автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Метод расчета параметров строчных трансформаторов по обобщенному параметру магнитной системы на основе плоскостных моделей

На правах рукописи

СИНЕЛЬНИКОВ Михаил Сергеевич

МЕТОД РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ СТРОЧНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ПО ОБОБЩЕННОМУ ПАРАМЕТРУ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ ПЛОСКОСТНЫХ МОДЕЛЕЙ

Специальность 05.12.04 - «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Йошкар-Ола-2005

Работа выполнена на кафедре конструирования и производства радиоэлектронной аппаратуры Марийского государственного технического университета (МарГТУ).

Научный руководитель —

Официальные оппоненты ■

кандидат технических наук, профессор Павлов Евгений Петрович (МарГТУ)

доктор технических наук, профессор Саиткулов Владимир Гельманович (КАИ)

кандидат технических наук,

профессор Борисов Валентин Федорович

(МАИ)

Ведущая организация -

ООО «Внедренческое предприятие «Технокомгшекс», г. Санкт-Петербург

Защита состоится «23 » иЯНЯ_2005 г. в часов 30

минут на заседании диссертационного совета Д212.079.04 в Казанском государственном техническом университете им А.Н.Туполева по адресу: 420111, г. Казань, ул. К.Маркса, 31/7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технического университета им А.Н. Туполева по адресу: г. Казань, ул. К. Маркса, 10.

Автореферат разослан ««??>> //&Я 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

В.А.Козлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Вопросам конструирования, контроля и эксплуатации импульсных (строчных) трансформаторов посвящены работы многих отечественных и зарубежных авторов (Ицхоки Я. С., Вдовин С.С., Матханов П.Н., Костенко М.П., Карпентьери Е.и др.). Строчные трансформаторы (СТ) относятся к числу массовых изделий, применяемых при производстве телевизионных приемников, мониторов ЭВМ, лабораторных измерительных приборов и приборов визуального контроля, содержащих в своей конструкции электронно-лучевую трубку (ЭЛТ). ЭЛТ приборы обладают рядом достоинств: высокая контрастность изображения, малое время отклика экрана, высокая технологичность и низкая цена, кроме того, изделия, содержащие в своей конструкции ЭЛТ, постоянно совершенствуются. Следовательно, можно прогнозировать, что потребность в СТ будет.

Современные методы проектирования СТ и обеспечения их качества функционирования отличаются значительной трудоемкостью. Существующие методы функционального анализа не позволяют учитывать, реальный режим работы СТ, что ведет к необходимости экспериментальных проверок качества их функционирования и последующих доработок на опытных образцах. Такой подход оказывается малоэффективным и не позволяет решать задачу автоматизации проектирования СТ и контроля выходных параметров на ранних этапах производства.

Широкое применение математических методов моделирования электромагнитных процессов в СТ сдерживается двумя факторами: отсутствуют оптимальные, с точки зрения точности, алгоритмы определения значений магнитных потоков и магнитных сопротивлений, имеющие минимальное время расчета и позволяющие определить значения магнитных сопротивлений в конструктивных частях трансформатора; не разработаны методики оценок максимально допустимой суммарной плотности магнитного потока при различных режимах работы.

Поэтому возникла необходимость разработки метода проектирования СТ, открывающего возможность создания прикладной методики, и" позволяющей производить оптимальное конструирование, обеспечивающей высокие качественные характеристики СТ. Все это и определило актуальность выбранной темы диссертации.

Цель и задачи исследований. Цель диссертационной работы заключается в повышении точности и эффективности методов проектирования и расчета параметров СТ. Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие задачи:

1) анализ конструктивно-технологических, функциональных особенностей СТ и методик для их расчета. Выявление резервов для по-

вышения эффективности методов проектирования и расчета параметров СТ. Определение на этой основе направлений дальнейших научных исследований;

2) разработка математических моделей для расчета мощности потерь и выходного напряжения СТ на основе магнитных сопротивлений. Сравнительный анализ разработанных моделей с существующими, на примере СТ серии ТДС. Оценка полученных результатов и определение направлений повышения эффективности разработанных математических моделей;

3) исследование структуры поля в магнитной системе СТ, разработка оптимального по точности метода расчета магнитных сопротивлений. Анализ и оценка основных составляющих погрешностей расчета магнитных сопротивлений для трансформаторов серии ТДС на основе разработанного метода;

4) экспериментальная оценка повышения эффективности методов расчета параметров СТ, при использовании разработанных метода и математических моделей на примере трансформаторов серии ТДС и PHILIPS. Внедрение разработанных метода и математических моделей для повышения эффективности проектирования и расчета параметров СТ.

Методы исследований. Для решения поставленных в диссертационной работе задач были использованы методы математического моделирования, вычислительные методы для оптимизации модели, методы рационального перебора, методы дифференциального исчисления, случайного поиска и статистических исследований.

Научная новизна работы. В диссертационной работе получены следующие научные результаты.

Впервые предложена и реализована прикладная методика расчета, обеспечивающая на этапе проектирования заданную точность наиболее важных технико-экономических параметров СТ.

