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ヒステリシス付き可飽和変圧器

この例では、可飽和変圧器のヒステリシスのシミュレーションを示します。

S. Casoria (Hydro-Quebec) and P. Brunelle (TransEnergie)

説明

三相変圧器の 1 つの相が 500 kV、5000 MVA ネットワークに接続されています。変圧器の定格は 500 kV/230 kV、450 MVA (相あたり 150 MVA) です。変圧器の磁束電流の飽和特性は、ヒステリシスまたは単純な区分的非線形特性でモデル化されます。

Three-Phase Programmable Voltage Source は、500 kV ネットワークに相当する内部電圧を変更するために使用されます。最初の 3 サイクルでの電源電圧は 0.8 pu にプログラムされています。そして、3 サイクル後 (0.05 秒後) に、電圧は 37.5% (最大 1.10 pu) 増加します。変圧器の通電時の突入電流および残留磁束について説明すると、始めは閉じている回路ブレーカーは 6 サイクル後 (0.1 秒後) でまず開き、9 サイクル後 (0.15 秒後) でもう一度閉じます。

シミュレーションが開始されると、変圧器の初期の磁束 phi0 はゼロに設定され、その磁束がゼロの周りに対称的なままであるように、電源の位相角が 90°に調整されます。

Multimeter ブロックおよび Scope ブロックは、磁束、磁化電流 (RM 抵抗によりモデリングされる渦電流を含まない)、励磁電流 (RM によりモデル化される渦電流を含む)、電圧、および一次巻線に流れ込む電流の波形を監視するために使用します。X-Y Graph ブロックは、磁束電流特性上を移動する変圧器の動作点を監視するために使用します。

シミュレーション

1) ヒステリシス付き飽和のシミュレーション

変圧器のメニューを開き、[Simulate hysteresis] チェック ボックスを選択します。Powergui の [Hysteresis design] ツールを使用して、ヒステリシス特性を読み込みます ('hysteresis.mat' ファイルの読み込み)。磁束と励起電流が pu 単位で表示されることに注目してください。[Parameter units] ポップアップ メニューを使用すると、pu 単位を SI 単位に変換できます。飽和特性は次の 2 つの範囲で構成されます。1) 主要ヒステリシス ループは以下のとおりです。この範囲では、1 つの電流値に 2 種類の磁束値があります。2) メイン ループの最大点 (Is,Fs) から始まる単純な線区分により定義される飽和領域。ヒステリシス ループは、メイン ループに赤い X 印を付けた [I=0; 残留磁束 (Fr = 0.85 pu)]、[強制電流 (Ic = 0.004 pu); F = 0]、[飽和電流 (Is = 0.015 pu); 飽和磁束 (Fs = 1.2 pu)] の 3 点、および強制電流 (F = 0) 時のスロープ dF/dI により定義されます。[Zoom around hysteresis] チェック ボックスおよび [表示] を使用すると、特性の全体を表示したり、ヒステリシスをズームできます。

シミュレーションを開始し、2 つの Scope ブロックの次の現象を観察してください。

0 ~ 0.05 秒: 電圧および磁束のピーク値は 0.8 pu です。磁化電流の通常の方形波に注目してください。残留磁束が指定されなかった場合は、磁化電流と磁束は対称になります。磁束は内部ループ (メイン ループ内) を通過します。

0.05 ~ 0.1 秒: 電圧は 1.1 pu です。これで磁束は約 +1.1pu に達しました。電圧変更時にわずかな磁束非対称性が発生します。+1.14 pu および -1.05 pu の間で変化する磁束は、メイン ループを通過するようになります。電流パルスが磁化電流 (黄色いトレース、Imag) に表れ、飽和が始まることを示します。

0.1 ~ 0.15 秒: ブレーカーを開く命令後の最初のゼロクロッシング時に、電流が中断されて、0.84 pu の磁束は変圧器の鉄心に吸収されたままになります。

0.15 ~ 0.2 秒: 9 サイクル後にブレーカーはもう一度閉じ、電源電圧のゼロクロッシング時に、さらに約 1 pu の磁束オフセットが発生します。これでピーク磁束は 1.85 pu に達し、変圧器を飽和領域に駆動します。これで、ピーク励起電流は 0.81 pu に達しました。

2) 区分的非線形特性を用いた飽和のシミュレーション

変圧器のメニューを開き、[Simulate hysteresis] の選択を解除します。これで、7 点で定義される区分非線形一価特性により、飽和がシミュレートされるようになりました。電流/磁束のペア (pu 単位) は次のとおりです。[0 0; 0.0 0.85; 0.015 1.2; 0.03 1.35; 0.06 1.5; 0.09 1.56; 0.12 1.572].飽和領域は同じですが、ヒステリシス ループはシミュレートされません。この一価性により、残留磁束の指定が可能となります (phi0=0 磁束をヒステリシス飽和モデル付きとして保持)。シミュレーションを開始し、波形を比較します。