ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИКОРИСТАННЯ СЕКЦІОНОВАНИХ АВТОТРАНСФОРМАТОРІВ З КОМУТАТОРОМ НА ВИХОДІ У СКЛАДІ СТАБІЛІЗАТОРА НАПРУГИ ЗМІННОГО СТРУМУ
In order to increase the efficiency of use of the autotransformer (AT) with tapped winding as a component of the transformer-and-switches executive structures (TSES) of AC voltage stabilizers, multiphysics simulation of the AT with the semiconductor commutator at the output has been fulfilled. The T...
Збережено в:
| Дата: | 2016 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут електродинаміки НАН України, Київ
2016
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/863 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Technical Electrodynamics |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Technical Electrodynamics| _version_ | 1870202600325906432 |
|---|---|
| author | Липківський, К.О. Можаровський, А.Г. |
| author_facet | Липківський, К.О. Можаровський, А.Г. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "К.О. Липківський",
"institution": "Інститут електродинаміки НАН України, пр. Перемоги, 56, Київ, 03057, Україна"
},
{
"author": "А.Г. Можаровський",
"institution": "Інститут електродинаміки НАН України, пр. Перемоги, 56, Київ, 03057, Україна"
}
] |
| author_sort | Липківський, К.О. |
| baseUrl_str | https://techned.org.ua/index.php/techned/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-12-23T21:43:43Z |
| description | In order to increase the efficiency of use of the autotransformer (AT) with tapped winding as a component of the transformer-and-switches executive structures (TSES) of AC voltage stabilizers, multiphysics simulation of the AT with the semiconductor commutator at the output has been fulfilled. The TSES, in which the commutator is placed at the input of the AT, has been compared with the proposed one. The advantage of the proposed TSES for certain parameters have been proven. The possibility of influence of purposeful change of positioning of the winding sections has been tracked. References 15, tables 3, figures 5. |
| doi_str_mv | 10.15407/techned2016.06.038 |
| first_indexed | 2026-06-16T01:13:40Z |
| format | Article |
| fulltext |
38 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 6
УДК 621.314
ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИКОРИСТАННЯ СЕКЦІОНОВАНИХ
АВТОТРАНСФОРМАТОРІВ З КОМУТАТОРОМ НА ВИХОДІ
У СКЛАДІ СТАБІЛІЗАТОРА 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
З метою підвищення ефективності використання автотрансформатора (АТ) з секціонуванням обвитки у
складі трансформаторно-ключових виконавчих структур (ТКВС) стабілізаторів напруги змінного струму ви-
конано мультифізичне моделювання АТ з напівпровідниковим комутатором на виході. Проведено порівняльну
оцінку його з ТКВС, у якого комутатор розміщено на вході АТ. Доведено перевагу за зазначеним показником
ТКВС другого типу. Прослідковано можливість впливу на нього цілеспрямованої зміни позиціонування секцій
обвитки АТ. Бібл. 15, табл. 3, рис. 5.
Ключові слова: трансформаторно-ключова виконавча структура, tap chanching transformer, ефективність вико-
ристання автотрансформатора, позиціонування обвиток.
Серед трансформаторних елементів (ТЕ), що входять до складу засобів перетворення параметрів
електричної енергії, можна виокремити ті, коефіцієнт трансформації яких при необхідності може змі-
нюватися в процесі роботи. Їхні обвитки або мають відводи (так звані tap chanching transformers [13,
15]), або поділяються на окремі секції, розташування яких може варіюватися. Перші – це, зокрема, ав-
тотрансформатори у інтерактивних джерелах гарантованого живлення (Line-Interactive UPS, які ще на-
зивають Smart UPS [7, 14]). Другі – ТЕ трансформаторно-ключових виконавчих структур (ТКВС) регу-
ляторів (стабілізаторів) змінного струму [4], яким притаманна багатоваріантність виконання. Всі вони
реалізують цілеспрямовану зміну вихідної напруги шляхом введення в дію (підключення) тих чи інших
сполучень секцій обвитки ТЕ, при цьому струмові завантаження секцій змінюються по-різному в про-
цесі роботи, проте вони не можуть бути максимальними одночасно у всіх секціях.