Используя метод динамического проектирования и лабораторные исследования, определен обобщающий параметр: сопротивление магнитному потоку в области обмоток показано соответствие расчетных значений магнитных сопротивлений в области первичной и вторичной обмоток экспериментальным данным по наиболее информативному признаку — общему магнитному потоку в СТ. Экспериментально подтверждено, что магнитные сопротивления - это обобщенные показатели, способные учитывать изменения, связанные с параметрами конструкции магнитной системы и характеристиками применяемых материалов.

Предложен плоскостной метод для определения магнитного сопротивления и магнитного потока в СТ, основанный на использовании мо-

дифицированных сечений, расположенных параллельно длинной и короткой, а также параллельно длинной, но перпендикулярно короткой стороне сердечника.

Создан оптимальный, с точки зрения точности расчета, алгоритм определения магнитных сопротивлений в области обмоток СТ, включающий процедуру расчета частных магнитного сопротивления в области ферритового сердечника, сопротивлений в области окна намотки, области зазора и без зазоров в стержнях, поверхностных и угловых магнитных сопротивлений.

Экспериментально доказано, что значения магнитного потока, полученные на основе расчетов с использованием двухплоскостной РСРП модели СТ, находятся в пределах, определенных техническими условиями на изделие. Методом сравнения доказано, что алгоритм на основе РСРП модели по точности определения магнитных сопротивлений и магнитного потока является наилучшим в классе алгоритмов с реальным быстродействием в условиях априорной неопределенности относительно объемного распределения магнитных потоков в СТ.

Практическая ценность работы. Разработанные в диссертации метод и математическое обеспечение могут быть использованы на ранней стадии проектирования СТ или непосредственно в производстве для контроля воспроизводимости выходных параметров, что позволит резко сократить сроки разработки и повысить качество конструирования. Кроме того, созданная математическая модель и экспериментальная методика оценки магнитных сопротивлений позволяют создать аппаратно-программный комплекс моделирования электромагнитных процессов в СТ. Предложены рекомендации по применению результатов исследования в производственном процессе.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты диссертационных исследований использованы:

- в научно-исследовательской работе «Повышение технологической воспроизводимости СТ на основе анализа его электрических и конструктивных особенностей», выполненной в рамках исследований, проведенных на предприятии ОАО «Марийский машиностроительный завод»;

- научно-исследовательской работе «Эффективный контроль соответствия выходных электрических параметров СТ требованиям ТУ», выполненной в рамках исследований на предприятиях ОАО «ВолгаТе-леком» и ОАО «Маррембыттехника»;

- учебном процессе МарГТУ в курсе «Основы проектирования электронных средств» специальностей 200800 «Проектирование и тех-

нология радиоэлектронных средств», 220500 «Проектирование и технология электронно-вычислительных средств» и 201500 «Бытовая радиоэлектронная аппаратура».

Результаты внедрены на научно-производственном предприятии ОАО «Марийский машиностроительный завод», на предприятиях ОАО «ВолгаТелеком» и ОАО «Маррембыттехника» и в учебных процессах радиотехнического факультета МарГТУ и Йошкар-олинского технологического колледжа.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы были представлены и обсуждены на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП-2000)» (Саратов, 2000); международной научно-технической конференции «Тонкие плёнки в электронике» (Йошкар-Ола, 2000); расширенном заседании кафедры радиотехники и радиотехнических систем и кафедры промэлектроники ЧТУ (Чебоксары, 2003); расширенном заседании кафедры конструирования, технологии и производства РТС факультета радиоэлектроники летательных аппаратов МАИ (Москва, 2003); конференции профессорско-преподавательского состава МарГТУ по итогам НИР (Йошкар-Ола, 1999); конференции профессорско-преподавательского состава МарГТУ по итогам НИР (Йошкар-Ола, 2001).

Полностью работа докладывалась на кафедре конструирования, технологии и производства РТС Московского авиационного института (М., 29 мая 2003), на кафедре радиотехники и радиотехнических систем Чувашского государственного университета (Чебоксары, 10 апреля 2003).

Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 11 работ, объемом 3 п.л.

Личный творческий вклад автора:

1) исследованы конструктивно-технологические особенности СТ, определены возможные пути и ограничения в решении задачи повышения воспроизводимости выходных параметров; выполнен обоснованный выбор методики на основе физического моделирования как простой и оптимально точный для моделирования электромагнитных процессов в СТ [2,3,10,11];

2) разработаны модели для оценки основных технико-экономических показателей СТ: выходного напряжения и мощности потерь; метод поиска оптимального, с точки зрения воспроизводимости выходных параметров, варианта конструкции СТ организован на основе динамического проектирования [1,4,9];

3) разработана методика определения магнитных сопротивлений и магнитных потоков на основе анализа двух сечений СТ; спланирован и проведен вычислительный эксперимент, определены значения магнитных сопротивлений и магнитных потоков для СТ серий ТДС и PHILIPS [1,5-7];

4) на основе лабораторных исследований получены экспериментальные характеристики и доказана адекватность математических моделей натурному образцу СТ; доказано, что разработанные модели способны улучшить воспроизводимость выходных параметров СТ, погрешность расчетов не превышает 17%, что удовлетворяет производственным требованиям [5, 7, 8].

