Статья:

ПРИМЕНЕНИЕ ANSYS MAXWELL ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКЦИИ СЕРДЕЧНИКА ТРАНСФОРМАТОРА НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Конференция: XXV Студенческая международная заочная научно-практическая конференция «Молодежный научный форум: технические и математические науки»

Секция: 18. Электротехника

Выходные данные
Зарипов Р.Ф. ПРИМЕНЕНИЕ ANSYS MAXWELL ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКЦИИ СЕРДЕЧНИКА ТРАНСФОРМАТОРА НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ // Молодежный научный форум: Технические и математические науки: электр. сб. ст. по мат. XXV междунар. студ. науч.-практ. конф. № 6(25). URL: https://nauchforum.ru/archive/MNF_tech/6(25).pdf (дата обращения: 30.11.2021)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 0 голосов
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

ПРИМЕНЕНИЕ ANSYS MAXWELL ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКЦИИ СЕРДЕЧНИКА ТРАНСФОРМАТОРА НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Зарипов Руслан Фанович
студент, Уфимский государственный авиационный технический университет, РФ, Республика Башкортостан, г. Уфа
Гусаков Денис Валерьевич
научный руководитель, Уфимский государственный авиационный технический университет, РФ, Республика Башкортостан, г. Уфа
 

Трансформатор — это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока [1]. Трансформаторы широко используются в промышленности для различных целей и являются одним из важней­ших элементов каждой электрической сети. Передача электрической энергии на большие расстояния от места ее производства до места потребления требует в современных сетях не менее чем пяти-, шестикратной трансформации в повышающих и понижающих трансформаторах. В этих же трансформаторах возникает основная масса потерь энергии, оплачи­ваемых по наиболее дорогой цене. Поэтому выбор правильной конструкции магнитопровода трансформатора и способ его изготовления позволит уменьшить потери энергии и, значит, сэкономить на тарифе на электроэнергию.

В результате теоретических исследований трансформаторов с различной конструкцией магнитопроводов выявлено, что выбор того или иного типа магнитной системы связан с выбором схемы магнитной цепи трансформатора, наиболее подходящей для заданных условий. Собранные впереплет плоские шихтованные магнитные системы благодаря простой и дешевой конструкции крепления и стяжки, а также относительной простоте сборки получили наиболее широкое распространение. В современном трансформаторостроении эти системы применяются для большинства силовых трансформаторов до самых мощ­ных включительно. Однако, при переходе магнитного потока из одного листа электротехнической стали в другой, увеличиваются потери.

Для минимизации потерь и получения наилучших характеристик по физическим и электромагнитным показателям, благодаря уменьшению толщины воздушного зазора до толщины ленты магнитопровода трансформатора, целесообразно стыковку половин сердечника при сборке производить не в одной плоскости, как в разрезной технологии, а «по косой», т. е. стык между половинами сердечника должен быть не прямым, а равномерно распределенным по стержням и ярмам магнитопровода.

Технология изготовления магнитопроводов Unicore предполагает повышение качества продукции за счет применения новых методов, осуществляющих комплексный подход к решению задачи. Технология Unicore наиболее полно соответствует повышенным требованиям, предъявляемым к изделию, позволяет сэкономить на сборке и полностью исключить ряд трудоемких операций.

Суть данной технологии в том, что при изготовлении воздействие на ленту магнитопровода производится локально, в нескольких узлах по длине ленты сердечника. Использование компьютерного управления позволяет с высокой точностью рассчитать, изготовить и комплектовать все элементы будущего магнитопровода на одном рабочем месте, одним оператором. Стыковка половин магнитопровода при сборке выполняется не в одной плоскости (как в традиционной технологии), что вызывает значительные потери и усложнение конструкции, а по косой, то есть стык между «половинами» равномерно распределен по стержням магнитопровода. Такая ступенчатая конструкция соединения обеспечивает распределение зазоров в сердечнике по длине стержня, что, в свою очередь, ведет к резкому снижению потерь в магнитопроводе и улучшает его характеристики.

Магнитный поток не «упирается» в препятствие в виде воздушного зазора, а огибает его, используя соседние несущие ленты (дорожки). Такая конструкция магнитопровода, где толщина зазора равна толщине ленты, имеет минимальные потери и наилучшие характеристики по физическим и метрологическим показателям (рис. 1).

Unicore-магнитопроводы имеют высокие магнитопроводящие характеристики, позволяющие найти необходимый компромисс между потерями в магните и временем его сборки. Сама технология предоставляет возможность заранее рассчитать время изготовления будущего изделия, расход стали на одно изделие и производительность на основе стандартных расчетов программы. Таким образом, технология позволяет еще на этапе проектирования оптимизировать будущую продукцию по техническим характеристикам и производственным затратам [2].

 

Рисунок 1. Принцип соединения деталей магнитопровода при сборке

 

С целью исследования влияния конструкции сердечника трансформатора на распределение магнитной индукции было проведено компьютерное моделирование магнитной системы однофазного стержневого трансформатора методом конечных элементов в среде Ansys Maxwell. В качестве материала магнитопровода выбрана сталь 1010, со значением проводимости 2000000 См/м. На рис. 2 показаны результаты моделирования однофазного стержневого магнитопровода трансформатора. При iw=300А витков, значение магнитной индукции, практически по всему магнитопроводу равно 1,5 Тл, лишь в углах наблюдается падение индукции до 0,1 Тл.

 

а

б

Рисунок 2. Результаты моделирования однонофазного стержневого магнитопровода трансформатора: а — распределение магнитной индукции; б — направление вектора магнитной индукции

 

На рис. 3 показаны результаты моделирования трехфазного стержневого магнитопровода трансформатора. Видно, что намагничивание магнитопровода происходит несимметрично. Фаза В, из-за воздействия соседних фаз намагничивается до значения 2 Тл. Крайние фазы А и С имеют значение магнитной индукции 1 Тл, т. е. в 2 раза меньше.

 

а

б

Рисунок 3. Результаты компьютерного моделирования трехфазного стержневого магнитопровода трансформатора: а — распределение магнитной индукции; б — направление вектора магнитной индукции

 

Результаты исследования показывают, что распределение магнитной индукции в сердечниках различной конструкции неравномерно. Направление вектора магнитной индукции трансформатора зависит от конструкции магнитопровода. Компьютерное моделирование позволяет оптимизировать конструктивные параметры, сократить расход меди на обмотки и расход стали на сердечник.

 

Список литературы:
1.    ГОСТ 16110-82. Трансформаторы силовые. Термины и определения.
2.    Морозов Ю.В. Новая технология Unicore для изготовления магнитопроводов / Ю.В. Морозов // Компоненты и технологии. — 2006. — № 8.