Діючі методики розрахунку і проектування ТЕ з незмінними в процесі роботи коефіцієнтами
трансформації (див. зокрема [1, 6, 9]) не дозволяють врахувати зазначену особливість трансформую-
чих елементів, що розглядаються.
У [3] було викладено методику розрахунку таких ТЕ, яка враховує як електричні, так і теплові
процеси в АТ. Вона полягає у тому, що при певних значеннях індукції в осерді та густини струму в
секціях обвитки ТЕ, обраних згідно з діючими рекомендаціями [1], розв’язується електрична задача
та вираховуються втрати потужності в елементах ТЕ в усіх робочих режимах, а також у гіпотетично-
му режимі одночасного максимального струмового завантаження всіх секцій. Для нього за допомо-
гою відповідних програм мультифізичного моделювання [5] (наприклад, Comsol Multiphysics [12])
знаходиться значення максимальної температури Тмах в елементах АТ (це, по суті, та температура, яка
була б у трансформаторі того самого типорозміру в номінальному режимі) і максимальні температу-
ри в робочих режимах, які менші за Тмах. Далі обраховується, за яких обважнень (при збільшенні гус-
тини струму в секціях обвитки) у робочому режимі з найбільшим струмовим завантаженням досяга-
ється ця температура. Для нових величин струмів у секціях обчислюється нове припустиме значення
потужності навантаження. При цьому досягається підвищення ефективності використання ТЕ – збі-
льшення питомої потужності автотрансформатора.
У [3] це було проілюстровано на прикладі АТ стабілізатора напруги змінного струму на основі
ТКВС, у якому напівпровідникові ключові елементи (КЕ) з природною комутацією [8] (пари тирис-
торів, симістори), що працюють у режимах дискретно-разового керування [11], розміщені у первин-
ному колі автотрансформатора (АТ). Для узагальнення видається доцільним дослідити у цьому сенсі
й другий можливий тип ТКВС, де комутатор з КЕ розміщується на виході АТ.
Мета роботи полягає в аналізі мультифізичних процесів у секціонованому автотрансформаторі
з комутатором на виході щодо можливості підвищення його енергетичних показників, зокрема шля-
хом цілеспрямованої зміни позиціонування секцій його обвитки.
___________________________
© Липківський К.О., Можаровський А.Г., 2016
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 6 39
На рис. 1 показано узагальнену схему простого ТКВС на основі автотрансформатора (АТ) з
трьома секціями обвитки 1W , 2W , 3W та двох комутаторів – К1 (у вхідному колі) з ключами V1, V2,
V3 та К2 (у вихідному колі) з ключами V4, V5, V6. Як зазначалося вище, у [3] було розглянуто робо-
ту перетворювача з комутатором К1 (на рис. 1 це відповідає випадку постійно замкненого V5 та розі-
мкнених V4 та V6). При роботі з комутатором К2 ключ V2 вважається постійно замкненим, а V1, V3
– розімкненими. Діаграму роботи ТКВС (рис. 2) обрано такою самою, як і у [3].
Рис. 1 Рис. 2
Такими самими залишаються й співвідношення витків секцій обвитки АТ як функції похибки
стабілізації δ = ( ) ( )minmaxminmax UUUU 2222 +− та базової величини 1W : *
2W = 12 WW = ( )δδ −12 ,
*
3W = 13 WW = = ( ) ( )2112 δδδ −+ . Проте залежності від δ напруг і струмів у секціях суттєво відрізня-
ється. У табл. 1 наведено ці залежності, нормовані по номінальних значеннях напруги і струму наван-
таження, для режимів, що відповідають точкам A, B, E, F на діаграмі роботи (рис. 2). (Зауважимо, що
точки C і D відповідають режиму прямої передачі енергії до навантаження, коли по секціях 1W та 2W
тече лише незначний струм холостого ходу). Ця таблиця відображає математичну модель процесу
стабілізації напруги змінного струму за допомогою ТКВС з дискретно-разовим керуванням [11].
