Введение к работе
Актуальнооть проблемы. Проблема создания электроустановок преобразования переменного тока частотой 50 ГЦ в постоянный и ток повышенной частоты, постоянного в переменяй, постоянного в постоянный о другими параметрами, а также агрегатов бесперебойного питания (АБП) на их основе требует решения комплекса вопросов, среда которых важное место 8аніашют расчета трансформаторов и реакторов, масса, потери, габариты которых существенно влияют на технико-экономические показатели преобразователей, а в ряде случаев являются определяющими. Тэкие расчеты необходимы как на стадии выбора принципиальной схемы преобразователя, так и для уточнения технических требований к элементам схемы, а также для правильного выбора конструкции или материала магнитопровода и обмоток трансформаторов и реакторов.
Трансформаторы и реакторы преобразовательных установок занимают промежуточное положение нежду энергетическим оборудованием радиоэлектронной аппаратуры. В энергетике для сокращения времени проектирования обнчно находят уже изготовленный трансформатор или реактор аналогичной конструкции, на основе данных которого, используя "законы роста" М.Вндмара, получают размеры требуемого устройства. Трансформаторы и реакторы преобразовательных установок отличаются от энергетических гораздо большим разнообразием предъявляемых к ним требований, вызванных характером воздействий, и, следовательно, большим разнообразием конструкций, для которых при их проектировании трудно найти аналог или прототип.
Методы предварительных расчетов, которые дели бы возможность оценить технико-экономичеокие показатели трансформаторов и реакторов на стадии выбора принципиальной структуры схемы преобразователя, развиты недостаточно. Опубликованные по этому вопросу работы касаются, в основном, трансформаторов и реакторов, шепцих сечение магнитопровода, приближающееся к форме круга, и круглые обмотки. Публикации относительно трансформаторов и реакторов, имеющих магнитопровод прямоугольного сечения и овальные обмотки, наиболее часто встречающиеся в различных преобразо-зателях, изобилуют неточностями и ошибками. Это и обусловило вы-5ор темы данной работы, входящей в комплекс исследований и раз-)аботок статических преобразователей и АБП не их основе, прово-
димых ВЭИ совместно с ПО "Инвертор" (г.Оренбург).
Объектом исследования в диссертационной работе являются трансформаторы и реакторы преобразовательных установок, имеющие магнхтопроводы прямоугольного сечения и оввльные (прямоугольные) обмотки. Однако результаты работы можно использовать для трансформаторов и реакторов другого назначения, 8 также для других электромагнитных устройств, имеющих аналогичные конструкции маг-нятопроводов (магнитных усилителей, электромагнитных реле и т.п.).
Цель работы состоит в создании обобщенного метода расчета, который повысит качество проектирования трансформаторов и реакторов, позволит сократить время на их проектирование, а также увеличит точность расчетов и сократит неоправданные расходы активных материалов.
Методы исследования. На основе анализа различных методов, используемых при проектировании, выбран метод аналитической оптимизации. Он заключается в поиске минимума дифференцированием выражения целевой функции по всем независимым переменным.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Впервые разработан метод аналитической оптимизации трансформаторов и реакторов, имеющих магнитопровод прямоугольного сечения. Получены простые выражения для определения оптимальных соотношений размеров таких магнитопроводов;
-
Впервые получены аналитические решения для расчета индукции в стали магнигопровода и средней плотности тока в обмотках трансформаторов и реакторов, имеющих магнитопроводы прямоугольного сечения и ступенчатой формы, приближающейся к кругу;
-
Методы раочета оптимальных соотношений размеров трансформаторов и реакторов основаны на единых позициях и расчеты выполняются с помощью одних и тех же выражений.
Практическая ценность состоит в том, что результаты работы позволяют:
построить более совершенные ряды типоразмеров магнитопро-водов, чем в действующих стандартах;
резко уменьшить возможность получения ошибочных данных для проектирования трансформаторов и реакторов;
исключить субъективный подход к выбору электромагнитных нагрузок, что позволяет научно обоснованно снизить расход активных материалов;
- поотронть логичные программы расчетов трансформаторов и реакторов на ЭВМ и значительно уменьшить время счета.
Реализация результатов работы.
Разработанный диссертантом метод использовался для оценочных расчетов и проектирования трансформаторов и реакторов при разработках, модернизации и исследованиях преобразователей, проводимых коллективом отдела преобразовательной техники ВЭИ в 1984 - 1994 гг. Разработанный метод использовался для непосредственного расчета трансформаторов и реакторов, для определения их конструкции, выбора материала магнитопровода я обмоток на предварительной отадии проектирования преобразователей, а такхе для оценки целесообразности той или иной схемы преобразователя с точки эрения маосо-габаритных показателей трансформаторов и реакторов.
Результаты работы иопользованн при проектировании трансформаторов и реакторов следующих преобразователей, серийно выпускаемых ПО "Инвертор":
-
ПТС-ЮО (ТУІ6-435.098-85) в составе АШ-2-І00;
-
ПТС-200 (ТУІ6-229.131-83);
-
ПТС-400 (ТУІ6-229.131-83);
-
АБП-24-230-2,5-50 ОД4 (Ш6-435.050-84);
-
АШ-6,3 (ТУІ6-435.102-85);
-
АБП-ТПТЕТ-25-400-50 (ТУІ6-89 ИЩД 435334.001 ТУ);
-
Выпрямитель ВШК-І000-240;
-
Сглаживающий реактор 0,6 мін на ток 1000 А.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на 1-ой Всесоюзной научно-технической конференции "Современное состояние и перспектива развития устройств ввода-вывода информации в САПР, АСУ, технологических процессов и гибких автоматических производств" (г.Орел, 1985 г.), на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Организация электроснабжения в условиях перерывов и значительных отклонений напряжения питающей сети" (г.Саранск, 1987 г.), на 3-ем Всесоюзном научно-техническом совещания "Применение вычислительной техники для исследования и автоматизации проектирования преобразователей" (г.Няжолаев, 1989 г.), на УШ-ой Всесоюзной научно-технической конференции по трансформаторостроению (г.Запорожье, 1990 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоят из введения, четырех глав и заключения, списка литературы и приложений. Она содержит 130 страниц, из них: 85 страниц машинописного текста, 18 таблиц, 22 рисунка , 5 страниц описка литературы, включающего 47 наименований.
Похожие диссертации на Обобщенный метод оптимального проектирования трансформаторов и реакторов с прямоугольным сечением магнитопровода
