Abril 2015 vol. 1 num. 1 - Congresso Nacional de Matemática Aplicada à Indústria

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MODELO DE TRANSFORMADOR MONOFÁSICO UTILIZANDO UM MODELO GLOBAL PARA PERDAS POR HISTERESE E POR CORRENTES DE EDDY

SINGLE-PHASE TRANSFORMER MODEL USING A GLOBAL MODEL FOR HYSTERESIS AND EDDY CURRENTS LOSSES

França, Rommel Pinheiro ; Ferreira, Niraldo Roberto ; Almeida, Luiz Alberto Luz de ;

Artigo Completo:

O sistema elétrico é composto por diversos elementos. Da geração ao consumo, existem equipamentos, com suas especificidades, que podem possuir características lineares ou não. Um exemplo básico de equipamento não linear é o transformador. Essa característica se deve principalmente ao fato deste equipamento possuir bobinas enroladas em núcleos ferromagnéticos, os quais tendem a saturar com o aumento do fluxo magnético. Um sistema elétrico de potência ideal opera com tensões equilibradas. Neste caso, as cargas ligadas a esse sistema devem ser também equilibradas. No entanto, devido à complexidade e às interconexões dos sistemas elétricos, geralmente considera-se que o sistema real opera com tensões entre fases desequilibradas. Além disso, a existência de elementos não lineares no sistema elétrico agrega complexidade aos estudos de comportamento desses sistemas quando da ocorrência de distúrbios. Não obstante, outros fatores contribuem para gerar distúrbios ao sistema elétrico como, por exemplo, os fenômenos eletromagnéticos que podem surgir de descargas atmosféricas, operações de chaveamento (Hendrickson et al., 1953), cargas não lineares e curtos-circuitos. A ferrorressonância, por exemplo, pode surgir em topologias específicas de redes fracamente amortecidas, quando há interação entre as capacitâncias e as reatâncias saturáveis do sistema (Roy and Roy, 2009). Este fenômeno pode provocar sobreaquecimento dos condutores, inclusive das bobinas dos transformadores, além de provocar estresse na isolação com riscos de falhas operacionais e danos aos equipamentos. Dessa forma, para garantir a confiabilidade do sistema, a manutenção deve ser baseada na prevenção e predição. Para isso, modelos matemáticos são desenvolvidos na expectativa de representarem o comportamento físico dos elementos do circuito. Este trabalho pretende apresentar um modelo de transformador monofásico com núcleo saturável do tipo envolvido considerando um modelo algébrico que englobe as perdas por histerese magnética e as perdas por correntes de eddy. Para isso, serão utilizados recursos do software Matlab/Simulink® para implementação do modelo, otimização do processo, análise, comparação e discussão dos resultados.

Artigo Completo:

The electrical system is composed of several elements. Generation to consumption, there are equipment with their specificities, which may have linear or non-linear characteristics. A basic example of non-linear equipment is the transformer. This characteristic is due primarily to the fact that this equipment has coils wound on ferromagnetic cores, which tends to saturate with increasing magnetic flux. An ideal electric power system operates with balanced voltages. In this case, the loads connected to the system should be well balanced. However, due to the complexity and interconnections of electrical systems, it is generally considered that the real system operates with unbalanced voltages between phases. Moreover, the existence of non-linear elements in the electrical system adds complexity to the studies of the behavior of these systems in the event of disturbances. Nevertheless, other factors contribute to generate disturbances to the electrical system, for example, the electromagnetic phenomena that can arise from lightning, switching operations (Hendrickson et al., 1953), non-linear loads and short-circuits. The ferroresonance, for example, may arise in specific network topologies weakly damped when there is interaction between the capacitance and saturable reactance in the system (Roy and Roy, 2009). This phenomenon can cause overheating of conductors, including the coils of the transformers, in addition to causing stress in isolation with risks of operational failures and damage to equipment. Thus, to ensure system reliability, maintenance should be based on prevention and prediction. For this, mathematical models are developed in the expectation to represent the physical behavior of the circuit elements. This work aims to present a single-phase core-type transformer model considering an algebraic model encompassing the magnetic hysteresis losses and eddy current losses. For this, resources from Matlab/Simulink® software will be used for model implementation, process optimization, analysis, comparison and discussion of the results.