Таблиця 1
A (V6) B (V6) E (V4) F (V4)
i *
WiU *
WiI *
WiU *
WiI *
WiU *
WiI *
WiU *
WiI
1
( )
( )2
3
1
1
δ
δ
+
− 2δ ( )
δ
δ
+
−
1
1 2
2δ
δ
δ
−
+
1
1 1–δ 2δ
δ
δ
+
−
1
1 1+δ 2δ
2 2δ ( )
( )2
2
1
1
δ
δ
+
−
2δ 2δ
δ
δ
+
−
1
1 2δ
δ
δ
−
+
1
1 2δ ( )
δ
δ
+
−
1
1 2
2δ
δ
δ
−
+
1
1 1–δ
3 2δ
δ
δ
+
−
1
1 1–δ 2δ 1+δ 2δ
δ
δ
−
+
1
1
0 2δ ( )
( )2
2
1
1
δ
δ
−
+ 0
Виходячи з того, що ТКВС у кожному режимі може працювати як завгодно довго, розрахунок
АТ зазвичай ведуть для найбільших значень напруги та струмів: *
W1pU =1+δ , *
W1pI = ( ) ( )δδδ −+ 112 ;
*
W2pU = ( ) ( )δδδ −+ 112 , *
W2pI =1–δ ; *
W3pU = ( ) ( )22 112 δδδ −+ , *
W3pI =1+δ . При похибці стабілізації у
5% (δ =0,05) маємо: *
W1pU =1,05, *
W1pI =0,115; *
W2pU =0,1105, *
W2pI =0,95; *
W3pU =0,1222, *
W3pI =1,05;
*
1minU =0,8595, *
1maxU =1,1605.
При дослідженні було обрано для АТ, як і у [3], магнітопровід ШЛ40×80. Для ілюстрації взаєм-
ного розташування основних конструктивних елементів на рис. 3 наведено, виходячи з симетрії АТ,
чверть його перерізу, що проходить через центр мас О. Первинний порядок розміщення секцій обвит-
ки, починаючи від центрального стрижня осердя, – 1W , 2W , 3W . Для обраного типономіналу довжини
ортогональних відрізків ОN та ОQ однакові й дорівнюють 0,08 м. Літерою К позначено каркас котуш-
ки з текстоліту товщиною 1 мм.
A
B
C
D
E
F
δ
δ
V6 V5 V4
1
1−δ
1+δ
(1−δ)2
1+δ
(1+δ)2
1−δ
U*1
1+δ1−δ
40 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 6
За тих самих, як і у [3], величин номінальної напруги
номU =220 В та максимальної індукції в осерді 1,2 Тл отримуємо
такі значення максимальних напруг на секціях обвитки та кіль-
кості їхніх витків: 1рWU =231 B, 1W =304; 2рWU =24,3 B, 2W =32;
3рWU =26,9 B, 3W =35. При такій, як і у [3], потужності наванта-
ження 4,93 кВт маємо нI =22,4 A, 1WI =2,47 A, 2WI =21,27 A,
3WI =23,494 A. За наявної площі вікна осердя доводиться обирати
такі перерізи проводів секції: 1q = 1WSW =1,5 мм2, 2q =12,87 мм2,
3q =14,2 мм2, що призводить до необхідності збільшення густини
струму до 1,65 А/мм2. При цьому секції займають відповідно
33,3%, 30,2% та 36,5% вікна магнітопроводу осердя, а їхні серед-
ні довжини витків становлять 280,2 мм, 358,6 мм та 440,2 мм.
Розраховані за цими чисельними даними втрати потужності у секціях обвитки для визначаль-
них (найважчих) режимів, що відповідають точкам B та F діаграми, наведено у табл. 2. Остання ко-
лонка таблиці, позначена літерою М, відповідає гіпотетичному (як зазначалося – практично немож-
ливому) режиму максимального одночасного струмового навантаження всіх секцій). У таблиці також
наведено значення втрат у осерді з електротехнічної сталі 3411, які у цьому випадку розміщення ко-
мутатора на виході АТ є різними у різних робочих режимах. У режимі F індукція в осерді дорівнює
розрахунковій (1,2 Тл) і, згідно з [10], стРΔ =8,44 Вт, а у режимі В, коли індукція зменшується у
( ) ( )22 11 δδ −+ ≈1,22 разу, маємо стРΔ =6,91 Вт. Як видно з табл. 2, втрати у двох робочих режимах
суттєво (у 1,19 разу) різняться, причому вони значно (у 1,37 та 1,63 разу відповідно) менші, ніж мож-
ливі втрати у гіпотетичному режимі М, коли вони дорівнюватимуть втратам у звичайному трансфор-
маторі на тому самому магнітопроводі і при тій самій густині струму в обвитках.
