Моделювання трансформуючих елементів з секціонуванням обвиток у складі перетворювачів напруги змінного струму
Трансформуючі елементи з секціонуванням обвиток, що є складовими трансформаторно-ключових виконавчих
 структур (ТКВС) перетворювачів напруги змінного струму, відрізняються багатоваріантністю сполучень одночасно
 працюючих секцій та їхнього струмового завантаження. Для врахування і ви...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Технічна електродинаміка |
|---|---|
| Дата: | 2016 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут електродинаміки НАН України
2016
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134801 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Моделювання трансформуючих елементів з секціонуванням обвиток у складі перетворювачів напруги змінного струму / К.О. Липківський, А.Г. Можаровський // Технічна електродинаміка. — 2016. — № 3. — С. 39-44. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860252488453586944 |
|---|---|
| author | Липківський, К.О. Можаровський, А.Г. |
| author_facet | Липківський, К.О. Можаровський, А.Г. |
| citation_txt | Моделювання трансформуючих елементів з секціонуванням обвиток у складі перетворювачів напруги змінного струму / К.О. Липківський, А.Г. Можаровський // Технічна електродинаміка. — 2016. — № 3. — С. 39-44. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Технічна електродинаміка |
| description | Трансформуючі елементи з секціонуванням обвиток, що є складовими трансформаторно-ключових виконавчих
структур (ТКВС) перетворювачів напруги змінного струму, відрізняються багатоваріантністю сполучень одночасно
працюючих секцій та їхнього струмового завантаження. Для врахування і використання цієї обставини
з метою покращення масогабаритних показників цих елементів проведено мультифізичне моделювання процесів
у ТКВС. Обґрунтовано можливість і розроблено методику розрахунку таких трансформуючих елементів.
Запропоновано кілька варіантів збільшення питомої потужності автотрансформатора з трьома секціями
обвитки.
Трансформирующие элементы с секционированием обмоток, являющиеся составляющими трансформаторноключевых
исполнительных структур (ТКВС) преобразователей напряжения переменного тока, отличаются
многовариантностью соединений одновременно работающих секций и их токовой загрузки. Для учета и использования
этого обстоятельства с целью улучшения массогабаритных показателей этих элементов проведено
мультифизическое моделирование процессов в ТКВС. Обоснована возможность и разработана методика
расчета таких трансформирующих элементов. Предложено несколько вариантов увеличения удельной мощности
автотрансформатора с тремя секциями обмотки.
Transformative elements with sectioning of the windings, which are components of transformer-and-switches executive
structures (TSES) of AC voltage source converters, differ in multivariance of connections of simultaneously working
sections and their current load. In order to take into account and use this fact to improve the weight and size of these
components multiphysics modeling of TSES has been conducted. The method of calculation of such transformative elements
has been proved and developed. Several options for increasing the specific power of auto-transformer with three
winding sections have been proposed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:44:57Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 3 39
УДК 621.314
МОДЕЛЮВАННЯ ТРАНСФОРМУЮЧИХ ЕЛЕМЕНТІВ З СЕКЦІОНУВАННЯМ ОБВИТОК
У СКЛАДІ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ НАПРУГИ ЗМІННОГО СТРУМУ
К.О. Липківський, докт.техн.наук, А.Г. Можаровський, канд.техн.наук
Інститут електродинаміки НАН України,
пр. Перемоги, 56, Київ-57, 03680, Україна,
e-mail: lypkivskyk@ukr.net
Трансформуючі елементи з секціонуванням обвиток, що є складовими трансформаторно-ключових виконавчих
структур (ТКВС) перетворювачів напруги змінного струму, відрізняються багатоваріантністю сполучень од-
ночасно працюючих секцій та їхнього струмового завантаження. Для врахування і використання цієї обстави-
ни з метою покращення масогабаритних показників цих елементів проведено мультифізичне моделювання про-
цесів у ТКВС. Обґрунтовано можливість і розроблено методику розрахунку таких трансформуючих елемен-
тів. Запропоновано кілька варіантів збільшення питомої потужності автотрансформатора з трьома секція-
ми обвитки. Библ. 9, табл. 3, рис. 6.
Ключові слова: трансформаторно-ключова виконавча структура, трансформуючі елементи, секціонування об-
витки, електричні та теплові процеси, питома потужність, методика розрахунку.
