Подчеркнуто, что минерально-сырьевая база, как важнейшая составляющая часть природных ресурсов, имеет исключительное значение не только для развития экономики государства, но и является гарантией ее безопасности и обусловливает перспективные стратегические направления устойчивого социально-экономического развития промышленных регионов Украины.

Запропоновано застосування методу скінченних елементів для визначення параметрів короткого замикання силового трансформатора в структурі засобів FEMM. Здійснено врахування особливостей конструктивної будови активної частини трансформатора, розподілу електрорушійних сил обмоток, впливів нелінійних електрофізичних властивостей магнітних систем, баку трансформатора, пресуючих кілець і балок обмоток на енергію магнітного поля. Розрахунок параметрів короткого замикання трансформатора проведено на основі математичної моделі електромагнітного поля в формулюваннях векторного магнітного потенціалу для синусоїдальних струмів в обмотках і фазових зсувів. Підвищення точності визначення енергії магнітного поля, потокозчеплень і індуктивностей обмоток забезпечено розрахунками дискретних масивів просторового розподілу індукції магнітного поля у визначений момент часу. Адекватність моделі, достовірність і точність розрахунків доведено порівнянням із даними класичної методики і експериментальними даними випробування в режимі короткого замикання. Показано, що застосування засобів польового моделювання дозволило зменшити похибку розрахунків майже в 2 - 3 рази.

Мета роботи - розробка нового підходу до математичного моделювання у структурі засобів FEMM змінних у часі процесів електромагнітного перетворення енергії в силових розподільчих трансформаторах і визначення параметрів неробочого ходу з урахуванням нелінійних магнітних властивостей електротехнічних сталей та особливостей конструкції трифазних шихтованих магнітних систем, що забезпечує підвищення точності визначення розподілення магнітних потоків і параметрів неробочого ходу. Використано числове моделювання зв'язаних електричних і магнітних полів в силових розподільчих трансформаторах за допомогою методів скінченних елементів (МСЕ) і теорії електромагнітного поля. Наведено теоретичні дослідження моделювання зв'язаних електричних і магнітних полів на основі числової реалізації за допомогою МСЕ узагальненої 2D моделі силового розподільчого трансформатора, яка надає можливість врахувати нелінійність магнітних властивостей електротехнічної сталі та зміни кутових зсувів струмів фазних обмоток у режимі неробочого ходу. Проаналізовано розподілення та форми часових кривих магнітних потоків у магнітній системі трифазного розподільчого трансформатора (ТФРТ). Визначено гармонійний склад часових кривих магнітних потоків у стрижнях, ярмах, кутах магнітної системи та відповідні коефіцієнти несинусоїдальності. Виконано корегування для розподілу діючих значень магнітних потоків у кутах для визначення активної та реактивної потужності в трифазних магнітних системах, що забезпечує підвищення точності розрахунку параметрів неробочого ходу ТФРТ.

Індекс рубрикатора НБУВ: К222.234.11

Рубрики:

Електротехнічна сталь

Шифр НБУВ: Ж16680 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Мета роботи - визначення гармонійного складу струмів неробочого ходу силового трансформатора (СТ) із застосуванням просторових польових моделей, що враховують конструктивну будову активної частини трансформатора, гістерезис нелінійних магнітних властивостей електротехнічної сталі, електричну асиметрію струмів у фазних обмотках. На основі числової реалізації 3D моделей магнітного поля у трифазному СТ зі з'єднанням первинних обмоток за схемою "Y" визначено гармонійний склад фазних струмів неробочого ходу. Застосовано удосконалений підхід для підвищення ефективності польового моделювання дослідного режиму неробочого ходу шляхом завдання умов симетрії магнітного поля на площині з осями стрижнів магнітної системи. Це надало змогу скоротити об'єм 3D геометричної області удвічі та забезпечити пропорційне зменшення часових і обчислювальних ресурсів, необхідних для числової реалізації математичної моделі за методом скінчених елементів. Визначено особливості несинусоїдних змін у часі миттєвих значень струмів неробочого ходу та зроблено оцінку їх нерівномірного розподілу по фазах трансформатору, який характеризується збільшенням діючих струмів до 113,2, 112,9 % у фазах A і C та їх зменшенням до 72,4 % у фазі B. Показано, що амплітуда основної гармоніки зменшується для прямої послідовності фаз на 5,08 % від амплітуди струму неробочого ходу трансформатора і збільшується до 27,91 % для зворотної послідовності фаз. Встановлено переважний вплив непарних вищих гармонійних складових фазних струмів НХ, амплітуди яких складають 24, 21 і 4 % від амплітуди струму НХ для його третьої, п'ятої і сьомої гармоніки. Застосування системи компенсуючих обмоток, що приєднуються до регулювальних обмоток у зворотній послідовності фаз із фазовим зсувом 120 градусів надає змогу скороти діюче значення струму НХ зворотної послідовності до 5 %, наблизити діюче значення першої гармоніки струму НХ прямої послідовності фаз до 98 % струму НХ, а також зменшити відхилення кутів фазових зсувів у порівнянні із симетричним режимом НХ до 2 %. На основі теоретичних і експериментальних досліджень визначено переважний вплив третіх гармонійних складових на несинусоїдність фазних струмів неробочого ходу у первинних обмотках, що з'єднані у "Y". Застосування додаткових граничних умов симетрії забезпечує суттєве підвищення ефективності числової реалізації завдяки двократному скороченню об'єму 3D області моделювання СТ у режимі неробочого ходу. Для схеми з'єднання обмоток трансформатора "Y" без нульового проводу шляхом врахування u1089 сполучених впливів властивостей гістерезису і вихрових струмів на питомі втрати і потужність намагнічування, завдяки високій точності опису взаємозв'язків між індукцією та напруженістю магнітного поля у феромагнітних середовищах визначено й експериментально підтверджено нові особливості гармонійного складу струмів неробочого ходу із перевагою третьої гармоніки. Запропоновані в роботі підходи та методики надають змогу зменшити струмову похибку і відносну похибку для втрат НХ до 1,41 % і 1,2 % для 3D моделі трифазного СТ. Застосування системи КО надає змогу скоротити у 2 і 2,5 разу амплітуди третіх гармонійних складових фазових струмів НХ і шляхом симетрування струмового навантаження фаз зменшити амплітуди фазних струмів НХ і діюче значення струму НХ на 15 - 20 % та втрати НХ.

Мета роботи - дослідження електромагнітних параметрів тролеїв шинопроводу, та верифікація отриманих результатів розрахунку за допомогою просторової (3D) і плоско-паралельної (2D) математичних польових моделей. Дослідження проводилися з застосуванням методів теорії електромагнітного поля (ЕМП), інтерполяції та апроксимації, математичної фізики, скінченних елементів. Розроблено математичну просторову модель електромагнітних процесів у сталевому тролейному шинопроводі у часовій постановці задачі розподілу ЕМП. Отримані залежності розподілу еквіпотенціальних ліній результуючої z-складової вектора магнітного потенціалу вздовж шинопроводу, а також розподілу результуючої нормальної складової магнітної індукції та напруженості магнітного поля у поперечному (XY) перетині за несинусоїдального струму в тролеях шинопровода. Доведено, що вздовж довжини шинопроводу, у поперечному їх перетині, магнітне поле прагне до плоско-паралельної форми. Нев'язка модуля векторного магнітного потенціалу вздовж довжини шинопроводу не перевищує 0,9 - 1,2 %. Для зменшення розмірності задачі, обчислювальних ресурсів і часу на розрахунок, запропоновано двовимірну плоско-паралельну математичну модель у частотній постановці розподілу ЕМП. Для врахування нелінійних магнітних властивостей сталевих тролеїв запропоновано визначення ефективної кривої намагнічування для нелінійної двовимірної задачі ЕМП шинопровода. Отримані результати верифікації, за розрахованим падінням напруги, підтверджують високу точність розрахунку та достовірність отриманих результатів (похибка не перевищує 1,88 - 2,06 %) двовимірної моделі у частотній постановці по відношенню до просторової моделі в постановці задачі залежної від часу ЕМП. Запропоновано математичну двовимірну модель електромагнітних процесів у частотній постановці задачі розподілу електромагнітного u1087 поля в тролейному шинопроводі, що враховує конструктивні особливості, нелінійність магнітних та електрофізичних властивостей матеріалів, ефекти близькості, поверхневі та зовнішні поверхневі ефекти, вплив гармонійних складових струму на падіння напруги та втрати потужності в процесі електропередачі, яка надає можливість із високою точністю та ефективністю числової реалізації визначити параметри тролей шинопроводу для відповідних значень амплітуд і частот віщих гармонік струму. Проведена верифікація за розрахованим падінням напруги підтверджуює високу точність розрахунку та достовірність отриманих результатів (похибка не перевищує 1,88 - 2,06 %) двовимірної моделі у частотній постановці по відношенню до просторової моделі в постановці задачі залежної від часу розподілу ЕМП.