Таблиця 2 Таблиця 3
WiPΔ (Вт) WiPΔ (Вт)
і
B F M
і
B F M
1W 8,24 6,75 8,24 1W 8,24 6,75 8,24
2W 0,13 9,47 9,47 2W 0,21 11,57 11,57
3W 14,05 – 14,05 3W 11,87 – 11,87
осердя 6,91 8,44 8,44 осердя 6,91 8,44 8,44
∑ PΔ 29,33 24,66 40,20 ∑ PΔ 27,23 26,76 40,12
Отримані при розв’язанні електричної задачі значення втрат потужності у елементах АТ дозво-
ляють перейти до наступної частини мультифізичного моделювання – розв’язання теплової задачі та
визначення теплового стану АТ у робочих режимах В та F за допомогою спеціалізованої програми
моделювання Comsol Multiphysics аналогічно тому, як це було зроблено у [3], за тих самих спрощень,
умов, значень теплопровідності осердя ( осрλ =4 Вт/(м×К)), обвиток ( обвλ =2 Вт/(м×К)) й котушки
( ктшλ =0,2 Вт/(м×К)) та загального коефіцієнта теплопередачі з поверхні α=11,77 Вт/(м2×К), еквіва-
лентного сумі коефіцієнта тепловідведення з поверхні за рахунок конвекції αкв=5 Вт/(м2×К) та випро-
мінювання при степені чорноти ε=0,8 [2].
Рис. 4, б, в ілюструють, відповідно, розподіл втрат енергії в елементах АТ згідно з табл. 2 для
режимів В і F та значення температур (рис. 4, а) вздовж обох ортогональних відрізків МО і ON
(рис. 3). Задля наочності вони об’єднані та розміщені в одній площині. Як видно, максимальна темпе-
ратура спостерігається у секції 1W , причому у режимі В (76,1°С) вона майже на 3°С більша, ніж у ре-
жимі F (у втратах це перевищення складає 1,19 разу).
За розробленою методикою для більш ефективного використання АТ треба обважнити режим
В, який має більшу максимальну температуру, тобто збільшити густину струму та, відповідно, стру-
ми, що викличе зростання втрат у секціях обвитки до значень, при яких максимальна температура
досягне рівня 80,9°С – значення, обраного нами у [3] за максимально припустиме при дослідженні
Рис. 3
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 6 41
Рис. 4 Рис. 5
АТ, та порівнянні їхніх температур у всіх варіантах обох типів ТКВС – з комутатором у вхідному або
вихідному колі АТ.
У результаті цієї процедури отримуємо нове збільшене значення густини струму j=1,83 A/мм2,
підвищення значення струмів у секціях і номінального струму та нове припустиме значення макси-
мальної потужності навантаження 5,48 кВт , що на 11% перевищує початкове (4,93 кВт). Новий тем-
пературний розподіл в обох режимах відображається кривими В' та F'. Зрозуміло, що й при цьому
температура у режимі В теж вища, ніж у режимі F (77,2°С) внаслідок того, що у ньому задіяна секція
3W , яка має більший активний опір, ніж секція 2W за рахунок більшої середньої довжини витка (вона
розміщена далі від центрального стрижня магнітопроводу). До того ж, її струм більший, ніж
*
W2I ( *
W3I = ( ) ( )δδ −+× 112
*
WI ≈1,2 *
W2I ), тобто втрати у цій секції є визначальними.
Для подальшого підвищення ефективності використання АТ видається доцільним, виходячи з
задекларованої раніше можливості багатоваріантної побудови ТКВС, здійснити зміну розташування
секцій 2W та 3W – другою біля 1W розмістити 3W , а третьою – 2W (на рис. 3 ці зміни зазначено у дуж-
ках). Обраховані для цього варіанту значення втрат у секціях (при збереженні початкової густини
струму) наведено у табл. 3 та представлено на рис. 5, б, в, а температури в елементах АТ – на рис. 5,
а. Як видно, різниця між втратами потужності в елементах АТ у режимах В та F зменшилася до 2%, а
максимальні температури практично зрівнялися (74,6°С). При цьому, застосування аналогічної про-
цедури обважнення дозволяє збільшити густину струму до j=1,9 A/мм2, що забезпечує збільшення
максимальної величини вихідної потужності до 5,7 кВт, тобто у 1,15 разу. Це ще раз свідчить про по-
зитивні властивості, які ТКВС надає притаманна їм багатоваріантність.