Складовими переважної більшості систем перетворювальної техніки є різноманітні трансфор-
муючі елементи – ТЕ (трансформатори, автотрансформатори, вольтододавчі трансформатори та їхні
сполучення), які, крім основної функції – забезпечення необхідного для споживача рівня живлячої
напруги, дозволяють, у разі необхідності, здійснювати гальванічний розв’язок споживача в мережі.
Коли у цих системах ТЕ комплексується з напівпровідниковими ключовими елементами (КЕ) з при-
родньою комутацією, що працюють у дискретно-разовому режимі [8], створюється так звана транс-
форматорно-ключова виконавча структура (ТКВС) перетворювача, яка дозволяє реалізувати додатко-
во третю функцію – цілеспрямовану зміну коефіцієнта передачі за напругою без спотворень вихідної
напруги та вхідного струму [5]. Для цього ТЕ повинен мати секціоновані обвитки, при комутації яких
відповідно до завдання змінюється кількість витків на первинній і (та, або) вторинній стороні ТЕ.
Апріорі таким трансформуючим елементам притаманна багатоваріантність вибору виткових співвід-
ношень та взаємного розташування секцій обвитки, а також реалізації режимів (станів) роботи [4].
Якщо моделювання і розрахунок двохобвиткового ТЕ (або ТЕ з кількома вихідними обмотка-
ми, що здійснюють одночасне живлення кількох споживачів) достатньо розвинені, зокрема [1, 3], то
ТЕ з секціонованими обвитками, робота яких пов’язана зі зміною кількості одночасно працюючих
секцій та їхнього струмового завантаження у різних режимах (станах), потребують подальшого все-
бічного розвитку з аналізом взаємопов’язаних процесів, що в них відбуваються.
Метою роботи є моделювання та порівняльний аналіз варіантів побудови таких секціонованих
автотрансформаторів (АТ) у складі ТКВС з урахуванням мультифізичності процесів, що у них відбу-
ваються, обґрунтування можливості та здійснення коригування методики розрахунку таких трансфор-
муючих елементів для найбільш ефективного їхнього використання.
Оскільки кожний режим роботи ТКВС може мати будь-яку тривалість, а перехідні процеси при
зміні струмового завантаження секцій ТЕ обмежуються на потрібному рівні завдяки використанню
методів доцільної комутації [6], у цій роботі будуть досліджуватися лише усталені режими роботи
трансформуючих елементів. Внаслідок цього вмотивованого виключення з розгляду комутаційних
процесів, які могли б вплинути на механічну стійкість ТЕ, предметом розгляду обрано моделювання
автотрансформатора як елемента електричного кола та визначення теплових режимів елементів АТ,
що є обмежуючим фактором при його проектуванні. (Зауважимо, що тут мова піде про трансформу-
ючі елементи ТКВС малої та середньої потужності, які працюють на промисловій частоті з напругою
≤ 0,4кВ, проте певні рекомендації, що будуть отримані, мають загальний характер).
Хоча у ТКВС використовуються, як згадувалося вище, різноманітні ТЕ з секціонованими обви-
тками, кількість і розташування яких визначається функціональним призначенням (регулятор, стабі-
лізатор) та заданою точністю зміни напруги, доцільним видається дослідити це питання на прикладі
найпростішої ТКВС стабілізатора напруги, що складається з автотрансформатора з трьома секціями
©Липківський К.О., Можаровський А.Г., 2016
40 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 3
Рис. 1 Рис. 2
обвитки 1W , 2W , 3W та трьох ключів V1, V2, V3 (рис. 1). Діаграму роботи цього ТКВС наведено на
рис. 2, де δ – нормована за номінальною напругою похибка стабілізації, тобто
δ = ( ) номminmax UUU 222 − ; *
2maxU = номmax UU2 =1+δ ; *
2mінU = номinm UU2 =1–δ ; *
2UΔ =2δ .
При замкненому ключі V2 коефіцієнт передачі ТКВС за напругою дорівнює одиниці (К2=1) і по
секціях обвиток 1W та 2W тече незначний струм холостого ходу. При замкненому V1 маємо
К1= ( ) ( )δδ −+ 11 > К2, а при замкненому V3 – К3= ( ) ( )δδ +− 11 <К2. Цьому відповідає діапазон зміни
вхідної напруги від *
1minU = ( ) ( )δδ +− 11 2 до *
1maxU = ( ) ( )δδ −+ 11 2 , тобто *U1Δ = *
1maxU – *
1minU =
= ( ) ( )22 132 δδδ −+ і коефіцієнт стабілізації напруги Кст= ** UU 21 ΔΔ = ( ) ( )22 13 δδ −+ ≈3.