На защиту выносятся:

1) алгоритм расчета и анализа параметров СТ на этапе раннего проектирования или непосредственно в производственном процессе;

2) математические модели на основе магнитных сопротивлений для оценки наиболее важных технико-экономических показателей СТ: выходного напряжения и мощности потерь;

3) идея использования сопротивлений магнитному потоку, как показателей, способных учитывать в комплексе изменения, связанные с конструкцией и характеристиками применяемых в СТ материалов.

4) методика определения магнитных сопротивлений и магнитных потоков на основе анализа двух сечений СТ, расположенных в плоскостях: первой - параллельно длинной и короткой стороне сердечника; второй — параллельно длинной и перпендикулярно короткой;

5) результаты экспериментальных данных и исследований по определению точностей методик расчета магнитных сопротивлений и магнитных потоков, характеризующие адекватность созданных математических моделей.

Основными достоинствами моделей, представленных в п.2, являются: точность получаемых данных на уровне 17%, способность математически описать электромагнитные процессы в СТ, возможность их применения на предприятии как инженерного инструмента при разработке нового изделия или оценке качества существующего решения.

Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Материал изложен на 195 страницах текста компьютерной верстки, в том числе основной текст - на 157 страницах. Работа содержит 40 таблиц, 44 рисунка. Библиографический список включает 123 наименования.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены цели и задачи исследования, сформулирована научная новизна и практическая значимость результатов работы, приведена структура диссертации.

В первой главе проведен анализ современного состояния проектирования, процесса разработки и обеспечения заданной точности выходных параметров СТ с учетом их функциональных, конструктивных и технологических особенностей. Исследованы вопросы математического моделирования электромагнитных процессов, определены методы оптимизации математических моделей, выявлены основные проблемы и противоречия.

На основе анализа определена практическая необходимость и актуальность решения задач, подлежащих исследованию и разработке в диссертации.

СТ занимают в теории и практике особое положение. Практическая электротехника, включающая телевизионные радиотехнические устройства, приборы визуального контроля с ЭЛТ трубкой, электронные высоковольтные системы различного назначения и т.д., испытывала необходимость массового применения СТ. Возникавшие частные проблемы решались успешно, но для обстоятельных исследований СТ конкретных требований практика четко не выдвигала.

Вследствие широкого использования на этапе раннего проектирования «классических» методов для низкочастотных трансформаторов при расчете параметров СТ возникают существенные погрешности, которые заметно влияют на результаты проекта и в свою очередь зависят от конструктивно-технологических особенностей данного типа трансформаторов. Поэтому для достижения высокого качества расчетов параметров СТ необходимо учитывать его функциональные, конструктивные и технологические особенности.

Проведенный в главе анализ показал, что отличительными признаками высокочастотных и высоковольтных трансформаторов являются:

1. Заметное повышение потерь мощности в магнитопроводах, требующее применения качественно других, чем на частотах 50-400 Гц, ферроматериалов.

2. Увеличение активного, индуктивного и емкостного сопротивления обмоток, требующее учета. В тоже время, на частотах более ЮкГц применяются дополнительные конструкторские решения, которые позволяют уменьшить эти составляющие.

3. Уменьшение влияния частоты на массогабаритные показатели единицы мощности (геометрия и массогабаритные показатели при высоких частотах пропорциональны У"7 против У для низких частот).

4. Неизбежное наличие естественного теплового режима, приводящее к необходимости расчета магнитопровода с ограничением по нагреву.

5. Существенное изменение системных показателей, связанных с конструктивными и технологическими особенностями СТ по сравнению с классическими для импульсных трансформаторов.

В настоящее время на этапе проектных расчетов, выбора конструкции и разработки технической документации на СТ по конструктивным критериям не учитывается влияние указанных особенностей на точность технических параметров трансформатора. Такой подход к разработке СТ не обеспечивает требуемой точности его функционирования и неоднократным малопроизводительным переделкам и экспериментальной доводке конструкции на опытных образцах, резко снижающим эффективность конструирования и увеличивающимися производственными затратами.

На основе проведенного в главе анализа современного состояния методов расчета и обеспечение заданной точности выходных параметров СТ на этапе раннего проектирования можно сделать вывод, что для дальнейшего совершенствования процесса конструирования СТ целесообразно провести исследование и разработку алгоритмов для решения следующих задач:

1) анализ переходных процессов, возникающие при различных режимах работы, и степень их влияния на исследуемые выходные параметры;

2) разработка схемы феррорезонансных процессов для определения мест возникновения и значений напряженности электромагнитного поля;

3) математическая интерпретация электромагнитных явлений и экспериментальная оценка точности полученных зависимостей;

4) оценка динамики процессов, необходимого для расчета полученных математических моделей СТ, устранение противоречия между точностью и скоростью расчета;

5) выбор обобщенного системного параметра, позволяющего с необходимой и достаточной точностью синтезировать математические модели наиболее важных выходных параметров СТ.

