Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Электрические машины и аппараты

Диссертационная работа:

Виноградов Андрей Владимирович. Разработка метода расчета и снижения потерь от вихревых токов в мощных преобразовательных трансформаторах с расщепленной вентильной обмоткой : ил РГБ ОД 61:85-5/322

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение. ............ . .7

ГЛАВА I. Анализ методов определения добавочных потерь в обмотках трансформаторов.

  1. Особенности определения по известным методикам основных потерь и потерь от циркулирующих токов в обмотках преобразовательных трансформаторов * . . «14

  2. Методы расчета потерь от вихревых токов в обмотках силовых трансформаторов . , 17

  3. Анализ методов определения добавочных потерь от вихревых токов в преобразовательных трансформаторах с нерасщепленной вентильной обмоткой .22

  4. Особенности определения потерь от вихревых токов в преобразовательных трансформаторах

с расщепленной вентильной обмоткой 26

1.5. Необходимость совершенствования методики
определения потерь в обмотках преобразова
тельных трансформаторов.Постановка задачи . . 30

1.6. Выводы . . . .34

ГЛАВА 2. Расчет потерь от вихревых токов в обмотках

преобразовательных трансформаторов.

  1. Определение добавочных потерь при протекании по параллельным ветвям обмоток синусоидальных токов, имеющих относительный фазовый сдвиг .......... »36

  2. Методика расчета добавочных потерь от вихревых токов в обмотках преобразовательного трансформатора в общем случае «... ... .40

  1. Возможности по упрощению методики расчета потерь при пренебрежении активными сопротивлениями параллельных ветвей и допущении о идеальности преобразовательного агрегата ...... .43

  2. Потери от вихревых токов в обмотках трансформаторов, предназначенных для работы в наиболее распространенных схемах выпрямления .... 52

  3. Особенности расчета добавочных потерь в обмотках фазоповоротных трансформаторов ..... 67

  4. Исследование добавочных потерь в обмотках трансформатора, предназначенного для работы

в двадцатичетырехфазной схеме выпрямления ... 73

2.7. Определение добавочных потерь при сложных
схемах соединения первичных обмоток транс
форматоров . .86

2.8.Особенности определения потерь в случае разнесения вводов вентильной обмотки на

две стороны трансформатора .... 94

2.9.Выводы 101

ГЛАВА 3. Анализ конструкций трансформаторов с точки зрения потерь от вихревых токов в обмотках и рекомендации.

  1. Сравнение конструкций трансформаторов-, предназначенных для работы в наиболее распространенных схемах выпрямления . . . .103

  2. Возможности повышения к.п.д. и надежности трансформаторов, содержащих обмотки со сложными схемами соединения ........... .119

  3. Снижение добавочных потерь в трансформаторах с разнесенными на две стороны вводами вен-

тильной обмотки. 124

3.4. Уменьшение добавочных потерь в обмотках
путем улучшения распределения тока по час
тям вентильной обмотки .,.,.. 129

3.5, Выводы , . . 135

ГЛАВА 4. Сравнение с экспериментальными данными,

результаты внедрения в производство.

  1. Экспериментальное подтверждение методики расчета добавочных потерь при неравномерном делении выпрямленного тока по преобразователям ,.,,. .137

  2. Сопоставление результатов расчета и опыта по определению температур катушек при равномерном делении выпрямленного тока по преобразователям ... ..... 142

  3. Экспериментальное исследование фазопово-ротных трансформаторов 145

  4. Проверка методики расчета для трансформатора, предназначенного для работы в двад-цатичетырехфазной эквивалентной схеме выпрямления 151

  5. Экспериментальное исследование процессов

в трансформаторе с разнесенными на две' сто
роны вводами вентильной обмотки 157

  1. Технико-экономическая эффективность внедрения методики расчета добавочных потерь в обмотках преобразовательных трансформаторов. 161

  2. Направления дальнейших работ ........ 164

4.8. Выводы 165

Заключение 166

Список литературы 171

Приложение I. Список основных обозначений и

сокращений ....... .183

Приложение 2. Алгоритм расчета потерь в обмотках преобразовательного трансформатора в общем случае ..... .187