З аналізу першого та третього режимів знаходимо співвідношення витків секцій обвитки АТ як
функції від похибки δ та базової величини 1W : *
2W = 12 WW = ( )δδ −12 , *
3W = 13 WW =
= ( ) ( )2112 δδδ −+ . У табл. 1 наведено ці співвідношення, а також відповідні нормовані за номінальни-
ми значеннями аналітичні залежності напруг і струмів у секціях обвитки АТ для режимів, що відпові-
дають точкам A, B та E, F на діаграмі роботи ТКВС (рис. 2). Ця таблиця фактично відображає матема-
тичну модель процесу стабілізації напруги за допомогою ТКВС з дискретно-разовим керуванням.
Таблиця 1
A B E F
i *
iW *
WiU *
WiI *
WiU *
WiI *
WiU *
WiI *
WiU *
WiI
1 1 ( )
δ
δ
+
−
1
1 2
δ
δ
−1
2
1–δ 2δ
δ
δ
−
+
1
1 ( )
δ
δ
+
−
1
1 2
2δ
δ
δ
+
−
1
1
1–δ 2δ
2
δ
δ
−1
2
2δ
δ
δ
+
−
1
1
1–δ 2δ 1+δ 2δ
δ
δ
+
−
1
1
2δ
δ
δ
+
−
1
1
2δ 2δ
3 2δ
( )21
1
δ
δ
−
+
2δ 0 2δ
δ
δ
−
+
1
1
0 2δ ( )
δ
δ
+
−
1
1 2
δ
δ
−
+
1
1
1–δ
Виходячи з того, що ТКВС може як завгодно довго працювати в кожному з режимів, розраху-
нок АТ зазвичай ведуть для найбільших значень напруги та струмів: *
W1pU =1–δ ,
*
W1pI = ( ) ( )δδδ −+ 112 ; *
W2pU =2δ , *
W2pI =1+δ ; *
W3pU = ( ) ( )δδδ −+ 112 , *
W3pI =1–δ . Якщо прийняти по-
хибку стабілізації 5% (δ =0,05), то матимемо: *
W1pU =0,95, *
W1pI =0,115; *
W2pU =0,1, *
W2pI =1,05;
*
W3pU =0,1105, *
W3pI =0,95; *
1minU =0,8595, *
1maxU =1,1605, *U1Δ =0,301.
Якщо для АТ обрати, наприклад, магнітопровід типу ШЛ40×80 (позначимо цей варіант АТ11),
то при номU =220 В та максимальній індукції магнітопроводу В=1,2 Тл розрахункові напруги на сек-
ціях обвитки та кількість їхніх витків дорівнюватимуть відповідно 1рWU =209 B, 1W =276; 2рWU =22 B,
2W =29; 3рWU =24,3 B, 3W =32. Оскільки *
W1pU × *
W1pI = *
W2pU × *
W2pI = *
W3pU × *
W3pI = ( )δδ +12 , то кожна з
цих секцій буде займати одну третину вікна магнітопроводу вS , тобто 1WS = 2WS = 3WS = WS = 3вS , а
з врахуванням коефіцієнта заповнення зпК =0,341 [1] WS =4000× 33410, =455 мм2. При цьому для
A
B
C
D
E
F
δ
δ
V1 V2 V3
1
1−δ
1+δ
(1−δ)2
1+δ
(1+δ)2
1−δ
U*11+δ1−δ
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 3 41
перерізу проводів секцій відповідно маємо 1q = 1WSW =1,65 мм2, 2q =15,7 мм2, 3q =14,2 мм2. При-
ймаючи густину струму j =1,5 2A мм , знаходимо значення струмів у секціях обвитки АТ11
1WI =2,47 A, 2WI =23,55 A, 3WI =21,3 A та номінальний струм навантаження нI =22,4 A. Тобто АТ з
таким магнітопроводом дозволяє здійснювати живлення споживача потужністю
нР =220×22,4=4,93 кВт.