Таким чином прослідковано вплив виконання ТКВС на максимальний рівень вихідної потуж-
ності, проте остання визначає й необхідну масу та об’єм трансформуючого елементу. Тому більш ін-
N O Q
4
12
ΔP(Вт)
4
12
ΔP(Вт)
F
B
B'
F'
ос
ер
дя
W1 W2 W3
осердя
W1W2W3
M
ос
ер
дя
Tmax
a
б
в
π/2
68
72
76
80
84
T(°C)
N O Q
4
12
ΔP(Вт)
4
12
ΔP(Вт)
68
72
76
80
84
T(°C)
Tmax
FB
B'
F'
ос
ер
дя
W1 W2W3
ос
ер
дя
W1W2 W3
осердя
M
a
б
в
π/2
42 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 6
формативним та обґрунтованим відносно ефективності використання АТ буде співвідношення вихід-
ної потужності Рн навантаження та загального об’єму автотрансформатора VАТ – КЕ= Рн /VАТ. Макси-
мальне значення цього показника у ТКВС з комутатором у вихідному колі дорівнює
КЕ=5,7 кВт/2,6 дм3=2,22 кВт/дм3, в той час, як у ТКВС з комутатором у вхідному колі, згідно з [3],
цей показник при використанні того самого магнітопроводу і при тому самому об’ємі елементів АТ
сягає КЕ=6,2 кВт/2,6 дм3=2,42 кВт/дм3. Слід нагадати, що у цьому типі ТКВС у прикладі, що розгля-
дався у [3], можливо виконання АТ на меншому типорозмірі магнітопроводу з тією самою величи-
ною допустимої робочої температури (Тмах=80,9°С). І у цьому випадку отримаємо досить високе зна-
чення показника КЕ=5,1 кВт/2,2 дм3=2,31 кВт/дм3. Звернемо увагу на те, що ці показники необхідно
співставляти не тільки між собою, але й з базовим варіантом, коли не враховується струмове недоза-
вантаження секцій у робочих режимах, де він становить КЕ=4,9 кВт/2,6 дм3=1,93 кВт/дм3.
Таким чином, виконане порівняння ТКВС двох типів – з напівпровідниковим комутатором на
вході АТ [3] та розглянутого у цій роботі АТ з комутатором у вихідному контурі вказує на більш ви-
соку ефективність використання ТКВС першого типу. Саме їх доцільно застосовувати у стабілізато-
рах напруги змінного струму, особливо при збільшенні δ або, що рівнозначно, при розширенні мож-
ливого діапазону зміни вхідної напруги. Проте, в деяких випадках, якщо виникають труднощі при
забезпеченні безаварійної комутації напівпровідникових ключів [9], можна використовувати й ТКВС
другого типу з припустимим зменшенням потужності навантаження.
Наприкінці зауважимо, що у цій роботі, так само як і у [3], мова йшла по найбільш прості
ТКВС з АТ, що мають три секції обвитки, – лише задля спрощення пояснень та наочності. Розробле-
на методика розрахунку секціонованих АТ придатна для застосування при будь-якій кількості секцій
і ключових елементів та при будь-якому їхньому з’єднанні і будь-якому типі магнітопроводу.
Висновки. Ефективність використання автотрансформатора у ТКВС стабілізатора напруги
змінного струму з комутатором на вході АТ більша, ніж у ТКВС з комутатором на виході АТ. Ця різ-
ниця зростає зі збільшенням припустимої похибки стабілізації або при збільшенні можливого діапа-
зону зміни вхідної напруги. Притаманна ТКВС багатоваріантність дозволяє максимально збільшити
ефективність використання АТ шляхом зміни позиціонування секцій його обвитки. Розроблена мето-
дика розрахунку АТ у ТКВС придатна для будь-якого секціонування обвиток та виконання АТ.
