Введение к работе
Актуальность. Развитие современных технологий определяет расширение области применения и увеличение количества используемых электронных устройств и высокотехнологичного электрооборудования.
В большинстве электронных устройств, питающихся от сети напряжением 380/220В частотой 50Гц, применяются выпрямительные схемы питания с пассивными фильтрами. При работе таких устройств ток, потребляемый из сети, имеет импульсный характер, происходит искажение формы питающего напряжения, связанное с падением напряжения на элементах электрической сети.
Одним из основных элементов электрической сети является силовой трансформатор. Надежность и качество функционирования систем электроснабжения в значительной степени зависит от работы силовых трансформаторов. Несинусоидальные режимы влияют на работу оборудования, в том числе и на работу силовых трансформаторов. Появление в сети токов и напряжений высших гармоник приводит к изменению режимов работы силовых трансформаторов.
Старение парка электротехнического оборудования и медленные темпы технического перевооружения большинства систем электроснабжения усугубляют проблему, связанную с увеличением доли нелинейной нагрузки и ее влиянием на работу силовых трансформаторов.
Исследование процессов в силовых трансформаторах при несинусоидальных режимах является актуальной задачей, решение которой необходимо для повышения эксплуатационной надежности и энергетической эффективности работы всей системы электроснабжения в целом и силовых трансформаторов как элементов этой системы, в частности.
Цель работы заключается в исследовании процессов в однофазных и трехфазных силовых трансформаторах при несинусоидальных режимах.
Основные задачи, решаемые в работе для выполнения поставленной цели:
1. Анализ режимов работы силовых трансформаторов подстанций напряжением 10(6)/0,4кВ.
2. Анализ существующих способов исследования параметров и характеристик силовых трансформаторов.
3. Разработка метода исследования процессов в силовых трансформаторах при несинусоидальных режимах работы.
4. Разработка программных и аппаратных средств для экспериментального исследования силовых трансформаторов.
5. Исследование параметров и характеристик силовых трансформаторов при несинусоидальных режимах работы.
6. Моделирование электромагнитных процессов в силовых трансформаторах при несинусоидальных режимах работы.
Методы исследования определялись характером каждой из поставленных задач.
Для анализа несинусоидальных режимов в электрических сетях 0,4кВ и анализа режимов работы силовых трансформаторов 10(6)/0,4кВ проводились инструментальные обследования трансформаторных подстанций напряжением 10(6)/0,4кВ. При проведении обследований использовались анализаторы качества электрической энергии, зарегистрированные в государственном реестре средств измерений РФ.
Исследование параметров и характеристик силовых трансформаторов проводилось на основе теории электрических цепей, теории поля и теории электрических аппаратов.
Было создано стендовое оборудование для проведения исследований. Обработка экспериментальных данных и расчеты производились с использованием разработанных виртуальных приборов, созданных в среде графического программирования LabVIEW 2009. Моделирование электромагнитных процессов в силовых трансформаторах выполнялось методом конечных элементов с использованием программы Elcut 5.1.
Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
1. Разработан экспериментально-расчетный метод исследования процессов в силовых трансформаторах, основанный на использовании экспериментальных данных (массивов мгновенных значений токов и напряжений) для конечно-элементного моделирования магнитного поля.
2. Исследовано влияние несинусоидальных токов нагрузки на величину потерь в магнитопроводе однофазных и трехфазных силовых трансформаторов.
3. Исследовано влияние несинусоидальных токов нагрузки на параметры магнитного поля и плотность вихревых токов в магнитопроводе однофазных и трехфазных силовых трансформаторов.
Достоверность результатов работы, при решении поставленных задач, обеспечена: корректным применением математических методов, обоснованностью принимаемых допущений, сравнением полученных экспериментальных данных с результатами конечно-элементного моделирования.
Практическая ценность работы:
1. Разработан экспериментально-расчетный метод исследования, позволяющий достоверно определять параметры и характеристики силовых трансформаторов при несинусоидальных режимах.
2. Разработан комплект аппаратуры для исследования параметров и характеристик силовых трансформаторов с использованием мгновенных значений токов и напряжений.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Экспериментально-расчетный метод исследования силовых трансформаторов при несинусоидальных режимах.
2. Комплект аппаратуры для исследования параметров и характеристик силовых трансформаторов.
3. Результаты исследования силовых трансформаторов при несинусоидальных режимах работы.
Апробация работы. Научные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах, выставках и форумах: 1. Международная научно-техническая конференция студентов, магистрантов, аспирантов «Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов» (г. Тольятти, 2009г.); 2. I-я всероссийская конференция студентов и аспирантов «Измерение, контроль и диагностика – 2010» (г. Ижевск, 2010г.); 3. V-я международная молодежная научная конференция «Тинчуринские чтения – 2010» (г. Казань, 2010г.); 4. Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика» (г. Москва, 2010г.); 5. Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи «Научно-исследовательские проблемы в области энергетики и энергосбережения» (г. Уфа, 2010г.); 6. X-я выставка-сессия инновационных проектов (г. Ижевск, 2010г.); 7. IX-я международная научно-практическая конференция «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments 2010» (г. Москва, 2010г.); 8. VI-я всероссийская научно-техническая конференция «Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования и производства» (г. Ижевск, 2010г.); 9. XLI-я Международная всероссийская научно-практическая конференция с элементами научной школы для молодежи «Федоровские чтения – 2011» (г. Москва, 2011г.); 10. X-я международная научно-практическая конференция «Инженерные, научные и образовательные приложения на базе технологий National Instruments 2011» (г. Москва, 2011г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 14 печатных работ, из них 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 127 наименований. Основная часть работы изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 68 рисунков, 11 таблиц и 6 приложений.