Розраховані активні опори витків секцій обвитки АТ і втрати потужності в них для визначаль-
них режимів, що відповідають точкам B та F діаграми, наведено у табл. 2 (зауважимо, що секції у вік-
ні розміщуються згідно з порядковими номерами і). Остання колонка таблиці, позначена літерою М,
відповідає гіпотетичному (практично неможливому) варіанту, коли всі секції обвитки мають макси-
мальне струмове завантаження, і, відповідно, максимальні сумарні втрати потужності. Як зазначалося
раніше, саме для цього варіанту зазвичай і ведуться розрахунки автотрансформатора.
Таблиця 2 Таблиця 3
WiPΔ , Вт WiPΔ , Вт
i ir , Ом
B F M
i ir , Ом
B F M
1W 1,1 6,73 5,51 6,73 1W 1,51 9,25 7,57 9,25
2W 0,0154 8,71 0,11 8,71 2W 0,0221 12,28 0,11 12,28
3W 0,0235 – 10,70 10,70 3W 0,0341 – 15,46 15,46
∑ PΔ 15,44 16,32 26,71 ∑ PΔ 21,53 23,14 36,99
Отримані при розв'язанні електричної задачі значення втрат потужності в обвитках (а також
втрат потужності у магнітопроводі, які для обраної електротехнічної сталі 3411 при В=1,2 Тл склада-
ють FeP =8,44 Вт [7]) дозволяють перейти до наступної частини мультифізичного моделювання – ви-
значення теплового стану АТ у різних режимах з метою пошуку шляхів покращення його характерис-
тик. Це доцільно зробити з використанням спеціалізованої програми моделювання COMSOL [9].
Модель АТ, яка складається з осердя магнітопроводу, каркаса котушки та трьох розміщених на
ньому секцій обвитки 1W , 2W , 3W , реалізовано таким чином, що між усіма його конструктивними
елементами відсутні будь-які повітряні проміжки. Виходячи з того, що нас цікавить співставлення у
стаціонарних станах різних виконань ТЕ, у яких, проте, використовуються однотипні магнітопроводи
з однакової електротехнічної сталі та однотипні обвитки, було прийнято певні спрощення – зокрема
не враховувалась анізотропія матеріалів елементів АТ. Для осердя взято еквівалентну теплопровід-
ність осрλ =4 Вт/(м×К), тепловиділення у ньому відповідає зазначеним вище втратам потужності
стРΔ =8,44 Вт. Каркас котушки виконано з текстоліту товщиною 1 мм, теплопровідність якого
ктшλ =0,2 Вт/(м×К). Всі обвитки трансформатора представляються як однорідний матеріал з еквіва-
лентною теплопровідністю обвλ =2 Вт/(м×К), що враховує наявність ізоляції [2], а тепловиділення у
кожній з них визначається втратами потужності згідно з даними табл. 2.
При моделюванні обрано наступні умови: температура оточуючого середовища складає 50°С,
теплообмін між поверхнею трансформатора й оточуючим середовищем (для того, щоб дещо спрости-
ти, але не спотворити остаточний результат) прийнято однаковим у всіх напрямках і він відбувається
шляхом природньої конвекції з коефіцієнтом конвекції α =5 Вт/(м2×К) та випромінюванням, при цьо-
му ступінь чорноти поверхні моделі взято 0,8 [2].
Програма COMSOL дозволяє отримати кольорову картину розподілу тепла в елементах АТ, про-
те вона має більш демонстраційний характер, тому ми обмежимося графічними залежностями темпера-
тур, що достатньо детально і зручніше представляють теплові режими в АТ.
На рис. 3 зображено графіки розподілу температури всередині АТ вздовж відрізка характерної
прямої, що проходить через центр мас (позначено "0"), обидві частини осердя та обвитки, межі яких
позначено вертикальними штриховими лініями. На рисунку криві 1 та 2 відповідають точкам B та F
діаграми роботи (рис. 2), а крива 5 – гіпотетичному випадку одночасного максимального струмового
завантаження всіх обвиток (варіант М табл. 2). Всі залежності мають монотонний характер, є незнач-
ний перепад температури на границі між 1W та осердям, обумовлений наявністю каркасу, який вико-
нує ізолюючу функцію між елементами (через малий розмір каркас на рисунку не позначено).
