Способы обеспечения специальных требований к силовому электрооборудованию на основе трансформаторов и трансформаторных преобразователей с пространственной структурой активной части

Способы обеспечения специальных требований к силовому электрооборудованию на основе трансформаторов и трансформаторных преобразователей с пространственной структурой активной части

Рассмотрены направления и технические решения обеспечения показателей электромагнитной совместимости и усовершенствования специальных трансформаторов на основе пространственной структуры активной части с параллельными образующими поверхностями обмоточных окон и стержней. Розглянуто напрямки і техніч...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Електротехніка і електромеханіка
Дата:2005
Автори: Ставинский, А.А., Ставинский, Р.А., Плахтырь, О.О.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2005
Теми:
Електричні машини та апарати
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/142600
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:Способы обеспечения специальных требований к силовому электрооборудованию на основе трансформаторов и трансформаторных преобразователей с пространственной структурой активной части / А.А. Ставинский, Р.А. Ставинский, О.О. Плахтырь // Електротехніка і електромеханіка. — 2005. — № 4. — С. 30-36. — Бібліогр.: 25 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-142600
record_format dspace
spelling Ставинский, А.А.
Ставинский, Р.А.
Плахтырь, О.О.
2018-10-12T17:04:46Z
2018-10-12T17:04:46Z
2005
Способы обеспечения специальных требований к силовому электрооборудованию на основе трансформаторов и трансформаторных преобразователей с пространственной структурой активной части / А.А. Ставинский, Р.А. Ставинский, О.О. Плахтырь // Електротехніка і електромеханіка. — 2005. — № 4. — С. 30-36. — Бібліогр.: 25 назв. — рос.
2074-272X
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/142600
621.314.222.6.017.39
Рассмотрены направления и технические решения обеспечения показателей электромагнитной совместимости и усовершенствования специальных трансформаторов на основе пространственной структуры активной части с параллельными образующими поверхностями обмоточных окон и стержней.
Розглянуто напрямки і технічні рішення забезпечення показників електромагнітної сумісності та удосконалення спеціальних трансформаторів на основі просторової структури активної частини з паралельними твірними поверхнями обмоткових вікон та стрижнів.
Directions and engineering solutions of providing required electromagnetic compatibility factors and improving special transformers on the basis of spatial structure of the active part with parallel shaping surfaces of winding windows and rods are analyzed.
ru
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
Електротехніка і електромеханіка
Електричні машини та апарати
Способы обеспечения специальных требований к силовому электрооборудованию на основе трансформаторов и трансформаторных преобразователей с пространственной структурой активной части
Methods of special requirements assurance for electric power equipment based on transformers and transformer converters with spatial structure of the active part
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Способы обеспечения специальных требований к силовому электрооборудованию на основе трансформаторов и трансформаторных преобразователей с пространственной структурой активной части
spellingShingle Способы обеспечения специальных требований к силовому электрооборудованию на основе трансформаторов и трансформаторных преобразователей с пространственной структурой активной части
Ставинский, А.А.
Ставинский, Р.А.
Плахтырь, О.О.
Електричні машини та апарати
title_short Способы обеспечения специальных требований к силовому электрооборудованию на основе трансформаторов и трансформаторных преобразователей с пространственной структурой активной части
title_full Способы обеспечения специальных требований к силовому электрооборудованию на основе трансформаторов и трансформаторных преобразователей с пространственной структурой активной части
title_fullStr Способы обеспечения специальных требований к силовому электрооборудованию на основе трансформаторов и трансформаторных преобразователей с пространственной структурой активной части
title_full_unstemmed Способы обеспечения специальных требований к силовому электрооборудованию на основе трансформаторов и трансформаторных преобразователей с пространственной структурой активной части
title_sort способы обеспечения специальных требований к силовому электрооборудованию на основе трансформаторов и трансформаторных преобразователей с пространственной структурой активной части
author Ставинский, А.А.
Ставинский, Р.А.
Плахтырь, О.О.
author_facet Ставинский, А.А.
Ставинский, Р.А.
Плахтырь, О.О.
topic Електричні машини та апарати
topic_facet Електричні машини та апарати
publishDate 2005
language Russian
container_title Електротехніка і електромеханіка
publisher Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
format Article
title_alt Methods of special requirements assurance for electric power equipment based on transformers and transformer converters with spatial structure of the active part
description Рассмотрены направления и технические решения обеспечения показателей электромагнитной совместимости и усовершенствования специальных трансформаторов на основе пространственной структуры активной части с параллельными образующими поверхностями обмоточных окон и стержней. Розглянуто напрямки і технічні рішення забезпечення показників електромагнітної сумісності та удосконалення спеціальних трансформаторів на основі просторової структури активної частини з паралельними твірними поверхнями обмоткових вікон та стрижнів. Directions and engineering solutions of providing required electromagnetic compatibility factors and improving special transformers on the basis of spatial structure of the active part with parallel shaping surfaces of winding windows and rods are analyzed.
