A New Approach to Designing of Matching Transformers with a Rotating Magnetic Field

  • Il’ya Yu. KUZ’MIN
  • Alexandr I. CHEREVKO
DOI: https://doi.org/10.24160/0013-5380-2021-8-28-38

Abstract

Представлен физико-математический подход к определению энергетических и массогабаритных характеристик согласующих многофазных трансформаторов с вращающимся магнитным полем малой и средней мощности. Согласующие трансформаторы работают в составе статических полупроводниковых преобразователей нового типа, обеспечивающих повышение электромагнитной совместимости в автономных судовых электроэнергетических системах. Показано, что предлагаемый подход может быть успешно применён как для автоматизированного расчёта энергетических и массогабаритных характеристик трансформаторов с любыми заданными параметрами (магнитная индукция в воздушном зазоре, активные сопротивления обмоток, длина и диаметр магнитной системы и т.д.), спроектированными на различное питающее и выходное напряжение, так и для оценки вклада каждого из таких параметров в динамику изменения коэффициента полезного действия, удельной массы и объёма трансформатора. Кроме того, предлагаемый подход претендует на роль самостоятельного доказательства лучших удельных массогабаритных характеристик полупроводниковых преобразователей с согласующими трансформаторами с вращающимся магнитным полем по сравнению с полупроводниковыми преобразователями с согласующими трансформаторами с пульсирующим магнитным полем.

Author Biographies

Il’ya Yu. KUZ’MIN

Northern Production Association “Arktika” (“United Shipbuilding Corporation”), Severodvinsk, Russia) – naval engineer-designer 1st cat. of the Chief Designer Dept., Cand. Sci. (Eng.).

Alexandr I. CHEREVKO

(Institute of Shipbuilding and Marine Arctic Engineering (Sevmashvtuz), branch of Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov in Severodvinsk, Russia) – Professor of the Marine Electrical Energetics and Automatics Dept., Dr. Sci. (Eng.).

References

1. А. с. СССР №524234 А1, H 01 F 29/14. Статический регулируемый трансформатор с вращающимся магнитным полем / В.Ф. Шукалов, Н.А. Иванова. – БИ, 1976, № 29.
2. Иванов В.А., Иванова Н.А., Шукалов В.Ф. Многофазные выпрямители на базе трансформаторов с вращающимся магнитным полем. – Электромашинные элементы автоматики: межвузовский сборник, 1980, с. 120–123.
3. Кузьмин И.Ю. Судовая система электропитания асинхронного двигателя на базе автономного инвертора с трансформатором с вращающимся магнитным полем: автореф. дис. ... канд. техн. наук. СПб: СПбГМТУ, 2020, 32 с.
4. Анисимов Я.Ф., Васильев Е.П. Электромагнитная совместимость полупроводниковых преобразователей и судовых электроустановок. Л.: Судостроение, 1990, 263 c.
5. Мыцык Г.С., Сизякин А.В., Не Хейн Со, Аунг Зо Тин. Особенности физических процессов в трансформаторно-выпрямительных устройствах с многоканальным преобразующим трактом. – Электричество, 2019, № 11, с. 12–22.
6. Бертинов А.И., Бут Д.А., Мизюрин С.Р. и др. Специальные электрические машины: (Источники и преобразователи энергии). М.: Энергоиздат, 1982, 552 с.
7. Копылов И.П., Горяинов Ф.А., Клоков Б.К. и др. Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузов. Под ред. И.П. Копылова. М.: Энергия, 1980, 496 с.
8. Баль В.Б., Минт Тун Аунг. Проектирование и выбор параметров вентильно-индукторного генератора. – Электричество, 2019, № 11, с. 40–44.
9. Luo M., Dujic D., Allmeling J. Leakage Flux Modeling of Multiwinding Transformers for System-Level Simulations. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2018, vol. 33, No. 3, pp. 2471–2483.
10. Кузьмин И.Ю., Черевко А.И., Лимонникова Е.В. Особенности проектирования трансформаторов с вращающимся магнитным полем для полупроводниковых преобразователей. – Электричество, 2016, № 2, с. 39–44.
11. Кузьмин И.Ю., Черевко А.И. Математическая модель автономного инвертора, построенного на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем. – Электричество, 2019, № 1, с. 45–54.
12. Kuz’min I.Y., Cherevko A.I., Limonnikova E.V. The Effect of Design Features of a Transformer with a Rotating Magnetic Field on the Quality of the Output Voltage of a Self Excited Inverter. – Russian Electrical Engineering, 2015, vol. 86, No. 8, pp. 443–447.
13. Вольдек А.И., Попов В.В. Электрические машины. Машины переменного тока. СПб.: Питер, 2008, 350 с.
14. Трофимова Т.И. Физика в таблицах и формулах. М.: Издательский центр «Академия», 2009, 448 с.
15. ГОСТ 21427.1-83. Сталь электротехническая холоднокатаная анизотропная тонколистовая. Технические условия. М.: ИПК Издательство стандартов, 2003, 17 с.
16. Clerk Maxwell J. A Treatise on Electricity and Magnetism. Oxford: Clarendon Press, 1873, vol. 2.
17. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов: СПб.: Издательство «Лань», 2010, 608 с.
18. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. М.: Энергия, 1980, 928 с.
19. Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В., Кваснюк А.А. Силовая электроника. М.: Издательский дом МЭИ, 2009, 632 с.
20. Кетков Ю.Л., Кетков А.Ю., Шульц М.М. MATLAB 6.x.: программирование численных методов. СПб.: БХВ Петербург, 2004, 672 с.
21. Вольдек А.И., Попов В.В. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы. СПб.: Питер, 2008, 320 с.
22. ГОСТ 8865 93 (МЭК 85 84). Системы электрической изоляции. Оценка нагревостойкости и классификация. М.: Издательство стандартов, 1995, 11 с.
#
Published
2021-05-04
Issue
No 8 (2021): Issue № 8
Section
Article