Русская версия English version

Разработка конструкции и методики проектирования высокочастотных трансформаторов с сердечником из аморфных сплавов

А.И. Тихонов, А.В. Стулов, И.В. Еремин, А.В. Плаксин

Вестник ИГЭУ, 2018 г. выпуск 6, сс. 57—65

Скачать PDF

Аннотация на русском языке: 

Состояние вопроса. В настоящее время все более популярными становятся экологичные транспортные средства, использующие электропривод. Широкое распространение электротранспорта сдерживается развитием соответствующей инфраструктуры – зарядных станций. Для повышения быстродействия и уменьшения габаритных размеров зарядных станций предлагается использовать высокочастотные преобразовательные системы, основой которых является силовой высокочастотный трансформатор с сердечником из аморфной стали. Анализ проблемы проектирования силовых высокочастотных трансформаторов показывает недостаточность проработки в технической литературе методики уточненного расчета потерь холостого хода, особенно при использовании аморфной стали, и потерь в баке или кожухе силового трансформатора на высоких частотах. В связи с этим актуальной является задача разработки типовой конструкции силовых высокочастотных трансформаторов с сердечником из аморфной стали, а также создания методики их проектирования и программных средств, доступных для трансформаторостроительных предприятий в сфере малого и среднего бизнеса.

Материалы и методы. Использована традиционная методика проектирования силовых трансформаторов, адаптирован­ная к высокочастотным исполнениям путем использования уточненной методики расчета потерь холостого хода и потерь в баке или кожухе высокочастотных трансформаторов. Оптимизация проекта осуществляется с использованием генетических алгоритмов средствами MATLAB. Уточненный расчет осуществляется на основе конечно-элементного расчета магнитного поля с использованием библиотеки EMLib. Система проектирования силовых высокочастотных трансформаторов строится на основе пакета MS Excel.

Результаты. Разработана типовая конструкция силового высокочастотного трансформатора для преобразовательных установок зарядных станций электротранспорта. В качестве материала магнитопровода использована аморфная сталь, поставляемая в виде готовых типовых витых элементов сердечника. Методика проектирования силовых высокочастотных трансформаторов адаптирована к особенностям процессов, происходящих на высоких частотах. В частности, разработана методика расчета потерь холостого хода, в том числе на основе полевых расчетов, и потерь в баке или кожухе трансформатора.

Выводы. Разработанная типовая конструкция силовых высокочастотных трансформаторов технологически проста, не требует принципиальных изменений существующего технологического процесса и может быть рекомендована для их производства в условиях трансформаторных заводов в сфере малого и среднего бизнеса. Разработанная методика и инструментальные средства проектирования способны обеспечить эффективность организации проектных работ, в частности, из-за наличия возможности оптимизации проекта. Планируется внедрение результатов работы в производство на ООО «Трансформер» (г. Подольск, Московская область).

Список литературы на русском языке: 

1. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов: учеб. пособие для вузов. – 7-е изд. – М.: ЛЕЛАНД, 2014. – 528 с.

2. Стародубцев Ю.Н., Белозеров В.Я. Магнитные свойства аморфных и нанокристаллических сплавов. – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2002. – 384 с.

3. Судзуки К., Фудзимори Х., Хасимото К. Аморфные металлы: пер. с япон. / под ред. Ц. Масумото. – М.: Металлургия, 1987. – 328 с.

4. Золотухин И.В. Физические свойства аморфных металлических материалов. – М.: Металлургия, 1986. – 176 с.

5. Исследование изменения микроструктуры аморфных металлических сплавов после низкотемпературной обработки методом нейтронной дифракции / А.И. Бескровный, Е.Б. Докукин, М.Е. Докукин, Н.С. Перов // Совещание по исследованиям на реакторе ИБР-2. – Дубна, 2002. – С. 72.

6. Производство аморфной и нанокристаллической ленты методом литья на овальный МНЛЗ / И.И. Данилова, В.В. Маркин, О.В. Смолякова и др. // Вестник ЮУгУ. – 2008. – № 9(109). – C. 16–21.

7. Лейтес Л.В. Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов. – М.: Энергия, 1981. – 392 с.

8. Кретов Д.А. Расчет тепловых потерь в баке силового трансформатора при геомагнитных бурях // Современные проблемы науки и образова-ния. – 2012. – № 5. URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=7000.

9. Еремин И.В., Тихонов А.И, Попов Г.В. Проектирование силовых трансформаторов с сердечником из аморфной стали. – Иваново, 2014. – 84 с.

10. Стулов А.В., Трофимович И.А., Тихонов А.И. Разработка САПР силовых трансформаторов на основе автономных библиотек моделирования физических полей и электрических цепей // Пром-Инжиниринг: труды III Междунар. науч.-техн. конф. – Челябинск: Изд. центр, ЮУрГУ, 2017. – С. 78–84.

11. Насыпная Е.П. Подход к расчету удельных потерь в электротехнических сталях // Труды Одесского политехнического университета. – 2010. – Вып. 1(33), 2(34). – С. 116–123.

Ключевые слова на русском языке: 
высокочастотный трансформатор, аморфные сплавы, САПР трансформаторов, зарядные станции
Ключевые слова на английском языке: 
high-frequency transformer, amorphous alloys, CAD of transformers, charging stations
Индекс DOI: 
10.17588/2072-2672.2018.6.057-065
Количество скачиваний: 
38