42 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 3
Рис. 4
Рис. 3 Рис. 5
З аналізу кривих 1 та 2 цього рисунку можна зробити наступні висновки. Нерівномірність на-
гріву елементів АТ для точки В діаграми незначна – 4,56°С (6,4% відносно середнього значення) і
3,1°С (4,3%) − для точки F. (Якщо нормувати різницю температур за перегрівом пTΔ =Т –50°С, то ці
величини зростуть до 21,5% і 14,7% відповідно). Менший температурний діапазон і менша максима-
льна температура – 72,11°С спостерігається в точці F, хоча втрати потужності в цьому випадку дещо
більші, ніж у точці В (табл. 2). Максимальна температура фіксується у першій (внутрішній) секції
обвитки 1W внаслідок гірших умов тепловідведення, хоча втрати потужності в ній менші, ніж у секції
2W (точка В) або у секції 3W (точка F).
Порівняння кривих 1, 2 та 5 свідчить, що при традиційному розрахунку ТЕ за максимальними
значеннями напруг і струмів у всіх секціях обвитки (варіант М) автотрансформатор у складі ТКВС у
реальних режимах роботи виявляється недозавантаженим. Є різні шляхи використання даного резер-
ву. Наприклад, збільшення розрахункової густини струму у всіх секціях обвитки і, відповідно, втрат у
них до рівня, коли спричинене цим підвищення температури у найважчому режимі – крива 3 (режиму
В відповідає крива 4) досягне максимальної температури в режимі М. (У нашому випадку густину
струму можна збільшити до maxj =1,87 A/мм2). При цьому від ТКВС з таким АТ можна буде живити
споживача потужністю 6,2 кВт. Якщо при цьому густину струму зробити різною – у 1W зменшити, а у
3W – збільшити відносно 2W , то криві 3 та 4 наблизилися б одна до одної і ефект був би дещо більшим.
Для більш детального розгляду результатів моделювання на рис. 4 наведено графіки розподілу
температури вздовж відрізку іншої характерної лінії, що проходить через центр мас перпендикулярно
першій характерній лінії, а на рис. 5 – аналогічні графіки вздовж третьої характерної лінії, яка пара-
лельна другій і перетинається з першою лінією в точці з найбільшою температурою, що розміщується
приблизно посередині секції 3W . Тут позначення кривих ті ж самі, що й на рис. 3.
У разі відсутності необхідності підвищення вихідної потужності доцільним може бути другий
шлях досягнення більш ефективного використання обраного АТ. Полягає він у тому, що при тому са-
мому навантаженні нР =4,93 Вт і тих самих струмах обирається більша густина струму в секціях об-
витки, внаслідок чого зменшується поперечний переріз витків, зростають опори і втрати потужності в
обмотці і, відповідно, нагрів елементів АТ. Обмеженням підвищення густини струму є, як і раніше,
досягнення максимальною температурою обвитки 1W у режимі В обмежуючого значення 80,9°C –
максимальної температури в гіпотетичному режимі М обраного варіанту АТ. При цьому відбувається
зміна умов тепловідведення (з’являється повітряний проміжок між секцією 3W обвитки і осердям) та
спостерігається неоднозначність визначення опорів секцій обвитки АТ (зменшення поперечного пе-
рерізу проводів внаслідок збільшення густини струму веде до збільшення опорів, а зменшення серед-
-0.08 -0.04 0 0.04 0.08
68
70
72
74
76
78
80
T(°C)
1
2
3
4
5
W1
W2
W3
W1
W2
W3
ос
ер
дя
ос
ер
дя
осердя
-0.08 -0.04 0 0.04 0.08
76
77
78
79
80
81 T(°C) 5
4
3
осердя
W3
W2
W1 W1
W2
W3
-0.08 -0.04 0 0.04 0.08
76
77
78
79
80
81 T(°C)
3
45
W3 W3
W1
W2 W2
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 3 43
ніх довжин витків – до деякого їхього зменшення), що впливає на втрати потужності. Розрахунок еко-
номії міді, що буде досягнуто при цьому, потребує окремого розгляду.
Ще один шлях вдосконалення ТКВС з секціонованим АТ передбачає зменшення типорозміру
осердя магнітопроводу. Залишаючи потужність навантаження ТКВС на початковому рівні 4,93 кВт
(а, отже, напруги і струми у секціях обвитки), проведемо розрахунок варіанту АТ з осердям ШЛ40х64
(позначимо цей варіант АТ12) з тієї самої сталі (при В=1,2 Тл; стРΔ =6,68 Вт). Витки секцій обвитки і
площі поперечного перерізу їхніх проводів будуть наступними: 1W =343, 1q =1,326 мм2; 2W =36,
2q =12,6 мм2; 3W =40, 3q =11,37 мм2. Оскільки величини струмів секцій не змінилися, зросла його гус-
тина до 1,865 А/мм2. Нові значення опорів секцій обвитки і втрат потужності у них для визначальних
режимів (точки В та F на діаграмі) та гіпотетичного режиму М наведено у табл. 3.
