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Este documento analiza y estudia las dos formas de núcleo del transformador de tipo seco, compara el costo de los núcleos redondos y oblongos por ejemplo, y utiliza software de elementos finitos para calcular y analizar la fuerza de cortocircuito de diferentes formas de núcleo de devanados.
En el sistema de energía, los transformadores de tipo seco pueden desempeñar el papel de regulación y estabilización de voltaje, reducir el papel de las pérdidas de transmisión de energía y ocupar un enlace muy importante. Según los datos, en los transformadores de distribución las pérdidas representan más del 40% de las pérdidas de transmisión y distribución, y las pérdidas de transmisión y distribución representan alrededor del 6,6% de la generación eléctrica nacional.
Con el énfasis del país en la conservación de la energía y la protección del medio ambiente y la continua intensificación de la competencia en el mercado, los requisitos de pérdidas del transformador son cada vez más altos, y los costos del transformador se reducen cada vez más.
En la actualidad, con el fin de ahorrar costos, la mayoría de los fabricantes han comenzado a utilizar núcleos oblongos para reemplazar los núcleos redondos como marco de instalación de los transformadores y, al mismo tiempo, se ha demostrado que los núcleos oblongos también pueden lograr las especificaciones técnicas requeridas. . Por esta razón, analicé estas dos formas de núcleo para transformadores de tipo seco.
La diferencia entre el núcleo redondo y el oblongo es que el núcleo oblongo se obtiene sobre la base del núcleo redondo y se puede utilizar como base para calcular el núcleo oblongo apropiado. Los tipos de núcleo redondo y oblongo se muestran en las Figuras 1 y 2.
Para estudiar las ventajas y desventajas de los dos tipos de núcleos, se llevó a cabo el análisis de tamaño y costo de los dos tipos de núcleos, y se realizó la simulación de la fuga del transformador tipo seco con los dos tipos de núcleos. utilizando el modelo tridimensional del software de elementos finitos para estudiar las ventajas y desventajas de los dos tipos de núcleos.
Desviación admisible de pérdida: pérdida sin carga, desviación admisible de pérdida con carga: +15%; desviación admisible de pérdida total: +10%; Desviación admisible de la reactancia de cortocircuito: ±10 %.
De acuerdo con los requisitos técnicos, se realizan cálculos electromagnéticos. El cálculo electromagnético es un paso importante en el diseño de transformadores. El cálculo electromagnético optimizado del transformador puede reducir el costo de producción, mejorar el rendimiento de la operación del producto, reducir la pérdida de operación del producto y tener beneficios económicos obvios.
Los principales parámetros técnicos son la pérdida sin carga, la pérdida con carga, la impedancia y el aumento de temperatura. El papel principal del cálculo electromagnético es guiar el diseño estructural (Tabla 1).
(1) Esquema de núcleo redondo: el núcleo es un núcleo trifásico de tres columnas con juntas de tres etapas.
El ancho máximo del núcleo es de 260 mm, el grosor de las laminaciones del núcleo es de 246 mm y el factor de laminación es de 0,96. El área transversal neta de la columna central es 495,36 cm2 y la hoja de acero al silicio es 27QG100.
(2) Esquema de núcleo rectangular: el núcleo es un núcleo trifásico de tres columnas y se selecciona un núcleo rectangular. Se determina la geometría del núcleo alargado, consulte la Figura 4. 180 mm de ancho del núcleo, 300 mm de espesor de la pila del núcleo, 0,633 de relación ancho a espesor, 0,96 coeficiente de pila, 494,976 cm2 de área transversal neta de la columna del núcleo.
Después de completar el cálculo electromagnético, se compararon los principales índices técnicos de los dos esquemas, como se muestra en la Tabla 2.
A través del análisis (Tabla 3), se encuentra que en el caso de usar el mismo tipo de lámina y alambre de acero al silicio, y los valores calculados de pérdida sin carga, pérdida con carga, aumento de temperatura, voltaje de impedancia y otros índices técnicos son aproximadamente iguales, la distancia entre centros y el costo de cobre-hierro del esquema de núcleo redondo son más altos, y el costo del esquema de núcleo redondo largo se ahorra principalmente en la lámina de acero al silicio.
Cuando el transformador está funcionando, las bobinas de alto y bajo voltaje estarán en un fuerte campo magnético, y cuando la bobina se cortocircuite repentinamente, la gran corriente de entrada hará que la bobina esté sujeta a una gran fuerza electromagnética. La fuerza electromagnética es el resultado de la interacción entre la corriente de entrada de cortocircuito y el campo magnético de fuga en la bobina, y la fuerza electromagnética excesiva dañará la bobina.
Por esta razón, hemos simulado el campo magnético transitorio en el caso de un cortocircuito en el lado de baja tensión de un transformador tipo seco utilizando el software electromagnético Ansys Maxwell, utilizando el método de análisis de elementos finitos (para una fase particular del devanado de baja tensión del transformador como ejemplo), y los diagramas de campo se muestran en las Figuras 5 y 6.
Según los resultados que se muestran en la Fig. 5 y la Fig. 6, la distribución de fugas magnéticas axiales se concentra principalmente en la mitad del devanado, mientras que las fugas en los dos extremos del devanado son menores. La razón de esto es que la flexión y deformación del cable al final del devanado conduce a una fuga menor, lo que también confirma que la fuerza de cortocircuito en los extremos del devanado es mayor.
De acuerdo con la ecuación de fuerza electromagnética para cortocircuito de cable (dirección axial o radial).
Donde B0 es la densidad magnética correspondiente al valor de régimen permanente de la corriente de cortocircuito; R es el radio equivalente de la línea electromagnética.
De acuerdo con la ecuación anterior, la fuerza de cortocircuito está positivamente relacionada con la densidad magnética de fuga y el radio equivalente del cable electromagnético para una cierta corriente de cortocircuito. El radio equivalente del devanado de BT de núcleo circular se calcula en 209,5 mm y el radio equivalente del devanado de BT de núcleo oblongo es de 215,927 mm para los dos esquemas anteriores.
Además, a partir de los resultados de la simulación en la Figura 6, la densidad de fuga del esquema de núcleo circular es ligeramente menor que la del esquema de núcleo oblongo, en lo que respecta a la resistencia de cortocircuito del transformador de tipo seco, el núcleo circular El esquema es más superior, pero el núcleo oblongo también puede cumplir bien con los requisitos de los usuarios.
A través del análisis comparativo de los dos esquemas de núcleo, se puede determinar que, en comparación con el núcleo redondo tradicional, el núcleo redondo largo puede ahorrar materiales y tiene ventajas obvias en términos de tamaño y costo, pero la resistencia al cortocircuito es más débil y puede también cumple con los requisitos del usuario, mientras que el núcleo redondo tradicional es todo lo contrario.
Luego, para reducir el costo y ocupar más mercado, se puede esperar que haya más y más transformadores de tipo seco de núcleo oblongo en el mercado, mientras que al mismo tiempo solo se optimiza continuamente el proceso del producto, en la medida de lo posible para Elimina el impacto de las desventajas, para que el núcleo oblongo juegue con la máxima eficacia.
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