بررسی فرورزونانس مد پایه برای یک ترانسفورماتور مدل‌سازی شده از طریق روش المان محدود با لحاظ‌کردن مدل هیسترزیس برداری معکوس J-A
محورهای موضوعی : مهندسی برق و کامپیوتر
بهروز رضایی علم
1
(دانشگاه لرستان)
مرتضی میخک بیرانوند
2
(دانشگاه لرستان)
کلید واژه: المان محدودترانسفورماتورفرورزونانسمدل هیسترزیس برداری معکوس J-Aهسته غیر خطی,
چکیده مقاله :
تأثیرگذارترین عامل در پدیده فرورزونانس برای ترانسفورماتور، اشباع شدید هسته مغناطیسی و ورود به ناحیه غیر خطی است که باعث غیر سینوسی شدن جریان و ولتاژ می‌شود. از این رو چالش مهم در بررسی فرورزونانس، مدل‌سازی رفتار غیر خطی هسته مغناطیسی می‌باشد. در این مقاله برای نخستین بار با لحاظ‌کردن حلقه هیسترزیس هسته، پدیده فرورزونانس در مد پایه با کمک روش المان محدود مورد بررسی قرار گرفته شده است. برای مدل‌کردن حلقه هیسترزیس هسته از مدل برداری معکوس J-A استفاده گردیده که باعث ارائه مدل دقیق رفتار غیر خطی هسته تراسفورماتور می‌شود. با سری‌کردن خازن‌های مختلف با ترانسفورماتور مدل‌شده در حالت بدون بار، وقوع فرورزونانس در حالت ماندگار مورد تحلیل قرار گرفته و نتایج دقیقی از حلقه هیسترزیس، شکل موج ولتاژ، شکل موج جریان، اشباع هسته، تلفات مسی و تلفات آهنی به عنوان مشخصات مهم ترانسفورماتور در این شرایط، استخراج شده است. مقایسه بین نتایج حاصل از شبیه‌سازی و اندازه‌گیری، اعتبار مباحث مطرح‌شده را مورد تأیید قرار داده است.
Severe saturation of the magnetic core is the most influential factor in ferroresonance that leads to distorted currents and voltages. , modeling the nonlinear behavior of the magnetic core is the most important challenge in ferroresonance study. In this paper, finite element method in conjunction with the inverse Jiles-Atherton (JA) hysteresis model of the steel core, is employed for modeling of a single-phase transformer accurately. Then, ferroresonance is studied by inserting different capacitors in series with the unloaded transformer, and the corresponding variation of copper losses and iron losses are obtained and discussed. Ferroresonance affects the shape of the hysteresis loop that necessitates the retuning of the parameters of the JA hysteresis model. The numerical results agree well with the experimental ones.
[1] B. Patel, S. Das, C. K. Roy, and M. Roy, "Simulation of ferroresonance with hysteresis model of transformer at no-load measured in laboratory," in Proc. IEEE Region 10 TENCON Conf., 6 pp., Hyderabad, India, 19-21 Nov. 2008.
[2] P. Ferracci, Ferroresonance, Cahier Technique Schneider no. 190: Groupe Schneider, p. 9, 1998.
[3] H. Radmanesh, A. Heidary, S. H. Fathi, and G. Babamalek Gharehpetian, "Dual function ferroresonance and fault current limiter based on DC reactor," IET Gene. Transm. Dis., vol. 10, no. 9, pp. 2058-2065, Jun. 2016.
[4] H. Lamba, M. Grinfeld, S. McKee, and R. Simpson, "Subharmonic ferroresonance in an LCR circuit with hysteresis," IEEE Trans. Magn., vol. 33, no. 5, pp. 2495-2500, Sep. 1997.
[5] A. Rezaei-Zare, R. Iravani, M. Sanaye-Pasand, H. Mohseni, and S. Farhangi, "An accurate hysteresis model for ferroresonance analysis of a transformer," IEEE Trans. Power Deliver., vol. 23, no. 3, pp. 1448-1456, Jul. 2008.
[6] J. C. Lacerda Ribas, E. M. Lourenco, J. Vianei Leite, and N. Batistela, "Modeling ferroresonance phenomena with a flux-current Jiles-Atherton hysteresis approach," IEEE Trans. Magn., vol. 49, no. 5, pp. 1797-1800, May 2013.
[7] C. A. Charalambos, Z. D. Wang, P. Jarman, and M. Osborne, "2-D finite-element electromagnetic analysis of an autotransformer experiencing ferroresonance," IEEE Trans. Power Deliver., vol. 24, no. 3, pp. 1275-1283, Jul. 2009.
[8] X. Wang, D. Xie, B. Bai, N. Takahashi, and S. Yang, "3-D FEM analysis in electromagnetic system considering vector hysteresis and anisotropy," IEEE Trans. Magn., vol. 44, no. 6, pp. 890-893, Jun. 2008.
[9] J. V. Leite, A. Benabou, N. Sadowski, and M. V. F. Da Luz, "Finite element three-phase transformer modeling taking into account a vector hysteresis model," IEEE Trans. Magn., vol. 45, no. 3, pp. 1716-1719, Mar. 2009.
[10] T. D. Kefalas, G. Loizos, and A. G. Kladas, "Transformer joints FE analysis using pseudo-source technique," IEEE Trans. Magn., vol. 47, no. 5, pp. 1058-1061, May 2011.
[11] I. D. Mayergoyz and G. Friedman, "Identification problem for 3-D anisotropic preisach model of vector hysteresis," IEEE Trans. Magn., vol. 24, no. 6, pp. 2928-2930, Dec. 1988.
[12] D. C. Jiles and D. L. Atherton, "Theory of ferromagnetic hysteresis," J. Magn. Magn. Mater, vol. 61, no. 1, pp. 48-60, Sept. 1986.
[13] A. J. Bergqvist, "A simple vector generalization of the Jiles-Atherton model of hysteresis," IEEE ransT. Magn., vol. 32, no. 5, pp. 4213-4215, Sep. 1996.
[14] J. V. Leite, N. Sadowski, P. Kuo-Peng, N. J. Batistela, and J. P. A. Bastos, "Inverse Jiles-Atherton vector hysteresis model," IEEE Trans. Magn., vol. 40, no. 4, pp. 1769-1775, Apr. 2004.
[15] J. P. A. Bastos and N. Sadowski, Electromagnetic Modeling by Finite Element Methods, New York: Marcel Dekker, 0-8247-4269-9, 2003.
[16] K. Chwastek and J. Szczygłowski, "Estimation methods for the Jiles-Atherton model parameters: a review," in Proc. 2nd Symp. on Applied Electromagnetics, pp. 33-40, Zamosc, Poland, Dec.. 2008.
[17] L. S. Coelho, F. Guerra, N. J. Batistela, and J. V. Leite, "Multiobjective cuckoo search algorithm based on duffing's oscillator applied to Jiles-Atherton vector hysteresis parameters estimation," IEEE Trans. Magn., vol. 49, no. 5, pp. 1745-1748, May 2013.
[18] H. Radmanesh, G. B. Gharehpetian, and H. Fathi, "Ferroresonance of power transformers considering non-linear core losses and metal oxide surge arrester effects," Electr. Pow. Compo. Sys., vol. 40, no. 5, pp. 463-479, Mar. 2012.
[19] M. V. F. D. Luz, J. V. Leite, A. Benabou, and N. Sadowski, "Three-phase transformer modeling using a vector hysteresis model and including the eddy current and the anomalous losses," IEEE Trans. Magn., vol. 46, no. 8, pp. 3201-3204, Aug. 2010.