Отримані дані дозволили перейти до визна-
чення теплового стану елементів АТ12 у різних ре-
жимах за допомогою обраної програми моделювання.
На рис. 6, який є подібним до рис. 3, зображено гра-
фіки розподілу температури у режимах В (крива 1), F
(крива 2), М (крива 5). Крім того на цьому рисунку
зображена залежність 6, яка повторює залежність 5 з
рис. 3 – графік варіанту М для АТ11. Саме його обра-
но за верхню припустиму межу температури в еле-
ментах АТ для всіх варіантів, що розглядаються.
Як видно, характер графіків не змінився, відбу-
лися лише очікувані кількісні зміни – температура
елементів АТ12 вища, ніж у АТ11 внаслідок зростан-
ня густини струму. Резерв підвищення ефективності
використання ТЕ у цьому випадку буде визначатися
різницею максимальних температур у режимам, що
відповідають не графікам 1 та 5, а графікам 1 та 6.
Тобто у АТ12 можна додатково збільшити густину
струму до maxj =1,92 А/мм2, що призведе до певного
зростання втрат у секціях обвитки і відповідного під-
вищення максимальної температури в режимах В
(крива 3) та F (крива 4). При цьому збільшиться мак-
симальна вихідна потужність до нР =5,1 кВт.
Слід додати, що зміну осердя та варіювання густини струму в секціях обвитки ТЕ можна поєд-
нувати зі зміною величини індукції в осерді. Так, її збільшення у певному діапазоні призведе до збі-
льшення втрат у ньому, але дозволить зменшити кількість витків і при тому самому розмірі вікна осер-
дя збільшити поперечний переріз витків, тобто без зміни величини струмів можна зменшити густину
струмів і, як результат, втрати у обвитці та зниження температури трансформуючого елементу.
Аналіз найпростіших автотрансформаторів з секціонованими обвитками ілюструє необхідність
проведення досліджень інших варіантів побудови трансформуючих елементів ТКВС.
Висновки. Виконане мультифізичне моделювання АТ з секціонованими обвитками, струмове
завантаження яких змінюється зі зміною режиму (стану), та їхнє порівняння дозволило розробити ме-
тодику їхнього розрахунку, що забезпечує більш високу ефективність використання їхньої встанов-
леної потужності. Запропоновано способи оптимізації автотрансформатора, які при виробництві змен-
шують витрати міді проводу обвитки та (або) електротехнічної сталі осердя.
1. Белопольский И.И., Каретникова Е.И., Пикалова Л.Г. Расчет трансформаторов и дросселей малой мо-
щности. – М.: Энергия, 1973. – 400 с.
2. Борисенко А.И., Костиков О.Н., Яковлев А.И. Охлаждение промышленных электрических машин. –
М.: Энергоатомиздат, 1983. – 296 с.
3. Кучерявая И.Н. Компьютерное моделирование тепловых процессов в однофазном трансформаторе с
учетом анизотропии тепловых свойств активных элементов // Техн. електродинаміка. – 2014. – №1. – C. 20–27.
4. Липківський К.О. Особливості розрахунку одиночних секціонованих автотрансформаторів з різними
режимами роботи // Техн. електродинаміка. – 2008. – №4. – С. 39–42.
Рис. 6
-0.08 -0.04 0 0.04 0.08
72
74
76
78
80
90
92 T(°C)
1
2
3
4
5
6
W3
W2
W1 W1
W2
W3
ос
ер
дя
ос
ер
дя
осердя
44 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 3
5. Липковский К.А. Трансформаторно-ключевые исполнительные структуры преобразователей перемен-
ного напряжения. – Киев: Наук. думка, 1983. – 216 с.
6. Халіков В.А. Огляд стану та можливостей поліпшення організації комутаційних процесів у силових
трансформаторно-ключових вузлах // Техн. електродинаміка. – 2012. – №5. – C. 28–37.
7. ГОСТ 27427.1-83 Сталь электротехническая тонколистовая.
8. Bimal K.Bose. Power Electronics – Why the Field is so Exciting // IEEE Power Electronics Society Newsletter
Forth Qarter. – 2007. – Vol. 19. – No 4. – Pр. 11–20.
