Wideband modelling and parameter estimation of two-winding transformers
Date
1999-12
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT:
This dissertation proposes a new wideband, lumped-parameter equivalent-circuit transformer
model that is suitable for parameter estimation applications, while reflecting the internal
electromagnetic behaviour of the transformer in its structure. Frequency-dependence
of the resistive and inductive model elements is investigated experimentally and provision
is made for these effects in the model structure. A procedure by which the parameters of
the proposed model structure can be estimated directly from terminal frequency response
measurements is developed and applied to a 16 k VA, 22 kV / 220 V single-phase distri bution
transformer and a 11kV/110 V single-phase voltage transformer. The transformer
model is validated by applying it to frequency-domain and time- domain simulations in
the frequency range between 10 Hz and 100 kHz. The results show that the proposed
model is able to accurately predict transformer responses in this frequency range, including
all prominent winding resonances. The physical significance of the model structure
is validated by comparing the frequency response of the voltage induced in a search coil
around the core of the 11 kV / 110 V voltage transformer to the magnetizing branch voltage
predicted by the model. From this comparison it could be concluded that the proposed
transformer model correctly represents the magnetic coupling between the transformer
windings.
Keywords: Transformer, Wideband modelling, Parameter estimation
AFRIKAANSE OPSOMMING: In hierdie proefskrif word 'n nuwe wyeband, saamgevoegde-parameter, ekwivalente stroombaan transformator-modelstruktuur voorgestel. Hierdie modelstruktuur is geskik vir die toepassing van parameter afskattingsmetodes en weerspieel die interne elektromagnetiese gedrag van die transformator. Frekwensieafhanklikheid van die resistiewe en induktiewe modelelemente word eksperimenteel ondersoek en voorsiening vir hierdie effekte word in die modelstruktuur gemaak. 'n Metodiek waardeur die parameters van die voorgestelde model vanaf terminaal frekwensieweergawe-metings afgeskat kan word, is ontwikkel en word toegepas op 'n 16 kVA, 22 kV/ 220 V enkelfase distribusietransformator en 'n 11 kV / 110 V enkelfase spanningstransformator. · Die geldigheid van die transformatormodel word bevestig deur dit in die frekwensiebereik tussen 10 Hz en 100 kHz toe te pas, in frekwensiegebied- en tydgebied-simulasies. Die resultate toon dat die voorgestelde model akkurate voorspellings van transformatorweergawes in hierdie frekwensiebereik lewer, insluitende alle prominente windingsresonansies. Die geldigheid van ·die modelstruktuur, ten opsigte van ·die interne elektromagnetiese gedrag van die transformator, is ondersoek deur die frekwensieweergawe van die spanning wat in 'n soekspoel om die kern van die 11kV/110 V spanningstransformator ge1nduseer word, te vergelyk met die magnetiserings-takspanning wat deur di~.model voorspel word. Hieruit kon die gevolgtrekking bereik word dat die voorgestelde transformator modelstruktuur die magnetiese koppeling tussen die transformatorwindings korrek verteenwoordig. Sleutelwoorde: 'fransformator, Wyeband modellering, Parameter afskatting 111
AFRIKAANSE OPSOMMING: In hierdie proefskrif word 'n nuwe wyeband, saamgevoegde-parameter, ekwivalente stroombaan transformator-modelstruktuur voorgestel. Hierdie modelstruktuur is geskik vir die toepassing van parameter afskattingsmetodes en weerspieel die interne elektromagnetiese gedrag van die transformator. Frekwensieafhanklikheid van die resistiewe en induktiewe modelelemente word eksperimenteel ondersoek en voorsiening vir hierdie effekte word in die modelstruktuur gemaak. 'n Metodiek waardeur die parameters van die voorgestelde model vanaf terminaal frekwensieweergawe-metings afgeskat kan word, is ontwikkel en word toegepas op 'n 16 kVA, 22 kV/ 220 V enkelfase distribusietransformator en 'n 11 kV / 110 V enkelfase spanningstransformator. · Die geldigheid van die transformatormodel word bevestig deur dit in die frekwensiebereik tussen 10 Hz en 100 kHz toe te pas, in frekwensiegebied- en tydgebied-simulasies. Die resultate toon dat die voorgestelde model akkurate voorspellings van transformatorweergawes in hierdie frekwensiebereik lewer, insluitende alle prominente windingsresonansies. Die geldigheid van ·die modelstruktuur, ten opsigte van ·die interne elektromagnetiese gedrag van die transformator, is ondersoek deur die frekwensieweergawe van die spanning wat in 'n soekspoel om die kern van die 11kV/110 V spanningstransformator ge1nduseer word, te vergelyk met die magnetiserings-takspanning wat deur di~.model voorspel word. Hieruit kon die gevolgtrekking bereik word dat die voorgestelde transformator modelstruktuur die magnetiese koppeling tussen die transformatorwindings korrek verteenwoordig. Sleutelwoorde: 'fransformator, Wyeband modellering, Parameter afskatting 111
Description
Thesis (PhD)--University of Stellenbosch, 1999.
Keywords
Electric transformers, Ultra-wideband radar, Electric transformers -- Windings