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Palavras-chave: Modelo de transformador monofásico , modelo de histerese L²P, núcleo ferromagnético, corrente de inrush., Single-phase transformer model, L²P algebraic hysteresis model, ferromagnetic core, inrush current.,

Palavras-chave: ,

DOI: 10.5151/mathpro-cnmai-0057

Referências bibliográficas
  • [1] de Almeida, L. A. L., Deep, G. S., Lima, A. M. N. and Neff, H. 2003. Limiting loop proximity hysteresis model. IEEE Transactions on Magnetics, vol. 39, pp. 523-528.
  • [2] de Almeida, L. A. L., Deep, G. S., Lima, A. M. N. and Neff, H. 2003. Um modelo diferencial para histerese magnética: representação algébrica recursiva. Revista Controle Andamp; Automação, vol. 14, pp. 58-68.
  • [3] Hendrickson, P. E; Johnson, I. B; Schultz, N. R. 195 Abnormal Voltage Conditions Produced by Open Conductors on 3-Phase Circuits Using Shunt Capacitors. AIEE Fall General Meeting, Kansas City, Mo., November 2-6, 195
  • [4] Jiles, D. C. and Atherton, D. L. 1983. Ferromagnetic hysteresis. IEEE Transactions on Magnetics, vol. 19, pp. 2183- 2185.
  • [5] Kirkpatrick, S; Gelatt, C. D; Vecchi, M. P. 1983. Optimization by Simulated Annealing. Science, New Series, vol. 220, no. 4598, pp. 671-680.
  • [6] Moses, P. S; Masoum, M. A. S; Toliyat, H. A. 2010. Dynamic Modeling of Three-Phase Asymmetric Power Transformers With Magnetic Hysteresis: No-Load and Inrush Conditions. IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 25, pp. 1040-1047.
  • [7] Preisach, F. 1935. Über die magnetische Nachwirkung. Zeitschrift für Physik, vol. 94, pp. 277-302.
  • [8] Rezaei-Zare, A. and Iravani, R. 2010. On the Transformer Core Dynamic During Electromagnetic Transients. IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 25, pp. 1606-1619.
  • [9] Roy, M. and Roy, C. K. 200 A Study on Ferroresonance and Its Depedence on Instant of Switching Angle of the Source Voltage. Third International Conference on Power Systems, Kharagpur, INDIA December 27-29, paper No:277.
  • [10] Swift, G. W. 1971. Power Transformer Core Behavior Under Transient Conditions. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol. 90, pp. 2206-22
  • [11] Theocharis, A. D; Milias-Argitis, J; Zacharias, T. 2008. Single-phase transformer model including magnetic hysteresis and eddy currents. Springer-Verlag Elec. Engineering, vol. 90, pp. 229-241, Feb. 2008.
  • [12] Torre, E. D. 1994. A preisach model for accommodation, IEEE Transactions on Magnetics, No. 5, vol. 30, pp. 2701- 2707.
  • [13] Visintin, A. 1994. Differential Models of Hysteresis, Springer-Verlag.
Como citar:

França, Rommel Pinheiro; Ferreira, Niraldo Roberto; Almeida, Luiz Alberto Luz de; "MODELO DE TRANSFORMADOR MONOFÁSICO UTILIZANDO UM MODELO GLOBAL PARA PERDAS POR HISTERESE E POR CORRENTES DE EDDY", p. 327-336 . In: Anais do Congresso Nacional de Matemática Aplicada à Indústria [= Blucher Mathematical Proceedings, v.1, n.1]. São Paulo: Blucher, 2015.
ISSN em b-reve, DOI 10.5151/mathpro-cnmai-0057

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