9. Comsol Multiphysics – http://www.comsol.com
УДК 621.314
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРАНСФОРМИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ С СЕКЦИОНИРОВАНИЕМ ОБМОТОК
В СОСТАВЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
К.А. Липковский, докт.техн.наук, А.Г. Можаровский, канд.техн.наук
Институт электродинамики НАН Украины,
пр. Победы, 56, Киев-57, 03680, Украина. e-mail: lypkivskyk@ukr.net
Трансформирующие элементы с секционированием обмоток, являющиеся составляющими трансформаторно-
ключевых исполнительных структур (ТКВС) преобразователей напряжения переменного тока, отличаются
многовариантностью соединений одновременно работающих секций и их токовой загрузки. Для учета и ис-
пользования этого обстоятельства с целью улучшения массогабаритных показателей этих элементов прове-
дено мультифизическое моделирование процессов в ТКВС. Обоснована возможность и разработана методика
расчета таких трансформирующих элементов. Предложено несколько вариантов увеличения удельной мощнос-
ти автотрансформатора с тремя секциями обмотки. Библ. 9, табл. 3, рис. 6.
Ключевые слова: трансформаторно-ключевая исполнительная структура, трансформирующие элементы, сек-
ционирование обмотки, электрические и тепловые процессы, удельная мощность, методика расчета.
SIMULATION OF THE TRANSFORMATIVE ELEMENTS WITH SECTIONING OF THE WINDINGS
AS PART OF AC VOLTAGE SOURCE CONVERTERS
K.O. Lypkivskyi, A.G. Mozharovskyi
Institute of Electrodynamics national Academy of Science of Ukraine
pr. Peremohy, 56, Kyiv-57, 03680, Ukraine. e-mail: lypkivskyk@ukr.net
Transformative elements with sectioning of the windings, which are components of transformer-and-switches executive
structures (TSES) of AC voltage source converters, differ in multivariance of connections of simultaneously working
sections and their current load. In order to take into account and use this fact to improve the weight and size of these
components multiphysics modeling of TSES has been conducted. The method of calculation of such transformative ele-
ments has been proved and developed. Several options for increasing the specific power of auto-transformer with three
winding sections have been proposed. References 9, tables 3, figures 6.
Key words: transformer-and-switches executive structure, transformative elements, sectioning of the windings, electri-
cal and thermal processes, specific power, the method of calculation.
1. Belopolsckii I.I., Karetnikova E.I., Pikalova L.G. Calculation of low-power transformers and reactors. –
Мoskva: Energiia, 1973. – 400 p. (Rus)
2. Borisenko A.I., Kostikov О.N., Yakovlev А.I. Cooling of industrial electric machinery. – Moskva: Energoatoiz-
dat, 1983. – 296 p. (Rus)
3. Kucheriava I.M. Computer modeling of thermal processes in single-phase transformer considering anisotropic
thermal properties of active elements // Tekhnichna Elektrodynamika. – 2014. – No 1. – Pp. 20–27. (Rus)
4. Lypkivsky K.O. Features of the calculation of unit authorized transformers with different modes of operation //
Tekhnichna Elektrodynamika. – 2008. – No 4. – Pp. 39–42. (Ukr)
5. Lypkivskyi K.O. Transformer-and-Switches Executive Structures of Alternating Current Voltage Converters. –
Kyiv: Naukova Dumka, 1983. – 216 p. (Rus)
6. Khalikov V.А. Review of the status and opportunities to improve the organization of switching processes in the
power transformer and the switches nodes // Tekhnichna Elektrodynamika. – 2012. – No 5. – Pp. 28–37. (Ukr)
7. GOST 27427.1-83 Rolled Electrical Steel. (Rus)
8. Bimal K.Bose. Power Electronics – Why the Field is so Exciting// IEEE Power Electronics Society Newsletter
Forth Quarter. – 2007. – Vol. 19. – No 4. – Pp. 11–20.