Решение перечисленных задач позволит разработать метод проектирования СТ по критерию функциональной точности. Это дает возможность разработки прикладной методики расчета параметров с за-

данной (проектной) точностью, сократить стоимость конструирования СТ за счет уменьшения объема экспериментальных исследований.

Во второй главе проводится анализ структуры электромагнитных процессов, определяется степень их влияния на выходные параметры, и разрабатываются математические модели: выходного напряжения и мощности потерь СТ на основе магнитных сопротивлений.

Подготовительный этап создания математических моделей включает:

1) математическое описание процессов в СТ с помощью системы уравнений и неравенств, связывающих характеристики, параметры, геометрию трансформатора с изменяемыми факторами расчета, принятыми в качестве варьируемых переменных;

2) математическое описание принятого критерия оптимальности системы, которое может быть выражено целевой функцией.

Задача оптимального проектирования заключалась в том, чтобы, при определенных начальных значениях и с применением соответствующего алгоритма оптимизации, было найдено такое конструктивное решение СТ, которое удовлетворяло заданным условиям - лимитерам, записанными в виде равенств и неравенств, и при этом целевые функции выходных параметров имели оптимальные значения.

На основе метода динамического проектирования и анализа ферро-резонансных схем созданы модели для оценки основных показателей СТ: выходного напряжения и мощности потерь:

Я,* у, " '

+1,05*А.(2*(йо1 +а,+Яш,г »<)!, (2)

где $„ - номинальная мощность трансформатора, Вт; ЛГ/ - количество витков в первичной обмотке; N2 — количество витков во вторичной обмотке; йс - диаметр ферритового стержня, мм; Вс — магнитная индукция в ферритовом сердечнике, Тл; )и /г — плотности токов в первичной и вторичной обмотках, А/мм2; / - высота обмоток, мм; аа - изоляционное расстояние от стержня до первичной обмотки, мм; ац — изоляционное расстояние между обмотками, мм; а1 - ширина первичной обмотки, мм; К-магЬ Кщг2 ' магнитные сопротивления в области первичной и вторичной обмоток, Гн"1.

Анализ физической и математических моделей СТ позволяет заключить, что магнитные сопротивления первичной и вторичной обмоток (Дмаги Кмез) являются обобщенными параметрами магнитной системы, позволяющими оценить потери в системе обмоток, их значения зависят от эксплуатационных, электрических, конструктивных параметров и характеристик материалов.

Для оценки потерь электромагнитной энергии в системе обмоток СТ была применена математическая модель электрических параметров, определяющая магнитные сопротивления в области обмоток. Проведенные экспериментальные исследования показали, что наиболее подходящим методом для оценки потерь является метод случайного поиска, поскольку этот метод по сравнению с другими позволяет наиболее быстро получать значения для случаев, когда размерность оптимизируемого объекта велика. Причем, его математическая модель может иметь достаточно сложный вид при наличии ограничений на некоторые параметры.

Созданы математические модели наиболее важных параметров: выходного напряжения и мощности потерь. Проведен поиск оптимального варианта конструкции, организованный на основе идеи динамического проектирования, который заключается в том, что процесс одновременного выбора многих параметров заменяется многоэтапным процессом, при котором на каждом этапе осуществляется поиск одного обобщенного параметра. В качестве такого параметра выбрано магнитное сопротивление в области обмоток. Выявлено, что для повышения точности разработанных математических моделей необходима более совершенная методика оценки магнитных сопротивлений в области обмоток, учитывающая дополнительные пути замыкания основного магнитного потока.

В третьей главе исследованы пути замыкания магнитного потока в СТ, создан алгоритм, позволяющий оценить частные магнитные сопротивления этих путей, основанный на рассмотрении двух сечений СТ, расположенных: первое - параллельно длинной и короткой, второе - параллельно длинной, но перпендикулярно короткой стороне сердечника.

В качестве критерия, характеризующего воспроизводимость выходных параметров, выбран обобщенный параметр - магнитное сопротивление. Магнитное сопротивление является параметром, который характеризует состояние магнитного потока и электромагнитные потери в магнитной системе трансформатора. Проведены расчеты для доказательства адекватности предложенного алгоритма оценки магнитных сопротивлений и магнитных потоков.

Введены понятия модели равного'магнитного сопротивления (PC) и модели расширенного магнитного пути (РП). Модель равного магнитного сопротивления (PC) дает представление о магнитном сопротивлении и магнитной энергии в сечении СТ, расположенном параллельно длинной и короткой стороне сердечника. Модель расширенного магнитного пути (РП) дает количественную оценку магнитному сопротивлению и магнитной энергии в сечении, расположенном параллельно длинной, но перпендикулярно короткой стороне сердечника. При оценке магнитных сопротивлений и общей магнитной энергии в СТ, модели PC и РП с учетом весового коэффициента объединяются в модель РСРП.