1. Белопольский И.И., Каретникова Е.И., Пикалова Л.Г. Расчет трансформаторов и дросселей малой
мощности. – 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. Липківський К.О., Можаровський А.Г. Моделювання трансформуючих елементів з секціонуванням об-
виток у складі перетворювачів напруги змінного струму // Техн. електродинаміка. – 2016. – № 3. – С. 39–44.
4. Липковский К.А. Трансформаторно-ключевые исполнительные структуры преобразователей перемен-
ного напряжения. – Киев: Наук. думка, 1983. – 216 с.
5. Подольцев А.Д., Кучерявая И.Н. Мультифизическое моделирование в электротехнике. – К.: Институт
электродинамики НАН Украины, 2015. – 305 с.
6. Стародубцев Ю.Н. Теория и расчет трансформаторов малой мощности. – М.: ИП РадиоСофт, 2005. – 320 с.
7. Типы ИБП. Available at: http://www.mos-invertor.ru/art.html (accessed 27.05.2016).
8. Халіков В.А. Огляд стану та можливостей поліпшення організації комутаційних процесів у силових
трансформаторно-ключових вузлах // Техн. електродинаміка. – 2012. – № 5. – C. 28–37.
9. Хныков А.В. Теория и расчет многообмоточных трансформаторов. – М.: СОЛОН-Пресс, 2010. – 112 с.
10. ГОСТ 27427.1-83 Сталь электротехническая тонколистовая.
11. Bimal, K. Bose. Power Electronics – Why the Field is so Exciting // IEEE Power Electronics Society News-
letter Fourth Quarter. – 2007. – Vol. 19. – No 4. – Pр. 11–20.
12. Comsol Multiphysics – http://www.comsol.com.
13. Automatic voltage regulation technologies. Available at: http://www.sigmaelectricals.com/autotech01.htm
(accessed 27.05.2016).
14. IEC 62040-3 UPS Types and Methods. Available at: http://www.wilsonengineered.com/Tech/IEC_62040-
3_UPS-Topology.pdf (accessed 27.05.2016).
15. US Patent 6472851 B2, G05F1/147. Hybrid tap-changing transformer with full range of control and high
resolution / Peter Hammond. 29.10.2002.
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 6 43
УДК 621.314
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЕКЦИОНИРОВАННЫХ
АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ С КОММУТАТОРОМ НА ВЫХОДЕ В СОСТАВЕ СТАБИЛИЗАТОРА
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
С целью повышения эффективности использования автотрансформатора (АТ) с секционированием обмотки в
составе трансформаторно-ключевых исполнительных структур (ТКИС) стабилизаторов напряжения пере-
менного тока выполнено мультифизическое моделирование АТ с полупроводниковым коммутатором на выхо-
де. Проведена сравнительная оценка его с ТКИС, у которого коммутатор размещен на входе АТ. Доказано
преимущество по указанным показателям ТКИС второго типа. Прослежена возможность влияния на него
целенаправленной смены позиционирования секций обмотки АТ. Библ. 15, табл. 3, рис. 5.
Ключевые слова: трансформаторно-ключевая исполнительная структура, tap chanching transformer, эффектив-
ность использования автотрансформатора, позиционирование обмоток.
IMPROVED UTILIZATION OF TAPPED AUTOTRANSFORMERS WITH THE OUTPUT COMMUTATOR
AS A COMPONENT OF THE AC VOLTAGE STABILIZER
K.O. Lypkivskyi, A.G. Mozharovskyi
Institute of Electrodynamics National Academy of Science of Ukraine,
pr. Peremohy, 56, Kyiv-57, 036890, Ukraine. e-mail: lypkivskyk@ukr.net
In order to increase the efficiency of use of the autotransformer (AT) with tapped winding as a component of the trans-
former-and-switches executive structures (TSES) of AC voltage stabilizers, multiphysics simulation of the AT with the
semiconductor commutator at the output has been fulfilled. The TSES, in which the commutator is placed at the input of
the AT, has been compared with the proposed one. The advantage of the proposed TSES for certain parameters have
been proven. The possibility of influence of purposeful change of positioning of the winding sections has been tracked.
References 15, tables 3, figures 5.