issn 2074-272X
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/142600
citation_txt Способы обеспечения специальных требований к силовому электрооборудованию на основе трансформаторов и трансформаторных преобразователей с пространственной структурой активной части / А.А. Ставинский, Р.А. Ставинский, О.О. Плахтырь // Електротехніка і електромеханіка. — 2005. — № 4. — С. 30-36. — Бібліогр.: 25 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT stavinskiiaa sposobyobespečeniâspecialʹnyhtrebovaniiksilovomuélektrooborudovaniûnaosnovetransformatorovitransformatornyhpreobrazovateleisprostranstvennoistrukturoiaktivnoičasti
AT stavinskiira sposobyobespečeniâspecialʹnyhtrebovaniiksilovomuélektrooborudovaniûnaosnovetransformatorovitransformatornyhpreobrazovateleisprostranstvennoistrukturoiaktivnoičasti
AT plahtyrʹoo sposobyobespečeniâspecialʹnyhtrebovaniiksilovomuélektrooborudovaniûnaosnovetransformatorovitransformatornyhpreobrazovateleisprostranstvennoistrukturoiaktivnoičasti
AT stavinskiiaa methodsofspecialrequirementsassuranceforelectricpowerequipmentbasedontransformersandtransformerconverterswithspatialstructureoftheactivepart
AT stavinskiira methodsofspecialrequirementsassuranceforelectricpowerequipmentbasedontransformersandtransformerconverterswithspatialstructureoftheactivepart
AT plahtyrʹoo methodsofspecialrequirementsassuranceforelectricpowerequipmentbasedontransformersandtransformerconverterswithspatialstructureoftheactivepart
first_indexed 2025-11-24T16:46:12Z
last_indexed 2025-11-24T16:46:12Z
_version_ 1850486824057700352
fulltext 30 Електротехніка і Електромеханіка. 2005. №4 УДК 621.314.222.6.017.39 СПОСОБЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ ТРЕБОВАНИЙ К СИЛОВОМУ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЮ НА ОСНОВЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ И ТРАНСФОРМАТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ С ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРОЙ АКТИВНОЙ ЧАСТИ Ставинский А.А., д.т.н., проф., Ставинский Р.А., к.т.н., Плахтырь О.О. Национальный университет кораблестроения им. адмирала Макарова Украина, 54025, Николаев, пр. Героев Сталинграда, 9, Институт автоматики и электротехники тел. (0512) 39-94-53, E-mail: ph@udmtu.aip.mk.ua Розглянуто напрямки і технічні рішення забезпечення показників електромагнітної сумісності та удосконалення спеціальних трансформаторів на основі просторової структури активної частини з паралельними твірними поверх- нями обмоткових вікон та стрижнів. Рассмотрены направления и технические решения обеспечения показателей электромагнитной совместимости и усовершенствования специальных трансформаторов на основе пространственной структуры активной части с па- раллельными образующими поверхностями обмоточных окон и стержней. ВВЕДЕНИЕ Специфика и необходимость дальнейшего усо- вершенствования систем силового электрооборудова- ния требуют разработки и освоения производства спе- циальных статических индукционных устройств (СИУ). К таким устройствам относятся трансформато- ры, реакторы и дроссели компактного маломагнитного исполнений, также регулируемые (управляемые) под- магничиванием магнитопровода, а также трансформа- торные системы преобразования числа фаз и подавле- ния высших гармоник тока и напряжения. Согласно [1, 2] электромагнитная совместимость стала в последнее время весьма значимым фактором и среди традиционных требований и характеристик (мас- са, габаритные размеры …) электромагнитных систем (ЭМС) таких СИУ, как например, преобразовательные трехфазные трансформаторы (ТТ) [3], выделяются тре- бования по уровню внешнего магнитного поля [4]. Важной современной проблемой систем электро- снабжения с потребителями, содержащими полупровод- никовые преобразователи, является кондуктивный ас- пект электромагнитной совместимости или качество электроэнергии [5]. Преобразователи генерируют в сеть высшие гармоники тока, что приводит к появлению гар- моник напряжения и негативно отражается на функцио- нировании остальных потребителей, в частности элек- тродвигателей. Целью работы является определение направле- ний, технических решений и постановка задач усо- вершенствования специальных трансформаторов ма- ломагнитного и регулируемого исполнений, а также преобразовательного назначения. ПРОБЛЕМА РАЗРАБОТКИ МАЛОМАГНИТНОГО МНОГОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА Анализ возможности разработки маломагнитного ТТ выполнен в [2]. ТТ рассматривается как сосредото- ченный источник магнитного поля, характеризуемый вектором магнитного момента (ММ). Основной вклад во внешнее поле вносят обмотки, ММ которых ото- бражает степень магнитной симметрии магнитопро- вода. В связи с этим, разработка