Приложение 3. Определение коэффициентов AifA2tns . 190

Приложение 4, Программа расчета коэффициентов

А на ЭВМ "МИР-2" 197

Приложение 5. Номограммы коэффициентов Kj, У^,

Лі, As 22

Приложение 6. Расчет тока первичной обмотки

СФІТГ 207

Приложение 7. Определение коэффициентов Ле,Лт,
Ам,Л/г. Использование расчет
ных схем при определении распре
деления тока и индукции поля рас
сеяния . .210

Приложение 8. Относительные величины м.д.с. при
фазовом сдвиге токов в сетевой
обмотке * 216

Приложение 9. Результаты расчета потерь в трансформаторе ТРДГП-20000/І0ФУ2 .... 217

Приложение 10.Расчет превышений температур при неравномерном делении тока по частям вентильной обмотки ..... 219

Приложение II.Расчет превышений температур при равномерном делении тока по частям вентильной обмотки ...... .221

Приложение 12. Результаты расчета распределения тока и индукции в физической мо-

- б -

дели трансформатора ТМНПВ-IOOOO/IO . 225 Приложение ІЗ,Четыре основных направления работ , ,230 Приложение 14,Акт внедрения результатов работы . 234

Введение к работе:

За последние годы все более широкое распространение полу-т чают полупроводниковые преобразователи электрической энергии. Разработка и совершенствование тиристоров и сильноточных диодов существенно расширили области применения статических преобразовательных агрегатов,

В решениях ХХУІ съезда КПСС и в народнохозяйственном пла-не на И пятилетку особое внимание уделяется разработке и ос-воению выпуска электротехнического оборудования, имеющего более высокий коэффициент полезного действия (к.п.д.) и меньшую материалоемкость, а также улучшению качества полупроводниковых приборов и создаваемых на их основе преобразователей для различных отраслей промышленности и сельского хозяйства.

Задача совершенствования преобразовательных агрегатов должна решаться путем повышения эффективности всех их элементов. Доля стоимости трансформаторов и реакторов постоянно возрастает вследствие снижения стоимости полупроводниковых приборов и в настоящее время составляет 30-50$ от стоимости агрегата. Коэффициент полезного действия преобразовательного агрегата на 40-70$ определяется трансформаторным оборудованием. По этим причинам технико-экономические характеристики преобразовательных агрегатов все в большей мере зависят от показателей трансформаторов и реакторов.

Производственным объединением "Уралэлектротяжмаш" выпускаются преобразовательные трансформаторы для различных отраслей промышленности. Единичная мощность выпускаемых трансформаторов постоянно возрастает, что вызывает необходимость дальнейшего улучшения их технико-экономических показателей.

Рост единичной мощности трансформаторов требует повышен-

ной надежности их работы. Кроме того, с ростом мощности преобразовательных трансформаторов на их коэффициент полезного действия все большее влияние оказывают добавочные потери. Тенденция роста добавочных потерь обусловлена с одной стороны стремлением к максимальному коэффициенту мощности преобразовательного агрегата, достигаемому за счет снижения углов коммутации токов вентилей, а с другой стороны применением проводов большого сечения, необходимым для достижения максимального заполнения окна магйи-топровода трансформатора проводниковым материалом.

В связи с ростом требований к качеству электроэнергии сетей в настоящее время все большее применение находят преобразовательные агрегаты с многофазными схемами выпрямления. Применение таких агрегатов позволяет несколько снизить реактивную составляющую сетевого тока и существенно уменьшить коэффициент несинусоидальности напряжения питающей сети. Повышение фазнос-ти преобразовательного агрегата достигается посредством пред-включенных фазоповоротных трансформаторов или применением преобразовательных трансформаторов, характеризующихся наличием расщепленной на несколько частей вентильной обмотки (ВО), причем некоторые из частей, а также сетевая обмотка могут быть соединены по схеме "зигзаг" или "треугольник с продолженными сторонами" .

Появление преобразовательных агрегатов с компенсацией реактивной мощности, достигаемой применением конденсаторных установок и реакторов, потребовало изменения трансформаторов, заключающегося прежде всего в расщеплении на несколько частей ВО и изменении схем соединения этих частей.