Двухплоскостной метод для объяснения трехмерных эффектов должен быть способен моделировать электромагнитные процессы в сечениях СТ (рис. 1). При плоскостном анализе, изменении токового эффекта в первой плоскости происходит возбуждение магнитного поля в другой плоскости, перпендикулярной первой.

О-А (рис.3) О-В (рис.3)

а) б)

Рис. 1. Модели обмоток в двух плоскостях: а) параллельно длинной и короткой стороне сердечника; б) параллельно длинной, но перпендикулярно короткой стороне сердечника

При создании модели РСРП, в которой используются средневзвешенные значения магнитных сопротивлений, полученные в результате анализа двух модификаций исследуемой модели СТ со взаимно перпендикулярными сечениями, было применено модифицированное сечение, которое позволило получить равное сопротивление магнитного потока для трехмерной модели СТ с асимметрией обмоток.

Исследования показали, что различие между трехмерной и двухпло-скостной моделью одного и того же сечения заключается в отсутствии внешнего пути для магнитного потока в двухплоскостной модели. При

этом магнитный поток, возникающий в одной плоскости СТ, замыкается через сердечник в другой плоскости. Поэтому двухплоскостная модель сечения обмотки учитывает обратный путь замыкания магнитного потока, проходящий через ферритовый сердечник.

Для определения адекватности модели по сравнению с трехмерной применен метод анализа конечных элементов и было вычислено общее значения электромагнитной энергии в системе обмоток СТ. Оценены две составляющие магнитной энергии в СТ: первая — характеризует общее количество энергии для системы СТ и связана с индуктивностью; вторая - определяет энергию внутри системы обмоток и связана с действующими вихревыми потерями в обмотках.

Анализ замыкания магнитного потока в ферритовом сердечнике и обмотках СТ показал, что магнитный поток имеет структуру, показанную на рис. 2.

В модели трансформатора (рис. 3) та часть обмотки, которая перекрывается верхней частью сердечника, является моделью ГС, а часть обмотки, которая видима с внешней стороны, моделью РП. Точность вычисления магнитного сопротивления сердечника является главным фактором, влияющим на точность PC модели. Модель PC дает представление о значениях магнитного потока СТ, который замыкается по основному пути, а модель РП характеризует магнитный поток по расширенному пути.

ь

.первичная обмотка

вторичная обмотка

угловой магнитный поток

поверхностный магнитный поток

воздушный зазор

окно намотки

Рис 2 Геометрические размеры сечения и пути магнитного потока в сердечнике с внешним зазором

Рис. 3 Весовые соотношения между моделями PC и РП

Найдена связь между системной моделью (РСРП), равного магнитного сопротивления (РС) и расширенного магнитного пути (РП), которая выражается следующим уравнением:

п

РСРП

= и>

КРП +(1 -м>)*К

РС

(4)

Для СТ с воздушным зазором во внешнем стержне модель РС имеет выражение для воздушного зазора. При расчете РС модели при неодинаковой площади поперечных сечений верхней части сердечника и стержней был взят интеграл магнитного сопротивления, а в качестве переменной интегрирования выбрана длина сердечника. Площадь поперечного сечения выражается как функция/расстояния х по оси /, а общее уравнение для магнитного сопротивления сечения трансформатора будет иметь вид:

(5)

где рср уц ~ удельная магнитная проницаемость среды, Гн/мм, - магнитная проницаемость сердечника. Экспериментальные исследования магнитной проницаемости среды показали, что эта величина зависит от конструкции обмотки СТ и применяемых в ней материалов.

Магнитное сопротивление для модели равного магнитного потока (РС) имеет вид:

л

РС

к\ +

верш

(6)

где Л/ - магнитное сопротивление во внутреннем стержне сердечника; ¡Но - магнитное сопротивление в области окна намотки; Вцерш - маг-

герш '

нитное сопротивление вершины; - магнитное сопротивление во внешнем стержне сердечника.

Магнитное сопротивление для расширенного магнитного пути (РП) имеет вид:

крп ~ + к

К + (2 * я.

(7)

,1«а + Ле»)

где К/ - магнитное сопротивление во внутреннем стержне сердечника; Явб - сопротивление от внутреннего стержня до центра окна; Два - сопротивление от центра окна до внешнего стержня сердечника; Ям - магнитное сопротивление во внешнем стержне сердечника; Я0 - магнитное сопротивление в области окна намотки; - поверхностное магнитное сопротивление сердечника.

Для доказательства адекватности модели РСРП были проведены математические и лабораторные исследования по определению значений энергии и потерь на основе разработанных моделей по обобщенному параметру магнитной системы для трансформаторов серии ТДС. Анализ полученных данных показал, что разработанная методика получает значения, находящиеся в заданном диапазоне значений, что подтверждает адекватное поведение модели РСРП.

Четвертая глава содержит описание методик расчета параметров СТ по обобщенному параметру магнитной системы, проведения эксперимента с описанием структурной схемы измерительной установки (рис. 4), порядка получения экспериментальных данных; результаты по оценке точности разработанных моделей и опыт практического применения разработанного метода и моделей. Получены значения магнитной энергии в СТ, измерение проводилось в режиме, соответствующем реальному режиму его работы, и все контролируемые параметры имели нормальный закон распределения. Показано, что ошибки измерения параметров не влияют на результаты исследований, так как точность измерительной аппаратуры на порядок выше точности измеряемых параметров.