маломагнитных ТТ в рамках вариантов классической планарной ЭМС [6, 7] представляет собой сложную задачу и без дополни- тельного усложнения и удорожания конструкции, на- пример системой компенсационных обмоток, не пред- ставляется возможной [2, 3]. Теоретически внешний ММ ТТ равен нулю в вариантах симметричной про- странственной ЭМС [6, 7] с распределением магнит- ных потоков в пространстве и времени (рис. 1). Рис. 1. Варианты симметричной аксиальной пространственной магнитной cистемы из магнитнонесвязанных контуров (а), а также со стержнями замкнутыми треугольником (б) и распределение магнитных потоков стержней и ярем во времени (в) Однако при попытке разработки маломагнитного ТТ на основе симметричной ЭМС в виде трех маг- нитнонесвязанных контуров (рис. 1, а), согласно [2], установлено следующее. Компонента ММ в направ- лении оси обмоток близка к нулю и обусловлена тех- нологическими отклонениями в ее изготовлении. При этом технологические отклонения Δс1, Δс2, Δс3, Δо1, Δо2, Δо3 в расположении контуров магнитопровода и обмоток относительно осей симметрии (рис. 2) в пре- делах 1 % высоты обмоточного окна приводят к не- допустимым радиальным компонентам ММ в направ- лениях, перпендикулярных осям обмоток. Результи- рующий ММ подобного ТТ отличен от нуля, а более Електротехніка і Електромеханіка. 2005. №4 31 точное симметрирование элементов активной части (АЧ) с витыми магнитнонесвязанными контурами ЭМС (рис. 1, а) технологически весьма сложно. Рис. 2. Схема плоской развертки и возможные технологические погрешности несимметрии пространственной электромагнитной системы с магнитнонесвязанными контурами магнитопровода В [8–10] представлено новое направление усо- вершенствования СИУ на основе симметричных ЭМС с вариантами нетрадиционных конструкций и конфи- гураций АЧ объединенных понятием параллельных образующих поверхностей (ОП) обмоточных окон и стержней. В пространственных магнитопроводах [6] традиционных конструкций (рис. 3, а и б) и в вариан- тах магнитопроводов [8–10] с параллельными ОП (рис. 3, в–е) расположение активных стыковых по- верхностей стержней и ярем в одной плоскости обес- печивает возможность совместной шлифовки указан- ных поверхностей стержней (элементов всех стерж- ней) и, как результат, идентичность высот стержней и минимально возможную величину собственно техно- логического зазора. Рис. 4 демонстрирует технологические и конст- руктивные преимущества сборки стержней ЭМС (рис. 1, б) с параллельными ОП для совместной шлифовки их торцевых поверхностей. Первое преимущество заключается в повышенной монолитности сопряже- ния стержней в технологической сборочной единице (рис.4 ,а) относительно сборочной единицы (рис. 4 ,б) с цилиндрическими ОП. Другим преимуществом яв- ляется возможность вписывания в заданный техноло- гический габарит стержней (рис. 4, а) с площадью сечения в 1,4…1,6 раза превышающей площадь сече- ния стержней (рис. 4, б). В связи с указанным фактом и высокой компактностью ( момо bb <′ ), параллель- ность ОП обеспечивает возможность существенного повышения мощности СИУ в заданных габаритах, а также высокую степень симметрии положения стерж- ней и обмоток в пространстве при сборке ЭМС с про- становкой технологических калиброванных прокла- док (КП на рис. 3, д) и удовлетворение требования маломагнитности. УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ В настоящее время регулируемый коллекторный электропривод постоянного тока вытесняется частот- но регулируемым асинхронным и синхронными вен- тильными электроприводами. Известные выпрями- тельно-преобразовательные агрегаты электромехани- ческих систем регулируемого электропривода посто- янного и переменного тока, электромеханических комплексов электрической тяги, а также электротех- нологических процессов, например, сварочных, элек- тролизных и металлургических производств, содер- жат преобразовательные трансформаторы (ПТ) стержневой планарной магнитной системы. Транс- форматоры агрегатов мощностью до 4000 кВт выпол- няются, как правило, по эквивалентным шестифаз- ным, а мощностью свыше 4000 кВт – двенадцатифаз- ным схемам [11]. При этом вторичные (вентильные) обмотки подразделяются на секции с соединением в «зигзаг» или в две «обратные звезды», связанные че- рез однофазный уравнительный реактор с ферромаг- нитным сердечником, а также «расщепляются» на четное число частей [11, 12]. Однако конструктивно- схемные решения ПТ с секционированными обмот- ками значительно повышают их типовую мощность Sm относительно мощности Рн нагрузки (в схеме «шестифазный зигзаг» Sm = 1,42·Рн, а в схеме с «об- ратными звездами» суммарная мощность ПТ и реак- тора Sm + Sур = 1,33·Рн ). Особенностью тяговых и преобразовательных трансформаторов для