Залежність показників трифазних трансформаторів і реакторів від заповнення сталлю кругових і восьмигранних контурів стрижнів планарних шихтованих магнітопроводів

Abstract

Розглянуті конструктивно-технологічні особливості варіантів планарних електромагнітних систем трифазних трансформаторів і реакторів з круговими і восьмигранними утворюючими контурами обмоткових котушок та стрижнів шихтованих магнітопроводів. Восьмигранна конфігурація забезпечує більш суттєве або повне (в стиковому та комбінованому варіантах) заповнення електротехнічною сталлю утворюючих контурів стрижнів, а також підвищення електродинамічної стійкості обмоток. На основі метода інваріантних цільових функцій з безрозмірними оптимізаційними складовими і універсальними відносними керованими змінними розроблені математичні моделі масовартісних і енергетичного показників вказаних варіантів електромагнітних систем. Такі моделі надають можливість узагальненого структурнопараметричного синтезу та визначення характеристик індукційних статичних пристроїв. Отримані відносні числові значення показників технічного рівняння на основі яких показані можливості удосконалення трансформаторів і реакторів при заміні традиційних кругових утворюючих контурів на восьмигранні та при плоских внутрішніх поверхнях ярем.

Purpose. The main elements of power transmission systems are transformers and reactors and the tasks of their improvement are especially relevant. The most common basis for these induction static devices are planar electromagnetic systems with rod magnetic circuits. Transformers and reactors with a capacity of over 16 kV A are made with circular generatrix circuits of the rods and winding coils. To ensure the filling of the sections of such rods with electrical steel with a coefficient of 0.851-0.931, 3-16 packets of various widths are placed in the halves of their cross sections, which significantly complicates the production of magnetic cores. Also, the circular configuration of the turns reduces the electrodynamic resistance of the windings. The aim of the work is to substantiate the advantages of replacing the traditional circular generatrix contours of active elements with octagonal ones. Methodology. A decrease in the main indicators (mass, cost, and loss) and an increase in the electrodynamic stability of transformers and reactors are achieved by using non-traditional designs with octagonal generatrix circuits of rods and winding coils, as well as a yoke with flat inner surfaces in lathing, butt and combined planar magnetic cores. An analysis of the effect of configuration changes and filling of the contours of the rods with steel on mass, cost and loss was performed by the method of target functions of an invariant design synthesis of electrical machines with optimized dimensionless parameters and relative controlled variables. Results. The extrema of the indicators of mass, cost and loss are calculated. It has been established that the use of octagonal generatrix circuits of cross-sections of rods and winding coils in an electromagnetic system leads to an improvement in mass-value indicators and a decrease in losses of three-phase transformers and reactors relative to analogues with circular generatrix circuits. The change in mass-value indicators depends on the fill factor of the circular contour of the rod with rectangular packages of electrical steel. Originality. Comparison of the values of dimensionless indicators gives an objective assessment of the advantages or disadvantages of the considered option of the electromagnetic system relative to the base analogue, regardless of the power, performance and cooling method. Practical value. Replacing in traditional systems of circular generatrix circuits with a jug with octagonal contours leads to an improvement in the extreme values of mass, cost, and loss indicators.