Русская версия English version

Разработка моделей для расчета параметров трансформатора преобразователя частоты с фольговыми обмотками с учетом вытеснения тока

А.В. Стулов, А.И. Тихонов, И.А. Трофимович, К.В. Семенова

Вестник ИГЭУ, 2017 г. выпуск 6, сс. 25—32

Скачать PDF

Аннотация на русском языке: 

Состояние вопроса: Особенностью трансформаторов для частотных преобразователей энергии является значительное влияние эффекта вытеснения тока на добавочные потери и индуктивность рассеяния на повышенных частотах (400–800 Гц), особенно при использовании фольговых обмоток. Существующие инженерные методики расчета параметров таких трансформаторов не позволяют учитывать эффекты вытеснения тока в фольговых обмотках, а предложенная ранее авторами методика расчета фольговых обмоток не адаптирована к высоким частотам. В связи с этим актуальной является разработка моделей для расчета преобразовательных трансформаторов на основе расчетов магнитного поля.      

Материалы и методы: Использован пакет MSOffice, в который внедрена библиотека конечно-элементного моделирования магнитного поля EMLib. Система уравнений динамики трансформатора формируется по методу контурных токов и решается методом Рунге-Кутта. Результаты расчета сравниваются с результатами приемо-сдаточных испытаний опытного образца трансформатора в лаборатории ООО «Трансформер».

Результаты: Разработана полевая динамическая модель для расчета параметров трансформатора преобразователя частоты с фольговыми обмотками, позволяющая учитывать влияние эффекта вытеснения тока на индуктивность рассеяния и добавочные потери, что повышает точность поверочного расчета. Произведен расчет однофазного трансформатора, питающегося от преобразователя частоты в диапазоне 400–800 Гц. Исследовано влияние частоты на процессы в фольговой обмотке. Изготовлен и испытан опытный образец сухого трансформатора ОСПЧ–296/10, параметры которого соответствуют требованиям технического задания заказчика.

Выводы: Разработанные модели трансформаторов повышенной частоты с фольговыми обмотками, а также методы численного исследования и созданные программные средства были использованы при производстве трансформаторов преобразователей частоты. Результаты расчета подтверждены в ходе приемосдаточных испытаний.  Данные средства могут выступать основным инструментом проектировщиков трансформаторов, питающихся от частотных преобразователей.

Список литературы на русском языке: 

1. Тир Л.Л. Трансформаторы для установок индукционного нагрева повышенной частоты. – М.; Л.: Госэнергоиздат, 1961. – 240 с.

2. Вологдин В.В., Слухоцкий А.Е. Трансформаторы для высокочастотного нагрева. – М.: Машгиз, 1957.

3. Денисов Ю.В. Трансформатор высокой частоты без самоиндукции рассеяния во вторичной обмотке // Электричество. – 1940. – № 6.

4. Матханов П.Н., Гоголицын Л.З. Расчет импульсных трансформаторов. – Л.: Энергия, 1980. – 112 с.

5. Вдовин С.С. Проектирование импульсных трансформаторов. – Л.: Энергоатомиздат, 1991. – 208 с.

6. Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей: Справочная книга. – Л.: Энергоатомиздат, 1986. – 488 с.

7. Стулов А.В., Тихонов А.И., Корнев И.А. Подсистема САПР для расчета потерь короткого замыкания в фольговых обмотках распределительных трансформаторов с учетом вытеснения тока // Вестник ИГЭУ. – 2015. – Вып. 2. – С. 71–74. doi: 10.17588/2072-2672.2015.2.071-074

8. Тихонов А.И. Математическое моделирование электромагнитных процессов в фольговых обмотках трансформаторов и токоограничивающих реакторов. – Иваново, 2015. – 79 с.

9. Fu Wong. High frequency transformer for switching mode power supply, Ph.D. dissertation, Griffith University, Australia, March 2004.

10. Abed N.Y., Mohammed O.A. Physics-based high-frequency transformer modeling by finite elements // IEEE Trans. Magn. – Aug. 2010. – Vol. 46, no. 8. – Р. 3249–3252.

11. Jazebi S. De León F. Duality-Based Transformer Model Including Eddy Current Effects in the Windings // IEEE Transactions on power delivery. – October 2015. – Vol. 30, no. 5. – P. 2312–2320.

12. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов: учеб. пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 528 с. 

Ключевые слова на русском языке: 
эффект вытеснения тока, повышенная частота, фольговые обмотки, магнитное поле, электрическая схема замещения.
Ключевые слова на английском языке: 
current displacement effect, higher frequency, foil-wounded windings, magnetic field, electrical equivalent circuit.
Индекс DOI: 
10.17588/2072-2672.2017.6.025-032
Количество скачиваний: 
9