электрического транспорта, металлургической и химической промышленности [11] является регулирование напряжения под нагруз- кой. Регулирование напряжения на первичной или вторичной стороне ПТ осуществляется как дискрет- но-контактным способом встроенными механически- ми переключателями с токоограничивающими реак- торами, так и плавно-ступенчато и плавно дополни- тельными автотрансформаторами и дросселями на- сыщения, а в полупроводниковых выпрямителях – силовыми транзисторами и тиристорами [11-13]. Уст- ройства регулирования существенно усложняют элек- тромеханические и электротехнологические системы, а силовые выпрямители являются основным источни- ком высших гармоник тока и напряжения распреде- лительных сетей. Кроме того, существует необходимость преобра- зования трехфазного тока в двухфазный в различных устройствах преобразовательной техники, сварочных источниках питания и устройствах питания электро- металлургических печей [13, 14]. Также специальны- ми ПТ с вращающимся магнитным полем двухфазный ток преобразуется в однофазный, и однофазный ток преобразуется в трехфазный ток [15]. Повышение технического уровня ПТ путем ис- ключения разделения и расщепления вторичных фаз возможно на основе конструкторско-технологических решений симметричных пространственных ЭМС. Обеспечение компактности и снижение материалоем- кости таких ЭМС может быть достигнуто использо- ванием стержневых элементов с сечением, образо- ванным средними участками сторон треугольника [16] способами навивки ленты или шихтовки иден- тичных пластин во взаимно пересекающихся плоско- стях [17]. В указанных элементах могут быть преду- смотрены центральные отверстия установки катушек обмотки регулирования напряжения (при необходи- мости) поперечным подмагничиванием [18]. Преобразование числа фаз первичной и вторичной обмоток в соотношении m1/m2 и повышение использо- вания объема АЧ (приближение Sm к Рн) ПТ на основе пространственных ЭМС возможно тремя способами. Первый способ заключается в использовании сдвига фаз магнитных потоков стержней и ярем трех- стержневых ЭМС (рис. 1) на 30° и установки вторич- ных обмоток на ярмах при традиционном положении первичной обмотки на стержнях [19,20] (рис.5, рис.6). 32 Електротехніка і Електромеханіка. 2005. №4 Рис. 3. Схемы пространственных стыковых магнитопроводов: а – стержни ступенчатого сечения из плоских слоев; б – стержни из эвольвентных слоев; в – стержни из идентичных плоских слоев; г, д – стержни из витых разрезных заготовок; е – стержни витые двухсекционные Рис. 4. Сборка для обработки торцевых поверхностей стержней пространственных магнитных систем с параллельными (а) и цилиндрическими (б) образующими поверхностями: 1 – стержень; 2 – крепежное приспособление (хомут) Рис. 5. Вид сбоку (а) и вид сверху (б) активной части трансформаторного преобразователя числа фаз с регулированием напряжения поперечным подмагничиванием: 1 – стержень; 2 – элемент стержня; 3 – составное ярмо; 4 – катушка нагрузочной обмотки; 5 – катушка сетевой обмотки; 6 – катушка обмотки управления Рис. 6. Элемент активной части (а) и векторная диаграмма ЭДС (б) электромагнитной системы преобразования числа фаз с регулированием напряжения поперечным подмагничиванием: 1 – элемент стержня; 2 – катушка обмотки управления; 3 – катушка сетевой обмотки; 4 – катушка нагрузочной обмотки; 5 – элементы ярма; 6 – шпилька Електротехніка і Електромеханіка. 2005. №4 33 ЭМС регулируемого ПТ (рис. 5) с аксиальным стыковым магнитопроводом соответствует конструк- тивной схеме (рис. 1, б). Элементы стержней ПТ ма- лой и средней мощности могут быть выполнены ви- тыми разрезными (рис. 5, б). Каждое из составных ярем образуется из двух витых трехгранных контуров разделенных промежутком. В участках промежутков ярем над центральной частью стержней расположены «лобовые» участки катушек регулирования, а их «па- зовые» части установлены в центральных отверстиях сопряженных элементов стержней. В участках про- межутков ярем между «лобовыми» частями катушек регулирования устанавливаются дополнительные (средние) элементы ярем в виде пакетов идентичных прямоугольных пластин. В регулируемых СИУ, в частности мощных ре- акторах с поперечным подмагничиванием, согласно [18], взамен витых используются шихтованные стержни прямоугольного сечения с участками замы- кания потока подмагничивания вдоль и поперек слоев стали, причем на зону стержней с немагнитными за- зорами между слоями приходятся значительные части длин силовых линий управляющего поля. Рис. 6, а характеризует элемент ЭМС схемы (рис. 5, а) для ре- гулируемого ПТ повышенной мощности. В данной ЭМС стержни собраны из идентичных прямоуголь- ных листов стали шихтованных во взаимно пересе- кающихся плоскостях