présente des avantages évidents en termes de taille et de coût, mais la résistance aux courts-circuits est plus faible et peut répondent également aux exigences des utilisateurs, tandis que le noyau rond traditionnel est tout le contraire.
Ensuite, afin de réduire le coût et d’occuper plus de marché, on peut s’attendre à ce qu’il y ait de plus en plus de transformateurs de type sec à noyau oblong sur le marché, tout en optimisant en continu le processus du produit, dans la mesure du possible pour éliminer l’impact des inconvénients, afin de rendre le noyau oblong pour jouer le maximum d’efficacité.
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