การจำแนกอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ของหม้อแปลงกราวด์แบบแห้งที่มีการเชื่อมต่อ ZN
ในระบบไฟฟ้าสามเฟสที่มีการแยกกลางแบบฉนวนหุ้ม เทรนซ์ฟอร์เมอร์ต่อพื้นให้จุดกลางเทียม ซึ่งสามารถต่อพื้นโดยตรงหรือผ่านรีแอคเตอร์/คอยล์ลดอาร์ก การเชื่อมต่อ ZNyn11 เป็นที่นิยม โดยแรงแม่เหล็กลำดับศูนย์ภายในและภายนอกของครึ่งวงจรเดียวกันบนแกนเดียวกันจะยกเลิกกัน ทำให้กระแสไฟฟ้าที่เกิดข้อผิดพลาดในวงจรอนุกรมสมดุลและลดแรงแม่เหล็ก/อิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์
อิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์เป็นสิ่งสำคัญ: มันกำหนดขนาดของกระแสไฟฟ้าที่เกิดข้อผิดพลาดและความต่างศักย์ระหว่างเฟสกับพื้นในระบบต่อพื้นแบบอิมพีแดนซ์
1. คุณสมบัติของเทรนซ์ฟอร์เมอร์ต่อพื้นประเภท ZN-Connected
แม้ว่าจะสามารถใช้เทรนซ์ฟอร์เมอร์เชื่อมต่อ YNd11 ได้ แต่ ZNyn11 เป็นที่นิยมมากกว่า (รูปที่ 1) ความแตกต่างหลัก:
ในกรณีที่เกิดข้อผิดพลาดทางเฟสเดียว การเลือกอิมพีแดนซ์ต่อพื้นที่เหมาะสมจะจำกัดกระแสไฟฟ้าที่เกิดข้อผิดพลาดระหว่างเฟสให้อยู่ภายในกระแสไฟฟ้าเฟสที่กำหนดสำหรับเทรนซ์ฟอร์เมอร์หลัก
2. การวิเคราะห์อิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ของเทรนซ์ฟอร์เมอร์ต่อพื้นประเภท ZN-Connected
พารามิเตอร์ทางเทคนิคหลักของโมเดลการวิเคราะห์เทรนซ์ฟอร์เมอร์ต่อพื้นแสดงในตาราง 1 โดยความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ของอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ต้องอยู่ภายใน ±7.5%
2.1 การคำนวณอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ด้วยสูตรประพันธ์แบบดั้งเดิม
ตามที่แสดงในรูปที่ 2 (การจัดเรียงวงจรของเทรนซ์ฟอร์เมอร์ต่อพื้น) อิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ถูกกำหนดเป็นอัตราส่วนของแรงดันตกในเฟสหนึ่งต่อกระแสไฟฟ้าที่เกิดข้อผิดพลาดเมื่อกระแสไฟฟ้าที่เกิดข้อผิดพลาดไหลผ่านทั้งสามเฟสพร้อมกัน ในการคำนวณ X0 ปฏิบัติตามหลักการอิมพีแดนซ์ของเทรนซ์ฟอร์เมอร์พลังงานสองวงจรทั่วไป (สมการ 1)
ในสูตร W แทนจำนวนรอบของวงจร สำหรับวงจรเชื่อมต่อ ZN W คือจำนวนรอบของครึ่งวงจร; ∑aR หมายถึงพื้นที่รั่วของฟลักซ์ที่เทียบเท่า สำหรับวงจรเชื่อมต่อ ZN คือพื้นที่รั่วของฟลักซ์ที่เทียบเท่าของสองครึ่งวงจร; ρ คือสัมประสิทธิ์ของ Rogowski; H คือความสูงของอินดักแทนซ์ของวงจร
การแทนข้อมูลในตาราง 1 ลงในสมการ (1) ค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ที่คำนวณได้คือ 70.6 Ω
2.2 การวิเคราะห์อิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ด้วยซอฟต์แวร์แม่เหล็กไฟฟ้า
ใช้ซอฟต์แวร์แม่เหล็กไฟฟ้า Magnet จาก Infolytica สำหรับการวิเคราะห์สนามแม่เหล็ก สร้างโมเดลที่ลดรูป 3D ตามลักษณะโครงสร้างของผลิตภัณฑ์ ดังแสดงในรูปที่ 3 ซอฟต์แวร์ใช้อัลกอริทึมการแก้ปัญหา T-Ω ด้วยองค์ประกอบชั้นด้วยพหุนามประมาณค่าระดับ 1 ถึง 3
การวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัด (FEA) เป็นวิธีการคำนวณเชิงตัวเลขที่มีรากฐานจากหลักการแปรผันและการประมาณค่าด้วยตาข่าย มันแปลงปัญหาค่าขอบเป็นปัญหาแปรผันที่สอดคล้องกัน (คือปัญหาค่าสุดขั้วของฟังก์ชัน) โดยใช้หลักการแปรผัน แล้วแบ่งปัญหาแปรผันออกเป็นปัญหาค่าสุดขั้วของฟังก์ชันหลายตัวแปรทั่วไปผ่านการประมาณค่าด้วยตาข่าย สุดท้ายลดลงเป็นชุดสมการพีชคณิตหลายตัวแปรสำหรับการแก้ปัญหาทางตัวเลข ในการวิเคราะห์ ได้ตั้งค่าการแบ่งตาข่ายดังนี้: อากาศที่ 80 แกนเหล็กที่ 30 และวงจรที่ 15 แผนภาพการแบ่งตาข่ายของผลิตภัณฑ์รายละเอียดในรูปที่ 4
ในอัลกอริทึมองค์ประกอบจำกัด ลำดับพหุนามสัมพันธ์กับความแม่นยำของฟังก์ชันรูปร่างของสนาม - ลำดับที่สูงขึ้นสามารถแสดงคุณสมบัติของสนามได้ดีขึ้น สำหรับโมเดลนี้ ใช้พหุนามลำดับที่ 2 ด้วยการวนซ้ำสูงสุด 20 ครั้ง ความคลาดเคลื่อนจากการวนซ้ำ 0.5% และความคลาดเคลื่อนของส่วนประกอบคอนจูเกตเกรเดียนต์ 0.01%
เพื่อทดสอบอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ของเทรนซ์ฟอร์เมอร์ต่อพื้นโดยวิธีการคู่สนาม-วงจร: ใช้กระแสไฟฟ้าที่กำหนดสำหรับแรงดันสูง (27.59 A พีคสำหรับซอฟต์แวร์) ที่จุดกลาง รักษาปลายแรงดันต่ำให้เปิดวงจร และวัดแรงดัน
2.3 การวัดอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์
อิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ถูกวัดระหว่างเทอร์มินอลสายและเทอร์มินอลกลางของเทรนซ์ฟอร์เมอร์ต่อพื้นที่ความถี่ที่กำหนด (ดังแสดงในรูปที่ 5) แสดงเป็นโอห์มต่อเฟส ค่าของมันถูกคำนวณเป็น 3U/I (ที่ U คือแรงดันทดสอบและ I คือกระแสทดสอบ) ในระหว่างการวัด ใช้กระแสไฟฟ้าที่กำหนด 19.5 A ที่เทอร์มินอลสาย และวัดแรงดันระหว่างเทอร์มินอลสายและจุดกลางเป็น 443.3 V ค่าอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ที่คำนวณได้คือ 68.2 Ω
2.4 การวิเคราะห์เปรียบเทียบค่าที่คำนวณ จำลอง และวัดได้
พารามิเตอร์ประสิทธิภาพหลักถูกเปรียบเทียบในตาราง 2 ผลลัพธ์แสดงว่าทั้งค่าที่คำนวณและจำลองอิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์ของเทรนซ์ฟอร์เมอร์ต่อพื้นใกล้เคียงกับค่าที่วัดได้ โดยมีความคลาดเคลื่อน 3.5% และ 0.88% ตามลำดับ ผลลัพธ์จากการจำลองด้วยซอฟต์แวร์แม่เหล็กไฟฟ้าใกล้เคียงกับค่าที่วัดได้มากกว่า ผลลัพธ์การวิเคราะห์สนามแม่เหล็กช่วยให้เข้าใจลักษณะการกระจายสนามแม่เหล็กของผลิตภัณฑ์ภายใต้สภาพการทำงานนี้ได้ชัดเจน ซึ่งสามารถใช้ในการปรับปรุงการออกแบบแม่เหล็กไฟฟ้าและการออกแบบโครงสร้างของผลิตภัณฑ์ตามลักษณะการกระจายสนามแม่เหล็ก
ผลลัพธ์การจำลองสนามแม่เหล็กที่ได้จากซอฟต์แวร์แม่เหล็กไฟฟ้าสอดคล้องกับค่าที่วัดได้มากกว่า ด้วยความช่วยเหลือของผลลัพธ์การวิเคราะห์สนามแม่เหล็ก ลักษณะการกระจายสนามแม่เหล็กของผลิตภัณฑ์ภายใต้สภาพการทำงานนี้สามารถเข้าใจได้ชัดเจนมากขึ้น และสามารถดำเนินการปรับปรุงการออกแบบแม่เหล็กไฟฟ้าและการออกแบบโครงสร้างของผลิตภัณฑ์ได้อย่างมีเป้าหมาย
3. สรุป
อิมพีแดนซ์ลำดับศูนย์เป็นพารามิเตอร์สำคัญของเทรนซ์ฟอร์เมอร์ต่อพื้น ซึ่งมีความต้องการความคลาดเคลื่อนที่เข้มงวดจากผู้ใช้ เมื่อคำนวณด้วยสูตรประพันธ์แบบดั้งเดิมในวิศวกรรม จะต้องทำการปรับค่าสัมประสิทธิ์ประพันธ์ ซึ่งขึ้นอยู่กับประสบการณ์ของผู้ออกแบบและแทบไม่สามารถรับประกันความแม่นยำได้
เพื่อเพิ่มความแม่นยำ บทความนี้ใช้ซอฟต์แวร์จำลองสำหรับการวิเคราะห์สนามแม่เหล็ก เปรียบเทียบกับผลลัพธ์จากสูตรประพันธ์ และตรวจสอบผ่านการทดสอบ ผลลัพธ์จากการจำลองมีความแม่นยำและสามารถตอบสนองความต้องการทางวิศวกรรมได้