и сгруппированных в элемен- тах с сечением в виде параллелограмма. Подобные элементы образуют средние и периферийные участки сечения стержня, а угловые зоны с изоляционными промежутками между листами сокращаются до 15…20 % длины силовых линий поля управления. На рис. 6, б представлена векторная диаграмма ЭДС первичных (m1 = 3) и вторичных (m2 = 6) фаз си- ловых обмоток ЭМС (рис. 5, рис. 6, а). Векторы А, В, С соответствуют фазным ЭДС первичной (сетевой) об- мотки, а векторы 1, 3, 5 и 2, 4, 6 отображают фазные ЭДС вторичной обмотки с катушками, расположенны- ми, соответственно на «верхнем» и «нижнем» ярмах. Особенностью ЭМС с установкой фазных кату- шек на ярмах является повышенный поток рассеяния, как следствие, повышенные наклон внешней характе- ристики и напряжение короткого замыкания ПТ [20]. Поэтому предпочтительной областью применения указанных ЭМС (рис. 5, рис. 6, а) являются электро- сварочные ПТ. Поперечное подмагничивание магнитопроводов достигается сдвигом осей (плоскостей) катушек силовых обмоток относительно осей катушек обмотки управле- ния на угол π/2. При этом в элементах магнитопровода действуют две ортогональные МДС обмоток рабочих и управления. Перпендикулярность осей обмоток практи- чески исключает взаимную индуктивность, однако по- средством изменения состояния ферромагнетика под действием двух МДС обеспечивается регулирование, практически по линейному закону, главных индуктив- ностей и взаимоиндуктивности силовых обмоток. Дру- гим преимуществом поперечного подмагничивания яв- ляется малая зависимость потерь ферромагнетика от интенсивности поля управления [18]. Второй способ преобразования числа фаз в про- странственной ЭМС заключается в установке между стержнями трех фаз первичной (сетевой) обмотки до- полнительных (промежуточных) стержней и использо- вании магнитнонесвязанных контуров по типу (рис. 1, а). Идентичные катушки шести фаз вторичной (нагру- зочной) обмотки устанавливаются симметрично по окружности на трех "промежуточных" стержнях и трех "сетевых" стержнях. Катушки первичной обмотки ох- ватывают катушки вторичной обмотки "сетевых" стержней (рис. 7, а). Ярма, как и стержни, выполнены в виде пакетов, шихтованных из идентичных пластин и обеспечивают взаимную магнитную связь смежных пар стержней (рис. 7, а). В случае отсутствия необхо- димости регулирования напряжения ПТ подмагничи- ванием постоянным током используется система замк- нутых стержней по типу (рис. 1, б). При этом стержни выполняются из идентичных пластин шихтованными во взаимно пересекающихся плоскостях [17], а ярма могут быть витыми (рис. 7, б). В подобных техниче- ских решениях ЭМС ПТ магнитные потоки и ЭДС 1, 3, 5 катушек вторичных фаз "сетевых" стержней направ- лены встречно магнитным потокам и ЭДС 2, 4, 6 про- межуточных стержней (рис. 7, в), а магнитный поток рассеяния и соответствующие индуктивности снижа- ются относительно ЭМС (рис.5, а). При установке на шихтованных элементах ярма (рис. 7, а) или участках ярма между стержнями (рис. 7, б) дополнительных катушек их ЭДС, совместно с ЭДС нагрузочных стержневых катушек, образует (при m1=3) m2=12 – фазную систему. Третий способ преобразования числа фаз в про- странственной ЭМС заключается в использовании вращающегося магнитного поля и Z – стержневого аксиального магнитопровода (рис. 8, а) с витыми яр- мами. Поле с числом полюсов 2р = 2 создается пер- вичными и индуцированными вторичными токами сосредоточенных катушек или распределенных кату- шечных групп сетевой и нагрузочной обмоток. Стержни могут быть шихтованными (рис. 7, б) или выполненными способом [21] навивки и разрезки кольцевой заготовки (рис. 8, б). Кроме того, стержни могут быть выполнены способом [22] навивки и раз- резки или опрессовки эквидистантных кольцевых заготовок (рис. 8, в), а также способом [23] штампов- ки выемок при намотке ленточного сердечника. Соединение сосредоточенных первичных кату- шек с Z = 6, р = 1 и q = 1 по схеме двухслойной сете- вой обмотки (рис. 9) создает при m1=3 вращающуюся МДС с обмоточным коэффициентом kw, равным ко- эффициенту укорочения шага на треть периода поля (kw = 0,5). При этом каждая вторичная сосредоточен- ная катушка представляет фазу m2= 6 – фазной нагру- зочной обмотки. При установке на стержни ЭМС (рис. 8, а) кату- шек сетевой обмотки с р = 1, m1= 3 и q1 = 2, катушки нагрузочной обмотки можно включить по схеме с р = 1, m2= 2 и q2 = 3 (Z = 2p·m1·q1= 2p·m2·q2= 12) и полу- чить преобразование числа фаз m1/m2 = 3/2. Указан- ный ПТ отличается независящей от нагрузки или на- личия нулевого провода полной практической сим- метрией ЭДС фаз первичных и вторичных обмоток, что является весьма значимым преимуществом по сравнению с вариантами планарных ЭМС преобразо- вания числа фаз m1/m2 = 3/2 которые, согласно [14], представляют для сети несимметричную нагрузку. 