Магнитное сопротивление модели РСРП определяется решением системы уравнений (6)-(7) с учетом их весомости (3) и соотношения (4). Сопоставление полученных расчетных и экспериментальных данных с применением метода статистических оценок показало, что математиче-

екая модель ведет себя адекватно при конструктивных особенностях образца и имеет максимальную погрешность расчетов 17%, что является удовлетворительным для производственного процесса. Дополнительные исследования относительно повышения точности модели показали, что погрешность метода объясняется учетом только основных путей замыкания магнитного потока в трансформаторе. Однако по фотографиям магнитного поля определено, что существуют альтернативные пути замыкания магнитного потока (через крепежные элементы, соединители, печатную плату и т.п.), которые данная методика не учитывает.

Рис 5. Сравнение результатов плоскостной модели РСРП на основе магнитных сопротивлений и ||Т модели с трехмерной

Анализ разработанной модели СТ показал:

1) плоскостная модель по сравнению с другими существующими моделями имеет повышенную точность в 2,5 раза определения значений электромагнитных параметров. Объясняется это более детальным учетом всех возможных ситуаций замыкания основного магнитного потока в магнитной системе СТ;

2) алгоритм расчета упростился за счет применения обобщающего параметра что позволило создать прикладную методику, способную с приемлемой точностью спроектировать новое изделие или оценить параметры существующего решения.

Из сравнительного анализа моделей, представленного на рис. 5, следует, что использование полученной РСРП модели ценой незначительных потерь в достоверности получаемых данных (по отношению к потенциально достижимым) удается достичь приемлемую точность в условиях серийного производства и получить данные относительно воспроизводимости выходных параметров.

При внедрении методики в производственные процессы ОАО «ММЗ», ОАО «ВолгаТелеком» и др. получены результаты, подтвердившие результаты теоретических исследований. При этом были обеспечены высокая степень автоматизации процесса проектирования СТ, оперативность и точность (погрешность не хуже 17%) при расчете и оценке технико-экономических параметров трансформаторов.

В приложении содержатся дополнительные материалы и документы, подтверждающие ряд положений диссертации и использовании ее результатов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Главным результатом диссертационной работы является повышение точности и эффективности методов проектирования за счет уменьшения объема экспериментальных исследований и расчета параметров строчного трансформатора на основе синтеза и анализа предложенных математических моделей.

Кроме того, получены следующие результаты:

1. Проанализированы конструктивно-технологические и функциональные особенности строчного, трансформатора, проведен сравнительный анализ существующих методик для расчета его параметров; выявлены проблемы и противоречия. Предложены основные пути повышения эффективности и точности методов проектирования строчного трансформатора путем введения обобщенного параметра - сопротивления магнитному потоку, интегрального показателя, учитывающего:

эксплуатационные, электрические, конструктивные параметры и характеристики материалов, применяемых в строчных трансформаторах.

2. Предложены и разработаны оптимальные по точности математические модели процессов в строчных трансформаторах, связывающие входные параметры с выходными (напряжение и мощность потерь). Получены характеристики магнитных сопротивлений в области первичной и вторичной обмоток и показано соответствие их значений экспериментальным данным по наиболее информативному признаку - общему магнитному потоку в строчном трансформаторе. Проведен сравнительный анализ разработанных моделей с существующими, выявлено, что для повышения их точности необходима более совершенная методика оценки магнитных сопротивлений в области обмоток, учитывающая дополнительные пути замыкания основного магнитного потока.

3. Исследованы свойства магнитных сопротивлений и выявлено, что это показатели, которые способны учитывать в комплексе изменения, связанные с конструкцией и характеристиками материалов. Разработана оптимальная, с точки зрения точности, методика определения общего магнитного сопротивления строчного трансформатора на основе двух-плоскостной модели РСРП, включающая процедуру расчета частных магнитных сопротивлений. Проведены расчеты энергии и потерь для трансформаторов серии ТДС на основе разработанного метода, экспериментально подтверждена достоверность модельных результатов.

4. Предложен вариант экспериментальной установки, позволяющей определить частные и полные значения магнитных сопротивлений. Проведены вычислительный и лабораторный эксперименты и оценена точность полученной математической модели. Ее погрешность находится в диапазоне от 3 до 17%, что является удовлетворительным. Проведен сравнительный анализ и показано, что алгоритм на основе РСРП модели обладает высокой эффективностью в условиях априорной неопределенности относительно объемного распределения магнитных потоков в строчном трансформаторе, а по критерию точности определения магнитных сопротивлений и магнитного потока превосходит в 2,5 раза традиционные методики.