9. Comsol Multiphysics – http://www.comsol.com.
Надійшла 29.03.2016
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-134801 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-7970 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:44:57Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Липківський, К.О. Можаровський, А.Г. 2018-06-14T08:57:24Z 2018-06-14T08:57:24Z 2016 Моделювання трансформуючих елементів з секціонуванням обвиток у складі перетворювачів напруги змінного струму / К.О. Липківський, А.Г. Можаровський // Технічна електродинаміка. — 2016. — № 3. — С. 39-44. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 1607-7970 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134801 621.314 Трансформуючі елементи з секціонуванням обвиток, що є складовими трансформаторно-ключових виконавчих
 структур (ТКВС) перетворювачів напруги змінного струму, відрізняються багатоваріантністю сполучень одночасно
 працюючих секцій та їхнього струмового завантаження. Для врахування і використання цієї обставини
 з метою покращення масогабаритних показників цих елементів проведено мультифізичне моделювання процесів
 у ТКВС. Обґрунтовано можливість і розроблено методику розрахунку таких трансформуючих елементів.
 Запропоновано кілька варіантів збільшення питомої потужності автотрансформатора з трьома секціями
 обвитки. Трансформирующие элементы с секционированием обмоток, являющиеся составляющими трансформаторноключевых
 исполнительных структур (ТКВС) преобразователей напряжения переменного тока, отличаются
 многовариантностью соединений одновременно работающих секций и их токовой загрузки. Для учета и использования
 этого обстоятельства с целью улучшения массогабаритных показателей этих элементов проведено
 мультифизическое моделирование процессов в ТКВС. Обоснована возможность и разработана методика
 расчета таких трансформирующих элементов. Предложено несколько вариантов увеличения удельной мощности
 автотрансформатора с тремя секциями обмотки. Transformative elements with sectioning of the windings, which are components of transformer-and-switches executive
 structures (TSES) of AC voltage source converters, differ in multivariance of connections of simultaneously working
 sections and their current load. In order to take into account and use this fact to improve the weight and size of these
 components multiphysics modeling of TSES has been conducted. The method of calculation of such transformative elements
 has been proved and developed. Several options for increasing the specific power of auto-transformer with three
 winding sections have been proposed. uk Інститут електродинаміки НАН України Технічна електродинаміка Перетворення параметрів електричної енергії Моделювання трансформуючих елементів з секціонуванням обвиток у складі перетворювачів напруги змінного струму Моделирование трансформирующих элементов с секционированием обмоток в составе преобразователей напряжения переменного тока Simulation of the transformative elements with sectioning of the windings as part of AC voltage source converters Article published earlier |
| spellingShingle | Моделювання трансформуючих елементів з секціонуванням обвиток у складі перетворювачів напруги змінного струму Липківський, К.О. Можаровський, А.Г. Перетворення параметрів електричної енергії |
| title | Моделювання трансформуючих елементів з секціонуванням обвиток у складі перетворювачів напруги змінного струму |
| title_alt | Моделирование трансформирующих элементов с секционированием обмоток в составе преобразователей напряжения переменного тока Simulation of the transformative elements with sectioning of the windings as part of AC voltage source converters |
| title_full | Моделювання трансформуючих елементів з секціонуванням обвиток у складі перетворювачів напруги змінного струму |
| title_fullStr | Моделювання трансформуючих елементів з секціонуванням обвиток у складі перетворювачів напруги змінного струму |
| title_full_unstemmed | Моделювання трансформуючих елементів з секціонуванням обвиток у складі перетворювачів напруги змінного струму |
| title_short | Моделювання трансформуючих елементів з секціонуванням обвиток у складі перетворювачів напруги змінного струму |
| title_sort | моделювання трансформуючих елементів з секціонуванням обвиток у складі перетворювачів напруги змінного струму |
| topic | Перетворення параметрів електричної енергії |
| topic_facet | Перетворення параметрів електричної енергії |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134801 |
| work_keys_str_mv | AT lipkívsʹkiiko modelûvannâtransformuûčihelementívzsekcíonuvannâmobvitokuskladíperetvorûvačívnaprugizmínnogostrumu AT možarovsʹkiiag modelûvannâtransformuûčihelementívzsekcíonuvannâmobvitokuskladíperetvorûvačívnaprugizmínnogostrumu AT lipkívsʹkiiko modelirovanietransformiruûŝihélementovssekcionirovaniemobmotokvsostavepreobrazovateleinaprâženiâperemennogotoka AT možarovsʹkiiag modelirovanietransformiruûŝihélementovssekcionirovaniemobmotokvsostavepreobrazovateleinaprâženiâperemennogotoka AT lipkívsʹkiiko simulationofthetransformativeelementswithsectioningofthewindingsaspartofacvoltagesourceconverters AT možarovsʹkiiag simulationofthetransformativeelementswithsectioningofthewindingsaspartofacvoltagesourceconverters |