34 Електротехніка і Електромеханіка. 2005. №4 Рис. 7. Схемы (вид сверху) активной части (а, б) и векторная диаграмма фазных ЭДС (в) трансформаторного преобразователя числа фаз: 1 – сетевой стержень; 2 – промежуточный стержень; 3 – катушка сетевой обмотки; 4 – катушка нагрузочной обмотки; 5 – катушка обмотки управления; 6 – ярмо Рис. 8. Аксиальный стыковой магнитопровод (а) со стержнями из витой разрезной заготовки (б) или коаксиальных разрезных опрессованных элементов (в) Рис. 9. Схема соединений катушек (1) сетевой обмотки и расположение катушек (2) нагрузочной обмотки шестистержневой системы преобразования числа фаз m1/m2 = 3/6 При выборе варианта конструктивно-технологи- ческого решения ЭМС (рис. 5 – рис. 9) необходимо учитывать как назначение и диапазон мощности, так и ожидаемые технико-экономические показатели. Реше- ние задачи повышения технического уровня ПТ и дру- гих СИУ возможно на основе системного сравнитель- ного анализа (структурной оптимизации) ЭМС. Пред- ставленный в [8, 9] метод анализа обеспечивает воз- можность сопоставления ЭМС при использовании спе- циальных целевых функций и математических моделей геометрической оптимизации, а также количественных показателей технического уровня и вспомогательных признаков совершенства конструкции магнитопровода. В указанных моделях целевые функции отображаются произведением двух сомножителей. Первый сомножи- тель является коэффициентом kид исходных данных и электромагнитных нагрузок. Второй сомножитель представляет из себя относительный коэффициент kцфi изменения i-го показателя технического уровня от уни- версальных (для любого варианта симметричной про- странственной аксиальной или радиальной ЭМС) гео- метрических управляемых переменных Fцф= kид(Sн, U1, U2, Bc, f, j01, j02, kзо)kцфi(λo, aм, αс). Коэффициент kид отображает номинальную мощ- ность Sн, первичное (вторичное) напряжение U1(2), среднюю индукцию Bc стержня, плотность тока j01(2) первичной (вторичной) обмоток и коэффициент kзо заполнения обмоточного окна проводящим материа- лом. В качестве переменных приняты: отношение λo высоты hо и ширины bо обмоточного окна (рис. 5), от- ношение aм диаметров Дн и Дв описанных контурных или фактических окружностей магнитопровода (рис. 8, а), а также центральный угол стержня αс (рис. 8, в). Второй сомножитель (коэффициент) kцфi обеспечивает сравнительный анализ и возможность безусловной геометрической оптимизации ЭМС [8, 9], а также со- вместно с первым сомножителем позволяет выполнить поэтапную параметрическую оптимизацию СИУ. 1 23 4 5 6 4 2 1 3 1 3 4 5 6 2 а) в) б) 6 αс Дн Дв α а) б) в) 1 2 1 2 3 4 5 6 А z В x С y Електротехніка і Електромеханіка. 2005. №4 35 ТРАНСФОРМАТОРЫ С ОСЛАБЛЕНИЕМ ГАРМОНИК ТОКА НЕЛИНЕЙНОЙ НАГРУЗКИ Задача обеспечения требования по качеству электроэнергии в части гармонического состава яв- ляется достаточно сложной [1, 5]. Конечные и про- межуточные участки систем электроснабжения с потребителями в виде полупроводниковых преобра- зователей должны содержать элементы, ограничи- вающие искажение формы кривой тока нелинейной нагрузкой электроэнергетической системы. В каче- стве указанных элементов используются устройства подавления высших гармоник (УПВГ) трехфазной нелинейной нагрузки. Известные способы снижения высших гармоник тока подразделяются на активные и пассивные и реализуются в комплектных трехфаз- ных электрических аппаратах – фильтрокомпенси- рующих устройствах [24, 25]. Как активные, так и пассивные фильтры содержат металлоемкие и габа- ритные аппараты – дорогостоящие емкостные блоки и управляемые или неуправляемые дроссели (реак- торы). Активные и комбинированные УПВГ отлича- ются от пассивных наличием компонент и систем- ных блоков силовой электроники [25], часто связан- ных с "пассивными" компонентами согласующими ТТ. Указанные компоненты предназначены для уст- ранения известного комплекса недостатков пассив- ных УПВГ [24, 25]. Однако, согласно например [12], наличие "активных" электронно-полупроводниковых компонент обуславливает дополнительное сущест- венное усложнение и, соответсвенно, удорожание и снижение надежности УПВГ. Отдельную проблему создает однофазная выпря- мительная нагрузка которая, в связи с массовостью, генерирует в трехфазную сеть 3-ю и кратные ей гар- моники тока [12]. В соответствии с [11, 12] специальные трансфор- маторы позволяют подавлять высшие гармоники тока на основе повышения фазности и исходя из принципа сдвига ЭДС расщепленных фаз расположением фаз- ных секций вторичных обмоток на различных стерж- нях ТТ или специальных схем включения фазных секций в двух или нескольких ТТ. В дополнение