5. Разработанный метод расчета параметров строчного трансформатора внедрен на предприятиях ОАО «Марийский машиностроительный завод», ОАО «Маррембыттехника» и ОАО «Волгателеком». Основные положения методики используются в учебном процессе МарГТУ. Опыт внедрения показал, что предложенная методика за счет уменьшения объема экспериментальных исследований упрощает процесс конструирования и контроля воспроизводимости выходных параметров строчно-

го трансформатора, а также повышает рентабельность в условиях серийного производства. Копии актов о внедрении, подтверждающих использование результатов работ, представлены в приложении.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Синельников, М.С. Математическое моделирование электромагнитных процессов в обмотках строчного трансформатора / М.С. Синельников// Проектирование и технология электронных средств. - Владимир: Владимирский гос. ун-т, 2002. - С. 12-15.

2. Синельников, М.С. Унификация и стандартизация конструкций РЭС /М.С. Синельников, Е.П. Павлов// Проектирование и технология электронных средств. - Владимир: Владимирский гос. ун-т, 2001. -С. 33-36.

3. Синельников, М.С. Функциональные и конструктивно-технологические особенности строчных трансформаторов М.С. Синельников, Е.П. Павлов, И.О. Турашев// Седьмые Вавиловские чтения. Глобализация и проблемы национальной безопасности России в XXI веке: Сб. материалов / Под общей ред. проф. В.П. Шалаева.-В 2 ч. -Йошкар-Ола: МарГТУ, 2003. - С. 312-314.

4. Синельников, М.С. Формирование науки и теории конструирования РЭС /М.С. Синельников, Е.П. Павлов// Тр. науч. конф. по итогам н,-иссл. работ Марийск. гос. техн. ун-та. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 1999. -С. 23-27.

5. Синельников, М.С. Расчет потерь электромагнитной энергии в системе обмоток строчного трансформатора /М.С. Синельников, Е.П. Павлов; Марийск. гос. техн. ун-т. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2003.-6с: ил. - Деп. в ВИНИТИ 05.12.03.№ 2121-В2003

6. Синельников, М.С. Характер задачи оптимального проектирования строчных трансформаторов /М.С. Синельников, Е.П. Павлов// Тр. науч. конф. по итогам н.-иссл. работ Марийск. гос. техн. ун-та. -Йошкар-Ола: МарГТУ, 2002. - С. 41-44.

7. Синельников, М.С. Математическое моделирование строчного трансформатора с сердечником П-типа /М.С. Синельников, Е.П. Павлов// Тр. науч. конф. по итогам н.-иссл. работ Марийск. гос. техн. ун-та. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2002. - С. 12-15.

8. Синельников, М.С. Расчет внутренних потерь в строчном трансформаторе /М.С. Синельников// Тр. науч. конф. по итогам н.-иссл. работ Марийск. гос. техн. ун-та. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2002. - С. 21-23.

9. Синельников, М.С. Математическое моделирование электромагнитных процессов в строчном трансформаторе /М.С. Синельников, Е.П. Павлов; Марийск. гос. техн. ун-т. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2003. -7с: ил. - Деп. в ВИНИТИ 05.12.03. № 2120-В2003

10. Синельников, М.С. Высоковольтный электронный трансформатор напряжения /М.С. Синельников// Тр. науч. конф. по итогам н.-иссл. работ Марийск. гос. техн. ун-та. -Йошкар-Ола: МарГТУ, 2001. - С. 43-47.

11. Синельников, М.С. Электронные системы зажигания автомобилей и выбор их по критериям качества /М.С. Синельников// Тр. науч. конф. по итогам н.-иссл. работ Марийск. гос. техн. ун-та. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2000.-С. 21-27.

Отзыв, заверенный печатью, просим направлять на имя ученого секретаря диссертационного совета по адресу: 420111, г. Казань, ул. К.Маркса, 10.

Формат 60x84 716. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. п. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 3045.

Редакционно-издательский центр Марийского государственного технического университета 424006 Йошкар-Ола, ул. Панфилова, 17

/

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИИ И РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ 12 СТРОЧНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

1.1. Основные аспекты проектирования конструкции и расчета параметров строчных трансформаторов

1.2. Анализ функциональных и конструктивных особенностей строчных трансформаторов

1.3. Обзор и сравнение существующих методов для расчета параметров строчных трансформаторов

1.4. Выводы по главе

2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДЛЯ РАСЧЕТА ПОТЕРЬ И ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ СТРОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА ПО ОБОБЩЕННОМУ ПАРАМЕТРУ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ

2.1. Математическая модель определения основных потерь в строчном трансформаторе на основе магнитных сопротивлений

2.2. Методика оценки добавочных потерь в строчном трансформаторе

2.3. Математическая модель выходного напряжения строчного трансформатора на основе магнитных сопротивлений

2.4. Место разработанных моделей в общей теории методов расчета параметров строчных трансформаторов и поиск 55 адекватной модели для сравнительного анализа

2.5. Определение потерь в строчном трансформаторе ТДС-25 классическим методом и методом на основе магнитных 62 сопротивлений

2.5.1. Расчет потерь в строчном трансформаторе ТДС-25 классическим методом

2.5.2. Расчет потерь в строчном трансформаторе ТДС-25 методом на основе магнитных сопротивлений