Увагу приділено вдосконаленню методів моделювання електромагнітних процесів і покращенню точності визначення параметрів силових трифазних трансформаторів у режимах з несиметричними несинусоїдними струмами неробочого ходу. Виконано аналіз конструктивних особливостей трансформаторів І - ІІІ габаритів та запропоновано перетворення структур геометричних параметрів багатокомпонентних активних частин трансформаторів у кортежі фізико-геометричних структур, які доповнені множинами параметрів і характеристик механічних, електричних і магнітних властивостей їх матеріалів, що дозволило сформувати з кортежів локальних структур силових трансформаторів унітарну структуру для виробничої програми підприємства. Набули подальшого розвитку методи схемно-польових розрахунків електромагнітних процесів в активних частинах силових трифазних трансформаторів І - ІІІ габаритів. Вперше запропоновано спряжену схемно-польову модель електромагнітних процесів, яка поєднує інтегро-диференціальні рівняння схемної моделі для фазних струмів і потокозчеплень із диференціальними рівняннями у частинних похідних для векторних магнітних потенціалів. Запропоновано новий метод "вільного" зсуву обмоток у вікнах магнітної системи та введення додаткових площин симетрії активної частини, що дозволяє в чотири рази зменшити об'єм 3D області моделювання. Засобами конформного відображення ступінчастих стрижнів і ярм магнітної системи 3D області моделювання перетворюються у 2D підобласті, що скорочує час чисельної реалізації на два порядки та забезпечує високу точність розрахунків проєктних параметрів. Запропоновано новий функціональний базис із функціями Гаусса та додатковими функціями похибок для побудови рівнянь нелінійної регресії та вдосконалено методику опису явищ гістерезисного та безгістерезисного намагнічування, що забезпечує підвищення точності математичного опису магнітних характеристик анізотропних холоднокатаних електротехнічних сталей. Визначено вплив несиметричного розподілу та гармонійного складу фазних струмів намагнічування на енергію магнітного поля в області активної частини, що дозволило уточнити параметри трифазного силового трансформатора й обгрунтувати напрями для зменшення струмів і втрат неробочого ходу. Розроблено уточнену методику розрахунку електромагнітних параметрів силового трансформатора на основі даних сумісного схемного та польового моделювання, отриманих із застосуванням сучасних спеціалізованих програм для чисельної реалізації 3D моделі магнітного поля з урахуванням особливостей конструктивної будови активної частини та нелінійних властивостей активних матеріалів. Запропоновано нову методику для корегування значень струмів намагнічування при роботі силових трансформаторів на різних ступенях РПН на основі методів лінійної та поліноміальної регресії, що значно покращує точність розрахунків і суттєво скорочує витрати часу на етапі конструкторської підготовки виробництва. На основі порівняння даних випробувань 19 трифазних силових трансформаторів І - ІІІ габаритів із розрахунковими параметрами неробочого ходу, що визначаються за коригуючою методикою і даними схемно-польового моделювання, доведено істотне зниження похибок розрахунку параметрів неробочого ходу (на 12 - 14 % - для струму і на 9 - 11 % - для втрат неробочого ходу). Запропоновано нові конструктивні рішення для компенсації третіх гармонійних складових струмів намагнічування та складових струмів намагнічування зворотної послідовності фаз, які полягають у диференціації площ перерізу стрижнів і кількості витків обмоток по фазах трансформатора. Це дозволило без збільшення маси магнітної системи і маси його обмоток скоротити відхилення фазних струмів намагнічування по амплітуді до 3,2 %, зменшити діюче значення струму та втрати неробочого ходу трансформатора на 6,8 % і 16,4 % відповідно. Зазначено, що запропоновані у дисертації підходи, методики та нові технічні рішення можна розповсюдити для інших типів виконання силових трансформаторів І - ІІІ габаритів.