Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.09.01 «Електричні машини й апарати» (141 – Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка). – Кременчуцький національний технічний університет імені Михайла Остроградського Міністерства освіти і науки України, Кременчук, 2019.
Дисертаційна робота направлена на вирішення актуального наукового завдання, спрямованого на вдосконалення методів моделювання електромагнітних процесів і покращення 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 і 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 і забезпечує високу точність розрахунків проектних параметрів.
Запропоновано новий функціональний базис із функціями Гаусса і додатковими функціями похибок для побудови рівнянь нелінійної регресії та вдосконалено методику опису явищ гістерезисного і безгістерезисного намагнічування, що забезпечує підвищення точності математичного опису магнітних характеристик анізотропних холоднокатаних електротехнічних сталей.
Визначено вплив несиметричного розподілу і гармонійного складу фазних струмів намагнічування на енергію магнітного поля в області активної частини, що дозволило уточнити параметри трифазного силового трансформатора і обґрунтувати напрями для зменшення струмів і втрат неробочого ходу.
Розроблено уточнену методику розрахунку електромагнітних параметрів силового трансформатора на основі даних сумісного схемного і 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 I–III габаритів із розрахунковими параметрами неробочого ходу, що визначаються за коригуючою методикою і даними схемно-польового моделювання, доводиться 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 і 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.
Запропоновані у дисертації підходи, методики і нові технічні рішення можна розповсюдити для інших типів виконання силових трансформаторів І-ІІІ габаритів.
Ключові слова: трансформатор силовий, магнітна система, активна частина, неробочий хід, магнітне поле, чисельне моделювання, електромагнітні процеси, гармонійний склад струмів.