Все большее место в производстве занимают трансформаторы для схем электропривода постоянного и переменного тока. Отличительной особенностью некоторых из этих трансформаторов, час-

'ти ВО которых подключены к разным нагрузкам, является необходимость обеспечения их работоспособности при резко неравномерном делении выпрямленного тока по преобразователям.

Проведенные рядом авторов работы по исследованию добавочных потерь в обмотках, как видно из литературных источников, охватывают лишь преобразовательные трансформаторы с нерасщеплен-ной ВО, При расщепленной ВО только для одного из многих частных случаев, а именно для двенадцатифазной эквивалентной схемы выпрямления при допущении о равенстве токов преобразователей, имеется методика расчета потерь от вихревых токов. Применение. известных методик при определении потерь в других случаях расщепления ВО может приводить к значительным погрешностям и не позволяет выявить места концентрации потерь. Недостаточная точность существующих методик расчета потерь в обмотках преобразовательных трансформаторов привела к тому, что норма допустимого превышения температуры обмоток маслянных преобразовательных трансформаторов на 5С ниже, чем для обмоток силовых трансформаторов [i J .

Анализ литературы и условий работы преобразовательных трансформаторов, а также опыт их проектирования выявили теоретические вопросы, решение которых необходимо для повышения качества проектирования трансформаторного оборудования, повышения его к.п.д. и надежности.

В настоящей работе автором поставлены и решаются следующие задачи:

  1. Теоретически и экспериментально исследуются добавочные потери от вихревых токов в преобразовательных трансформаторах со сложными растепленными ВО.

  2. Разрабатывается методика расчета добавочных потерь от вихревых токов в трансформаторах с расщепленной ВО.

- ю -

  1. Проводится оценка существующих конструкций, разрабатываются новые, обеспечивающие повышение надежности и к.п.д. трансформаторного оборудования.

  2. Предложенная методика расчета и конструктивные решения, внедряются в практику проектирования и производство мощных преобразовательных трансформаторов.

Актуальность поставленных задач подтверждается большим вниманием, уделенным на ХХУІ съезде партии экономии электрической энергии, материалов и повышению надежности оборудования. Значительный объем производства и постоянное расширение областей применения преобразовательных трансформаторов повышают значимость решаемых вопросов. Об актуальности работы свидетельствует и тот факт, что разработка методики расчета потерь предусмотрена темой отраслевого плана научно-исследовательских работ Министерства электротехнической промышленности СССР B0I.I503 "Исследования преобразовательных трансформаторов с целью снижения добавочных потерь в обмотках и улучшения гармонического состава тока".

В работе на основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований получены следующие, обладающие научной, новизной, результаты:

  1. Аналитически доказано, что добавочные потери от вихревых токов конкретной гармоники в обмотках трансформатора равны сумме потерь от вихревых токов в двух расчетных схемах, магнитодвижущие силы (м.д.с.) параллельных ветвей обмоток в которых равны проекциям фактических м.д.с. на две ортогональные временные оси.

  2. Выявлены закономерности в относительных сдвигах фаз гармоник токов, протекающих по частям ВО преобразовательного трансформатора. На основании полученных закономерностей доказано, что при допущении о равномерном делении выпрямленного тока

- II -

но преобразователям и пренебрежении активными сопротивлениями параллельных ветвей обмоток гармоники тока можно разделить на несколько рядов, характеризующихся идентичностью распределения тока и потерь для всех гармоник ряда. Число рядов гармоник равно отношению фазности выпрямления преобразовательного агрегата, выполненного на базе рассматриваемого трансформатора, к фазности выпрямления преобразователя, питаемого одной частью ВО. Для каждого ряда может быть введен коэффициент, зависящий от соотношений амплитуд токов гармоник, позволяющий определять величину добавочных потерь от всего ряда гармоник.