к указанным "трансформаторным" способам обеспечения кондуктивной совместимости, в настоящей работе формулируется принцип танген- циального смещения (по координате α, рис. 8, а) выс- ших гармоник МДС и магнитного поля в секциях стыковых магнитопроводов специальных ТТ и ПТ. Данному принципу соответствует разделение сим- метричной пространственной ЭМС с m1(2) ≥ 2 на сек- ции и сдвиг секций на заданный угол γсм (рис. 10, а) с целью практического исключения трансформации заданной (доминирующей) высшей гармоники в сеть и ослабления остальных высших гармоник разложе- ния функции тока нагрузки в ряд Фурье. Тангенци- альное смещение гармоник МДС и поля реализуется разделением магнитопровода по стержням и соответ- ственно разделения катушек первичной и вторичной обмоток на симметричные секции, а также поворотом автономных секций (блоков) ЭМС по координате α на половину периода гармоники поля, соответствую- щей подавляемой гармоники тока. Рис. 10. Схема развертки электромагнитной системы (а) и распределение гармонических составляющих главного маг- нитного поля (б) в зоне стыкового зазора mδ трансформатора с подавлением третьей гармоники тока нагрузки: 1 – стержневые участки секций; 2 – ярмо; 3 – секция сетевой обмотки; 4 – секция нагрузочной обмотки Для подавления третьей гармоники тока однофаз- ной выпрямительной нагрузки секции ЭМС с парал- лельными ОП и трехстержневым пространственным магнитопроводом выполняются с периферийными контурами в виде окружностей и поворачиваются на γсм = π/3. При этом ЭДС ' 3mEδ и '' 3mEδ от третьих гар- моник потока ' mФδ и '' mФδ двух секций ЭМС разде- ленных стыковым технологическим зазором mδ (рис. 10, а) взаимно компенсируются (рис. 10, б). Для изготовления варианта магнитопровода (рис. 10, а) может быть использован, например способ [21], с наклонной разрезкой (под углом βр) заготовки стержней (рис. 8, б). Аналогично для подавления, например пятой (седьмой) гармоники нелинейной нагрузки, секции специального трансформатора с круглыми перифе- рийными контурами и параллельными ОП магнито- провода, должны быть повернуты (с регулировкой точности установки угла поворота в преобразова- тельном агрегате) соответственно на угол γсм = π/5(7). ЗАКЛЮЧЕНИЕ В работе показаны нетрадиционные направления и способы усовершенствования специальных трансфор- маторов и других СИУ с m1(2) ≥ 2. Представляется, что предлагаемые конструкторско-технологичекие реше- ния АЧ будут способствовать решению комплексной проблемы обеспечения электромагнитной совмести- мости и повышения технического уровня силового 2 а) б) Фδm ' 1mФδ '' 1mФδ ( )' 3 ' 3 mm EФ δδ ( )'' 3 '' 3 mm EФ δδ δmγcм βр α1 ' mФδ '' mФδ 3 4 36 Електротехніка і Електромеханіка. 2005. №4 электрооборудования на основе системного анализа устройств преобразовательной техники и структурной оптимизации СИУ специального назначения. На осно- ве представленных материалов можно обозначить сле- дующие выводы. 1. Для разработки многофазных трансформаторов маломагнитного исполнения без компенсационных обмоток и с улучшенными массогабаритными показа- телями необходимо использовать аксиальную про- странственную ЭМС с параллельными ОП и варианты стыковых магнитопроводов. 2. Снижение материалоемкости и габаритных раз- меров регулируемых ТТ и ПТ, а также трансформа- торных преобразователей числа фаз возможно на ос- нове использования пространственной структуры АЧ и вращающегося магнитного поля в аксиальных ЭМС. 3. Для возможности обоснования выбора варианта ЭМС специального (маломагнитного, сварочного или преобразовательного) многофазного трансформатора, необходим комплекс исследований на основе метода коэффициента исходных данных и относительных ко- эффициентов структурно-геометрической оптимиза- ции [8, 9]. 4. Замена в статическом регулируемом выпрями- тельном агрегате вентильного регулирования на глу- бокое регулирование магнитного потока (вторичных ЭДС) поперечным подмагничиванием магнитопровода ПТ, а также использование в групповом ТТ питания преобразовательной и однофазной нагрузки, или блочном ПТ секционированной ЭМС с тангенциаль- ным смещением секций, обеспечит существенное ос- лабление искажения формы кривых тока и напряжения нелинейной нагрузкой. ЛИТЕРАТУРА [1] Электромагнитная совместимость в электроэнергетике и электротехнике / Дьяков А.Ф., Максимов Б.К., Бори- сов Р.К. и др.; Под ред. А.Ф. Дьякова. – М.: Энерго- атомиздат, 2003. – 768 с. [2] Анализ типичных ошибок проектирования трансфор- маторов в маломагнитном исполнении / В.С. Лупиков, А.Г. Середа, И.В. Крюкова и др. // Електротехніка і електромеханіка. – 2004. – №2 – с. 26 – 33. [3] Ногинов И.С., Шахрай Д.М., Внешнее магнитное поле трехфазного броневого группового преобразовательно- го трансформатора с компенсационными обмотками // Тр. всесоюзн. науч.