Key words: transformer-and-switches executive structure, tap chanching transformer, utilization efficiency of autotrans-
former, winding positioning.
1. Belopolsckyi 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: Energo-
atomizdat, 1983. – 296 p. (Rus)
3. Lypkivskyi K.O., Mozharovskyi A.G. Simulation of the transformative elements with sectioning of the wind-
ings as part of AC voltage source converters // Tekhnichna Elektrodynamika. – 2016. – No 3. – Pp. 39–44. (Ukr)
4. Lypkivskyi K.O. Transformer-and-Switches Executive Structures of Alternating Current Voltage Converters. –
Kiev: Naukova Dumka, 1983. – 216 p. (Rus)
5. Podoltsev A.D., Kucheriava I.M. Multiphysics modeling in electrical engineering – Kiev: Institut Elektrodi-
namiki Natsionalnoi Akademii Nauk Ukrainy, 2015. – 305 p. (Rus)
6. Starodubtsev Yu.N. Theory and calculation of low-power transformers. – Мoskva: PC RadioSoft, 2005. –
320 p. (Rus)
7. Тypes UPS. Available at: http://www.mos-invertor.ru/art.html (accessed 27.05.2016).
8. 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)
9. Khnykov А.V. Theory and calculation of multiple winding transformer. – Мoskva: SOLON-Press, 2010. –
112 p. (Rus)
10. GOST 27427.1-83 Rolled Electrical Steel. (Rus)
11. Bimal, K. Bose. Power Electronics – Why the Field is so Exciting // IEEE Power Electronics Society News-
letter Fourth Quarter. – 2007. – Vol. 19. – No 4. – Pp. 11–20.
12. Comsol Multiphysics – http://www.comsol.com.
13. Automatic voltage regulation technologies. Available at: http://www.sigmaelectricals.com/autotech01.htm
(accessed 27.05.2016).
14. IEC 62040-3 UPS Types and Methods. Available at: http://www.wilsonengineered.com/Tech/IEC_62040-
3_UPS-Topology.pdf (accessed 27.05.2016).
15. US Patent 6472851 B2, G05F1/147. Hybrid tap-changing transformer with full range of control and high
resolution / Peter Hammond. 29.10.2002.
Надійшла 02.06.2016
Остаточний варіант 06.06.2016
|
| id | techned_org_ua-article-863 |
| institution | Technical Electrodynamics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-16T01:13:40Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України, Київ |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | technedorgua/a6/fd0badbde7c0eff60b8a702cfcebd4a6.pdf |
| spelling | techned_org_ua-article-8632022-12-23T21:43:43Z IMPROVED UTILIZATION OF TAPPED AUTOTRANSFORMERS WITH THE OUTPUT COMMUTATOR AS A COMPONENT OF THE AC VOLTAGE STABILIZER ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИКОРИСТАННЯ СЕКЦІОНОВАНИХ АВТОТРАНСФОРМАТОРІВ З КОМУТАТОРОМ НА ВИХОДІ У СКЛАДІ СТАБІЛІЗАТОРА НАПРУГИ ЗМІННОГО СТРУМУ Липківський, К.О. Можаровський, А.Г. transformer-and-switches executive structure tap chanching transformer utilization efficiency of autotransformer winding positioning трансформаторно-ключова виконавча структура tap chanching transformer ефективність використання автотрансформатора позиціонування обвиток In order to increase the efficiency of use of the autotransformer (AT) with tapped winding as a component of the transformer-and-switches executive structures (TSES) of AC voltage stabilizers, multiphysics simulation of the AT with the semiconductor commutator at the output has been fulfilled. The TSES, in which the commutator is placed at the input of the AT, has been compared with the proposed one. The advantage of the proposed TSES for certain parameters have been proven. The possibility of influence of purposeful change of positioning of the winding sections has been tracked. References 15, tables 3, figures 5. З метою підвищення ефективності використання автотрансформатора (АТ) з секціонуванням обвитки у складі трансформаторно-ключових