Цель работы. Разработка нового высокоэффективного подхода для определения параметров силового трансформатора в режимах холостого хода и короткого замыкания на основе схемно-полевого моделирования электромагнитных процессов, позволяющего учитывать особенности конструкции, влияние нелинейных свойств проводниковых и ферромагнитных материалов, обладающего высокой точностью, и простотой численной реализации.
Методы исследований. Математическое моделирование электромагнитных полей трехфазных трансформаторов с плоскими магнитными системами в режимах холостого хода и короткого замыкания методами теории электромагнитных полей, конечных элементов, теории электрических цепей; обобщение данных моделирования методами линейной и полиномиальной регрессии.
Основные результаты. Разработана схемно-полевая модель электромагнитных процессов в силовом трансформаторе для режимов холостого хода и короткого замыкания, позволяющая учитывать влияние особенностей конструкции активной части, нелинейность свойств проводниковых и магнитных материалов. Установлено, что в режиме холостого хода магнитный поток локализуется в стержнях магнитной системы, а в режиме короткого замыкания он вытесняется в области обмоток и главных каналов рассеяния. Особенности конструкции плоских трехфазных магнитных систем обуславливают неравномерное распределение магнитных потоков по стержням и ярмам при симметрии фазных токов намагничивания. Поэтому наибольшие индукции в режиме холостого хода характерны для стержня фазы В, а их действующие значения на 15…18% превышают аналогичные значения в стержнях фаз А и С. В режиме опытного короткого замыкания значения индукции на два порядка ниже по сравнению с режимом холостого хода, а ее распределение симметрично для всех фаз активной части трансформатора.
Разработана высокоэффективная методика определения параметров силового трансформатора в режимах холостого хода и короткого замыкания на основе схемно-полевого моделирования электромагнитных процессов. Апробация новой методики для трансформаторов второго и третьего габаритов показала простоту численной реализации и высокую точность, за счет учета особенностей конструкции и влияния нелинейных свойств проводниковых и ферромагнитных материалов. Благодаря данному подходу обеспечивается снижение погрешности при определении параметров холостого хода на 12–16% и короткого замыкания – на 5–8% по сравнению с общеизвестными методиками.
Разработана методика корректировки параметров для различных ступеней РПН с использованием уравнений линейной и параболической регрессии, обобщающих нормированные характеристики холостого хода и короткого замыкания для различных серий трансформаторов, которая существенно сокращает затраты времени на этапах конструкторской подготовки производства и значительно повышает точность расчета параметров холостого хода и короткого замыкания. Относительная погрешность методики коррекции параметров для режима холостого хода не превышает 2,82%, а для режима короткого замыкания – 0,7%.
Научная новизна. Разработан и реализован новый эффективный подход для определения параметров силового трансформатора в режимах холостого хода и короткого замыкания, на основе схемно-полевого моделирования электромагнитных процессов в силовом трансформаторе с последующей корректировкой методами линейной и полиномиальной регрессии нормированных характеристик холостого хода и короткого замыкания с учетом заданных положений РПН. Он обладает высокой точностью и эффективностью, простотой численной реализации, позволяет учитывать влияние конструктивных параметров, нелинейность электрофизических и магнитных свойств материалов и может применяться для трансформаторов различных серий.
Практическая значимость. Применение предложенного подхода для определения параметров трансформатора на основе методов схемно-полевого моделирования и нормирования позволяет снизить погрешность расчета параметров холостого хода и короткого замыкания на 12–16% и 5–8%, соответственно, по сравнению с общеизвестными методиками.

схема замещения; математическая модель; электромагнитные процессы; метод конечных элементов; параметры; сопротивление; холостой ход; короткое замыкание; силовой трансформатор