Теоретические и экспериментальные заделы

ИХО ДС - МИИТ

ОТЧЁТ

на тему: концепция “Трансформатор”

Москва 2011
Содержание.

1. Проблемы в электроэнергетике. 3

2. Критерии эффективности работы трансформатора. 3

3. Формирование задачи повышения эффективности работы трансформатора. 4

3.1. Варианты улучшения критериев эффективности. 4

3.2. Теоретические и экспериментальные заделы. 4

3.2.1. Изменение топологии. 4

3.2.2. Повышение эффективности за счёт повышения частоты. 5

3.2.3. Включения ёмкостной нагрузки. 5

3.2.4. Совокупность всех изменений реализуемых в трансформаторе. 6

4. Формирование концепции высоко эффективного трансформатора. 6

5. Ведущаяся работа по реализации концепции. 7

5.1. Проводимые испытания. 7

5.2. Результаты исследований. 7

6 Предполагаемая программа исследований. 7

6.1. Программа фундаментальных исследований. 7

6.1.1 Экспериментальные исследования. 7

6.1.2. Аналитические исследования. 8

6.2. Программа экспериментальных исследований. 8

6.3. Программа расчётных исследований. 8

Проблемы в электроэнергетике.

На сегодняшний день, в связи с постоянным ростом производственных мощностей в нашей стране и повышения эффективности энергопотребления, всё острее ставится вопрос об улучшении эффективности передачи электроэнергии на дальние расстояния, а также снижение затрат связанных с работой трансформаторов.

На эффективность передачи электроэнергии во многом влияет проблема компенсации реактивной энергии и мощности, которая возникла одновременно с применением на практике переменного и особенно трехфазного тока. При включении в цепь индуктивной или емкостной составляющей нагрузки между электроустановкой и источником возникает обмен потоками энергии, суммарная мощность которого равна нулю, но при этом он вызывает дополнительные потери активной энергии, потери напряжения и снижает пропускную способность электрических сетей. Так как избежать подобных негативных воздействий невозможно, необходимо просто свести их к минимуму.

Эксплуатационная надежности электрического оборудования, в частности силовых трансформаторов, в значительной мере определяет качество и надежность системы электроснабжения. Существующие сегодня темпы ввода новых энергетических мощностей не успевают за темпами роста энергопотребления. Это в ряде российских регионов уже сегодня является фактором, сдерживающим рост экономики, поэтому особого внимания заслуживают силовые трансформаторы, как самое дорогостоящее и сложное оборудование.

Критерии эффективности работы трансформатора

Исследования в этой области не стоят на месте, но значительных улучшений достигнуто не было, и это связано со спецификой работы этого вида оборудования.

Для оценки работы силового трансформатора выделяют критерии эффективности, под которыми понимаются следующие характеристики: уровень потерь (нагрузочные потери и потери холостого хода), КПД, стойкость при КЗ, технико-экономические характеристики при снижении уровня изоляции, теплоотвод.

Формирование задачи повышения эффективности работы трансформатора.

Варианты улучшения критериев эффективности.

В свою очередь выше изложенные критерии эффективности зависят от следующих параметров: топология, ёмкость, частота, коэффициент трансформации, габариты, теплоотвод.

Каждый из этих параметров также может быть критерием для оценки эффективности работы трансформатора.

Теоретические и экспериментальные заделы.

На основе имеющихся в ООО «ДС» теоретических и экспериментальных заделов в области топологии магнитопровода и обмотки, предлагаются следующие варианты повышения эффективности работы трансформатора:

3.2.1. Изменение топологии.

Изменение топологии (конфигурации) обмотки и магнитопровода, которое базируется на изобретениях: “сопротивление Девиса” и “Конфигурация магнитопровода с однородностью магнитного поля”. Эти изобретения дают нам следующее:

- уменьшение реактивного сопротивления и реактивных ;

- улучшение работы магнитопровода, т.е. снижение потерь на перемагничивание путём выравнивания магнитного поля по магнитопроводу.

- улучшение теплоотведения, поскольку магнитопровод выполненный в виде ленты Мебиуса эффективно улучшит теплоотвод.

Также необходимо учитывать, что изменение топологии обмоток влияет на эффективное изменение коэффициента трансформации, в связи с тем, что мебиусная топология эффективно увеличивает длину проводника.

Но надо иметь в виду, что изобретения эти идеализированы, т.е. каждое из них проявляет свои свойства в отдельности, без воздействия внешних факторов, а если рассматривать трансформатор, то и магнитопровод и обмотки в нём работают вместе и взаимодействуют друг с другом, что усложняет процесс в целом.

3.2.2. Повышение эффективности за счёт повышения частоты.

На реализацию этой идеи нас наталкивает корейский сварочный аппарат, в котором реализована идея повышения частоты с целью уменьшения массогабаритных показателей при соблюдении нормальных режимов работы свойственных этому оборудованию.

Так же, утверждение пунктов 3.2.1. и 3.2.2., подтверждают результаты экспериментов, проводимые в 1995г. - испытания трансформатора с мебиусным магнитопроводом и 2001г. - испытания соленоида с мебиусной обмоткой. В них были сделаны следующие выводы:

- понижение индукции на различных частотах в среднем в 1,82 раза.

- увеличение величины потерь на первичных и вторичных обмотках.

- с ростом частоты от 50 Гц до 1500 Гц уменьшение разницы энергетических показателей между мебиусным и обычным трансформатором.

3.2.3. Включения ёмкостной нагрузки.

В силу специфичности силового оборудования (большие пропускаемые мощности от 100 до 200000 кВА, исполнение магнитопровода), оно не используется на высоких частотах. Поэтому здесь возможно использование ёмкостной нагрузки с целью снижения реактивных потерь. в конструкцию трансформатора, что повлечёт за собой снижения индуктивной составляющей. Включения ёмкости это современное средство применяемое для снижения реактивных потерь, В нашем случае предлагается обклеить трансформатор электропроводящей полосой, с 2х сторон.

3.2.4. Совокупность всех изменений реализуемых в трансформаторе.

Рассматривая совокупность описанных изменений, а именно: изменение топологии, включение ёмкости, определённые сочетания коэффициента трансформации и габаритов, позволит повысить эффективность работы трансформатора.

Как правило, силовые трансформаторы, использующиеся в электрических сетях, не эксплуатируют на высоких частотах, ввиду увеличения внутренних потерь. Но если рассмотреть работу двух силовых трансформаторов: обычного и с изменённой топологией, на высокой частоте (при допустимых внутренних потерях обычного), то трансформатор с новой топологией, возможно, будет работать в резонансном режиме, что обеспечит большую пропускную способность.