виконавчих структур (ТКВС) стабілізаторів напруги змінного струму виконано мультифізичне моделювання АТ з напівпровідниковим комутатором на виході. Проведено порівняльну оцінку його з ТКВС, у якого комутатор розміщено на вході АТ. Доведено перевагу за зазначеним показником ТКВС другого типу. Прослідковано можливість впливу на нього цілеспрямованої зміни позиціонування секцій обвитки АТ. Бібл. 15, табл. 3, рис. 5. Інститут електродинаміки НАН України, Київ 2016-10-06 Article Article application/pdf https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/863 10.15407/techned2016.06.038 Tekhnichna Elektrodynamika; No. 6 (2016): TEKHNICHNA ELEKTRODYNAMIKA; 038 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; № 6 (2016): ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; 038 2218-1903 1607-7970 10.15407/techned2016.06 uk https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/863/740 Авторське право (c) 2022 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | трансформаторно-ключова виконавча структура tap chanching transformer ефективність використання автотрансформатора позиціонування обвиток Липківський, К.О. Можаровський, А.Г. ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИКОРИСТАННЯ СЕКЦІОНОВАНИХ АВТОТРАНСФОРМАТОРІВ З КОМУТАТОРОМ НА ВИХОДІ У СКЛАДІ СТАБІЛІЗАТОРА НАПРУГИ ЗМІННОГО СТРУМУ |
| title | ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИКОРИСТАННЯ СЕКЦІОНОВАНИХ АВТОТРАНСФОРМАТОРІВ З КОМУТАТОРОМ НА ВИХОДІ У СКЛАДІ СТАБІЛІЗАТОРА НАПРУГИ ЗМІННОГО СТРУМУ |
| title_alt | IMPROVED UTILIZATION OF TAPPED AUTOTRANSFORMERS WITH THE OUTPUT COMMUTATOR AS A COMPONENT OF THE AC VOLTAGE STABILIZER |
| title_full | ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИКОРИСТАННЯ СЕКЦІОНОВАНИХ АВТОТРАНСФОРМАТОРІВ З КОМУТАТОРОМ НА ВИХОДІ У СКЛАДІ СТАБІЛІЗАТОРА НАПРУГИ ЗМІННОГО СТРУМУ |
| title_fullStr | ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИКОРИСТАННЯ СЕКЦІОНОВАНИХ АВТОТРАНСФОРМАТОРІВ З КОМУТАТОРОМ НА ВИХОДІ У СКЛАДІ СТАБІЛІЗАТОРА НАПРУГИ ЗМІННОГО СТРУМУ |
| title_full_unstemmed | ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИКОРИСТАННЯ СЕКЦІОНОВАНИХ АВТОТРАНСФОРМАТОРІВ З КОМУТАТОРОМ НА ВИХОДІ У СКЛАДІ СТАБІЛІЗАТОРА НАПРУГИ ЗМІННОГО СТРУМУ |
| title_short | ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИКОРИСТАННЯ СЕКЦІОНОВАНИХ АВТОТРАНСФОРМАТОРІВ З КОМУТАТОРОМ НА ВИХОДІ У СКЛАДІ СТАБІЛІЗАТОРА НАПРУГИ ЗМІННОГО СТРУМУ |
| title_sort | підвищення ефективності використання секціонованих автотрансформаторів з комутатором на виході у складі стабілізатора напруги змінного струму |
| topic | трансформаторно-ключова виконавча структура tap chanching transformer ефективність використання автотрансформатора позиціонування обвиток |
| topic_facet | transformer-and-switches executive structure tap chanching transformer utilization efficiency of autotransformer winding positioning трансформаторно-ключова виконавча структура tap chanching transformer ефективність використання автотрансформатора позиціонування обвиток |
| url | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/863 |
| work_keys_str_mv | AT lipkívsʹkijko improvedutilizationoftappedautotransformerswiththeoutputcommutatorasacomponentoftheacvoltagestabilizer AT možarovsʹkijag improvedutilizationoftappedautotransformerswiththeoutputcommutatorasacomponentoftheacvoltagestabilizer AT lipkívsʹkijko pídviŝennâefektivnostívikoristannâsekcíonovanihavtotransformatorívzkomutatoromnavihodíuskladístabílízatoranaprugizmínnogostrumu AT možarovsʹkijag pídviŝennâefektivnostívikoristannâsekcíonovanihavtotransformatorívzkomutatoromnavihodíuskladístabílízatoranaprugizmínnogostrumu |