-исслед. ин-та электромеханики. Т. 66. Вентельные преобразователи и машинно- вентильные системы. – М.: 1981. – с. 71 – 76. [4] ДСТУ 2465 – 94. Сумісність технічних засобів елект- ромагніта. Стійкість до магнітних полів частоти мере- жі. Технічні вимоги та методи випробувань. Введ. 01.01.95. – Київ: Держстандарт України, 1994. – 29 с. [5] Шидловский А.К., Кузнецов В.Г. Повышение качества электроэнергии в электрических сетях. – К.: Наукова думка, 1985. – 257 с. [6] Магнитопроводы силовых трансформаторов (техноло- гия и оборудование) / А.И. Майорец, Г.И. Пшеничный, Я.З. Чечелюк и др. – М.: Энергия, 1973. – 272 с. [7] Лейтес Л.В. Электромагнитные расчеты трансформато- ров и реакторов. – М.: Энергия, 1981. – 392 с. [8] Ставинский А.А.. Плахтырь О.О., Ставинский Р.А. Показатели качества и структурной оптимизации про- странственных электромагнитных систем трехфазных трансформаторов, реакторов и дросселей // Електро- техніка і електромеханіка. – 2003. – №4 – с. 79 – 82. [9] Stavinsky A., Plakhtyr O., Stavinsky R. Increase of limited power and structural optimization of static induction de- vices with spatial magnetic cores // Proceedings of the 6-th international conference UEES’04 on unconventional elec- tromechanical and electrical systems 24–29 September, 2004, Alushta, Ukraine, Vol. 2, Poland: Szczecin. – 2004, pp. 411–414. [10] Ставинский А.А., Ставинский Р.А., Плахтырь О.О. Результаты исследования и технические решения улучшения распределения магнитного поля в про- странственных стыковых магнитопроводах трехфазных статических индукционных устройств // Електромаши- нобудування та електрообладнання: Міжвід. наук.- техн. зб. – 2004. – Вип. 62. – с. 117 – 121. [11] Фишлер Я.Л., Урманов Р.Н. Преобразовательные трансформаторы. – М.: Энергия, 1974. – 224 с. [12] Волков И.В., Пентегов И.В., Ларченко Б.Б. Пути улуч- шения качества электроэнергии в корабельных и бере- говых электрических сетях и электроустановках // Зб. наук. праць НУК. – Миколаїв: НУК. – 2004. – №3(396). – с. 60 – 70. [13] Сравнительный анализ спектральных и коммутацион- ных характеристик двухфазной и трехфазной схемы частотно-регулируемого электропривода / Хворост Н.В., Чумак В.В. Гончаров Ю.П. и др. // Весник НТУ "ХПI" "Проблемы автоматизированного электроприво- да. Теория и практика", вып. 10, т. 2. – Харьков: 2003. – с. 460 – 464. [14] Пентегов И.В., Рымар С.В., Лавренюк А.В. Новые кон- струкции трехфазно-двухфазных трансформаторов // Електротехніка і електромеханіка. – 2004. – №3. – с. 49 – 55. [15] Григораш О.В., Кабанков Ю.А. К вопросу применения трансформаторов с вращающимся магнитным полем в составе преобразователей электроэнергии // Электро- техника. – 2002. – №3. с. 22 – 26. [16] Просторова електромагнітна система: Патент 52271. Україна, МКВ Н01F 27/28, Н01F27/24 / А.А. Ставинсь- кий, О.О. Плахтир, Р.А. Ставинський (Україна). – №2002042582; Заявл. 02.04.02; Опубл. 17.01.05, Бюл. №1. – 3 с. [17] Просторова магнітна система: Патент 51438. Україна, МКВ Н01F 27/24, Н01F 27/28 / А.А. Ставинський, О.О. Плахтир, Р.А. Ставинський (Україна). – №2002042584; Заявл. 02.04.2002; Опубл. 15.02.05, Бюл. №2. – 3 с. [18] Дорожко Л.И., Либкинд М.С. Реакторы с поперечным подмагничиванием. – М.: Энергия, 1977. – 176 с. [19] Васютинский С.Б. Вопросы теории и расчета транс- форматоров. – Л.: Энергия, 1970. – 432 с. [20] Трехфазные трансформаторы с пространственным сер- дечником и разнесенными обмотками / М.И. Козлов, В.Л. Гершенкрой, Н.И. Гордиенко и др. // Электричест- во. – 1986. – №4. – с. 54 – 55. [21] Способ изготовления зубчатого магнитопровода тор- цевой электрической машины: А.с. 788274 СССР, МКИ Н02К1/06/ А.А. Ставинский, А.Д. Сильченко (СССР). – №3768900/24–07; Заявлено 20.07.84; Опубл. 15.01.89. Бюл. №2. – 5 с. [22] Просторова магнітна система: патент 51437. Україна, МКВ Н01F27/24, Н01F27/26/ А.А. Ставинський, В.І. Крайнюк, Р.А. Ставинський и др. – №2002042583; За- явл. 02.04.02; Опубл. 17.01.05, Бюл. №1. – 2 с. [23] Ставинский Р.А. Варианты способов изготовления витых пространственных магнитопроводов с парал- лельными стенками обмоточных окон для трехфазных трансформаторов и дросселей// Збірник наукових праць УДМТУ. – Миколаїв: УДМТУ. – 2003. – № 1 – с. 92 – 96. [24] Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В. Современные методы улучшения качества электроэнергии (аналитический обзор)//Электротехника. – 1998. - №3. – с. 10 – 17. [25] Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В., Кваснюк А.А. Совре- менные методы регулирования качества электроэнер- гии средствами силовой электроники//Электротехника. –1999. – № 4. – с. 28 – 32. Поступила 25.08.2005

Схожі ресурси