Transformator

Un transformator este o mașină electrică statică care transferă energie electrică între 2 sau mai multe circuite prin principiul inducției electromagnetice. Așa cum se arată în Figura 1, transformatorul este format dintr-un miez (de obicei oțel laminat), o înfășurare primară și o înfășurare secundară. Un curent care variază în timp în bobina primară produce un câmp magnetic care variază în timp. De această dată câmpul magnetic variabil induce o tensiune în bobina secundară. Acest lucru se datorează principiului legii inducției Faraday. Deci, puterea poate fi transferată cu ușurință de la un circuit la altul fără contact fizic. Deci, de ce este atât de important.

efectuați

Aplicațiile transformatoarelor Transformatoarele găsesc aplicații utile în industria energiei electrice. În aplicațiile de energie electrică, transformatoarele sunt utilizate pentru a crește sau reduce tensiunea de curent alternativ. De la adoptarea energiei de curent alternativ, transformatoarele au devenit omniprezente în industria de transport și distribuție a energiei electrice. Transformatoarele sunt, de asemenea, utilizate în industria electronică și RF și, prin urmare, variază în mărime. Cele mai mici transformatoare utilizate în industria RF sunt de ordinul a câtorva centimetri cubi, iar transformatoarele de mare putere utilizate pentru interconectarea rețelelor electrice pot fi de ordinul câtorva metri cubi și pot cântări câteva tone.

Pierderi în transformatoare

Există 2 tipuri principale de pierderi într-un transformator care sunt utile inginerilor.

  • Pierderea miezului
  • Pierderea înfășurării

Obiectivul unui design bun este de a reduce pierderile din transformator. Odată proiectat un transformator, inginerii construiesc un prototip și apoi măsoară pierderile folosind teste de circuit deschis și scurtcircuit. De asemenea, aceste teste permit inginerilor să creeze un circuit echivalent al unui transformator. Odată ce aveți circuitul echivalent al unui transformator, este foarte ușor să înlocuiți transformatorul cu circuitul său echivalent și să efectuați simularea nivelului sistemului.

Test de circuit deschis

Testul de circuit deschis, așa cum se arată în Figura 2 prin diagrama sa de conectare, este utilizat pentru a determina pierderea miezului într-un transformator. După cum sugerează și numele, nu există sarcină într-una dintre înfășurări (de obicei partea de înaltă tensiune a transformatorului). Tensiunea în înfășurarea de joasă tensiune este crescută treptat până când este egală cu tensiunea nominală a circuitului de joasă tensiune. Wattmetrul care este conectat la circuitul de joasă tensiune este utilizat pentru a măsura puterea de intrare și această valoare este considerată a fi pierderea de bază din transformator.

Figura 2 - Test de circuit deschis

Test de scurtcircuit

Figura 3 prezintă schema de conectare a testului de scurtcircuit. Partea de joasă tensiune a transformatorului este scurtcircuitată. Acum, în partea de înaltă tensiune, tensiunea este crescută treptat până când curentul atinge curentul nominal al laturii de înaltă tensiune. Citirea wattmetrului poate fi aproximată ca pierderea de cupru din transformator. Deci, testul de scurtcircuit este utilizat pentru a determina pierderea de cupru din transformator.

Figura 3 - Test de scurtcircuit

Simulare test de circuit deschis și scurtcircuit

Caracteristica interesantă despre simularea în EMS este abilitatea de a efectua ambele teste menționate mai sus practic în SolidWorks. Pentru testul cu circuit deschis, sunt necesare următoarele intrări.

  1. Proprietatea materialului miezului - curba B-H a materialului din oțel, detalii de laminare, curba de pierdere a miezului pentru laminat (curba P-B)
  2. Tensiunea nominală în partea de joasă tensiune trebuie aplicată înfășurării de joasă tensiune
  3. Partea de înaltă tensiune trebuie menținută deschisă adică la înfășurarea de înaltă tensiune trebuie aplicat un curent egal cu 0 Amperi
Odată ce simularea este finalizată, EMS dă pierderea de bază ca ieșire. Odată, puteți obține, de asemenea, curentul lateral de joasă tensiune de la EMS. Pentru a efectua simularea testului de scurtcircuit sunt necesare următoarele intrări.
  1. Partea de joasă tensiune trebuie scurtcircuitată. Prin urmare, aplicăm o tensiune 0 pe înfășurarea de joasă tensiune.
  2. În înfășurarea de înaltă tensiune aplicăm diferite tensiuni și măsurăm curentul până obținem curentul egal cu curentul nominal în partea de înaltă tensiune. Acest lucru poate fi realizat folosind simularea parametrică în EMS, unde tensiunea aplicată poate fi variată și curentul poate fi măsurat. Apoi luăm valoarea tensiunii care dă curentul nominal și efectuăm simularea de scurtcircuit.

Discutarea rezultatelor, inclusiv circuitul echivalent În această secțiune, vă voi arăta pe scurt modelarea în cadrul EMS și voi discuta rezultatele obținute. Figura 4 prezintă modelul SolidWorks utilizat pentru simulare. Figura 5 prezintă materialul utilizat pentru laminat. Figura 6 prezintă definiția bobinei din interiorul EMS. Rezultatele sunt obținute atât pentru simulările de circuit deschis, cât și pentru cele de scurtcircuit. În EMS, fiecare test a fost efectuat ca un studiu separat. Figura 7 prezintă tabelul cu rezultate și Figura 8 prezintă graficul grafic al densității fluxului magnetic pentru testul de circuit deschis.

Discutarea rezultatelor, inclusiv circuit echivalent

În această secțiune, vă voi arăta pe scurt modelarea în cadrul EMS și voi discuta despre rezultatele obținute. Figura 4 prezintă modelul SolidWorks utilizat pentru simulare. Figura 5 prezintă materialul utilizat pentru laminat. Figura 6 prezintă definiția bobinei din interiorul EMS. Rezultatele sunt obținute atât pentru simulările de circuit deschis, cât și pentru cele de scurtcircuit. În EMS, fiecare test a fost efectuat ca un studiu separat. Figura 7 prezintă tabelul cu rezultate și Figura 8 prezintă graficul grafic al densității fluxului magnetic pentru testul de circuit deschis.

Concluzie

EMS pentru SolidWorks este un software de simulare foarte eficient și la îndemână în care inginerii pot crea geometria 3D a transformatoarelor lor și pot simula atât teste de circuit deschis, cât și de scurtcircuit. Pierderea de bază calculată prin testul de circuit deschis a fost de 11 wați, iar pierderea de cupru calculată prin testul de scurtcircuit a fost de aproximativ 188 și respectiv 200 W în bobinele primare și respectiv secundare. Figura 9 prezintă circuitul echivalent final pentru transformator.

Figura 9 - Circuitul echivalent al transformatorului

Urmăriți seminarul nostru web despre simularea transformatoarelor

Pentru a viziona EMS în acțiune și a vedea cum să simulați atât studii deschise, cât și de scurtcircuit în EMS, faceți clic mai jos pentru a viziona webinarul nostru despre transformator.