  1. Доказано, что для определения добавочных потерь от вихревых токов в обмотках преобразовательных трансформаторов предварительно необходимо определить добавочные потери в одной или нескольких однофазных расчетных схемах при синусоидальных токах с частотой основной гармоники. Для трансформаторов с расщепленными на две части ВО, а также для фазоповоротных трансформаторов совмещенной конструкции расчетные схемы соответствуют опытам сквозного короткого замыкания (к.з.) и к.з. расщепления частей ВО. Усложнение схемы соединения по крайней мере одной из обмоток или части обмотки по отношению к схемам звезда и треугольник приводит к необходимости удвоения числа однофазных расчетных схем.

  2. Теоретически и экспериментально исследованы процессы, происходящие в трансформаторах, предназначенных для работы в мостовых схемах выпрямления, и имеющих разнесенные на две стороны вводы ВО. Доказано наличие в токах частей ВО таких трансформаторов постоянной составляющей и неканонических (четных) гармоник.

  3. Разработана методика определения добавочных потерь от вихревых токов в трансформаторах со сложными расщепленными ВО.

Для наиболее часто применяющихся конструкций обмоток получены упрощенные расчетные формулы.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены при модернизации серий трансформаторов типов ТЦНП, ТДШ, предназначенных для электролиза цветных металлов, разработке специальных трансформаторов для преобразователей частоты, а также трансформаторного оборудования для опытной физической установки ТОКАМАК;

предложены новые конструкции трансформаторов и их обмоток, обеспечивающие повышение технико-экономических показателей преобразовательных агрегатов. Новизна этих решений подтверждена семью авторскими свидетельствами СССР;

результаты теоретического анализа нашли применение в практике проектирования трансформаторов: разработаны методические указания "Расчет добавочных потерь от вихревых токов в обмотках преобразовательных трансформаторов".

Достоверность и обоснованность научных положений подтверждается результатами измерений температур обмоток трансформаторов в эксплуатации, экспериментальными исследованиями распределения тока и индукции поля рассеяния в обмотках физической модели трансформатора, работающего в составе четырехмостового преобразовательного агрегата, а также результатами измерений токов основной и высших гармоник в обмотках физических моделей фазоповоротных трансформаторов совмещенной конструкции и трансформатора с разнесенными на две стороны вводами ВО. Исследования проводились автором на заводе "Уралэлектротяжмаш" им.В.И.Ленина в 1977-1983 годах и отражены в ряде научно-технических статей и описаний изобретений (бб, 67, 69 г 73-75, 77, 79, 82, 86, 87, 89~| , а также отчетов о научно-исследова-

- ІЗ -тельоких работах и технических проектов [72, 78, 92, 94, 96, 97J.

Подобные работы
Иогансен Вадим Игоревич
Исследование и разработка методов расчета и конструирования основных узлов высокоиспользованных турбогенераторов
Щурская Тамара Всеволодовна
Разработка методов расчета и исследование электромагнитных и тепловых характеристик одностороннего линейного асинхронного двигателя с поперечным потоком
Редькин Владимир Михайлович
Разработка метода расчета электромагнитных параметров и характеристик турбогенераторов с учетом несимметрии, зубчатости и насыщения элементов магнитопровода. Программное приложение
Бланк Алексей Валерьевич
Разработка метода расчета магнитного поля в дискретно-однородных цилиндрических структурах явнополюсных электрических машин
Семенова Ксения Васильевна
Разработка методов построения и реализации алгоритмов расчета магнитных полей и характеристик турбогенераторов на многопроцессорной ЭВМ
Арутюнян Аветик Мкртичевич
Разработка и исследование многополосных однофазных асинхронных двигателей с сосредоточенными обмотками
Кибартас Виктор Витаутасович
Разработка метода, алгоритмов, программ косвенного контроля момента и диагностики синхронного электродвигателя центробежного турбомеханизма
Щукин Андрей Владимирович
Разработка методов динамических характеристик электромагнитных экранов криотурбогенератора
Жданова Юнона Евгеньевна
Разработка методов и средств эксплутационного контроля вибрационного состояния мощных гидроагрегатов
Сентюрихин Николай Иванович
Разработка средств и методов улучшения технико-экплуатационных показателей асинхронных двигетелей с экранированныими полюсами

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net