2.5.3. Анализ данных, полученных в результате расчета потерь в строчном трансформаторе ТДС-25 классическим методом и методом 75 на основе магнитных сопротивлений

2.6. Выводы по главе 2 80 3. МЕТОД РАСЧЕТА МАГНИТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ В

МАГНИТНОЙ СИСТЕМЕ СТРОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА 82 НА ОСНОВЕ ПЛОСКОСТНЫХ МОДЕЛЕЙ

3.1. Исследование структуры электромагнитных процессов в строчных трансформаторах

3.2. Синтез метода расчета магнитных сопротивлений на основе плоскостных моделей

3.2.1. Обозначения и допущения метода

3.2.2. Оценка весовых показателей моделей равного магнитного г сопротивления (РС) и расширенного магнитного пути (РП)

3.2.3. Определение частных магнитных сопротивлений в магнитной системе строчного трансформатора

3.3. Модель равного магнитного сопротивления (РС)

3.4. Модель расширенного магнитного пути (РП)

3.5. Определение значений магнитной энергии, потерь и выходного напряжения для трансформаторов серии ТДС на 105 основе плоскостных моделей (РСРП)

3.6. Выводы по главе 3.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ МЕТОДА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ СТРОЧНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ 111 СЕРИИ ТДС И PHILIPS

4.1. Математические и экспериментальные исследования по ^ определению значений электромагнитной энергии в строчных трансформаторах серий ТДС и PHILIPS

4.1.1. Оценка значений электромагнитной энергии по обобщенному параметру магнитной системы

4.1.2. Описание экспериментальной установки и лабораторных исследований по определению значений электромагнитной энергии в 113 строчных трансформаторах

4.2. Оценка точности метода расчета параметров строчных трансформаторов по обобщенному параметру магнитной системы

4.3. Сравнительный анализ теоретических и экспериментальных результатов

4.4. Опыт практического применения разработанного метода и моделей

4.5. Выводы по главе

Актуальность темы. Вопросам конструирования, контроля и эксплуатации импульсных (строчных) трансформаторов посвящены работы многих отечественных и зарубежных авторов (Ицхоки Я.С., Вдовин С.С., Матханов П.Н., Костенко М.П., Е. Карпентьери и др.). Строчные трансформаторы (СТ) относятся к числу массовых изделий, применяемых при производстве телевизионных приемников, мониторов ЭВМ, лабораторных измерительных приборов и приборов визуального контроля, содержащих в своей конструкции электронно-лучевую трубку (ЭЛТ). ЭЛТ приборы обладают рядом достоинств: высокая контрастность изображения, малое время отклика экрана, высокая технологичность и низкая цена, кроме того, изделия, содержащие в своей конструкции ЭЛТ, постоянно совершенствуются. Следовательно, можно прогнозировать, что потребность в СТ будет.

Современные методы проектирования СТ и обеспечения их качества функционирования отличаются значительной трудоемкостью. Существующие методы функционального анализа не позволяют учитывать реальный режим работы СТ, что ведет к необходимости экспериментальных проверок качества их функционирования и последующих доработок на опытных образцах. Такой подход оказывается малоэффективным и не позволяет решать задачу автоматизации проектирования СТ и контроля выходных параметров на ранних этапах производства.

Широкое применение математических методов моделирования электромагнитных процессов в СТ сдерживается двумя факторами: отсутствуют оптимальные, с точки зрения точности, алгоритмы определения значений магнитных потоков и магнитных сопротивлений, имеющие оптимальное время расчета и позволяющие определить значения магнитных сопротивлений в конструктивных частях трансформатора; не разработаны методики оценок максимально допустимой суммарной плотности магнитного потока при различных режимах работы.

Поэтому возникла необходимость разработки метода проектирования СТ, открывающего возможность создания прикладной методики, и позволяющей производить оптимальное конструирование, обеспечивающей высокие качественные характеристики СТ. Все это и определило актуальность выбранной темы диссертации.

Цель и задачи исследований. Цель диссертационной работы заключается в повышении точности и эффективности методов проектирования и расчета параметров СТ. Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие задачи:

1. Анализ конструктивно-технологических, функциональных особенностей СТ и методик для их расчета. Выявление резервов для повышения эффективности методов проектирования и расчета параметров СТ. Определение на этой основе направлений дальнейших научных исследований.

2. Разработка математических моделей для расчета мощности потерь и выходного напряжения СТ на основе магнитных сопротивлений. Сравнительный анализ разработанных моделей с существующими, на примере СТ серии ТДС. Оценка полученных результатов и определение направлений повышения эффективности разработанных математических моделей.

3. Исследование структуры поля в магнитной системе СТ, разработка оптимального по точности метода расчета магнитных сопротивлений. Анализ и оценка основных составляющих погрешностей расчета магнитных сопротивлений для трансформаторов серии ТДС на основе разработанного метода.

4. Экспериментальная оценка повышения эффективности методов расчета параметров СТ, при использовании разработанных метода и математических моделей на примере трансформаторов серии ТДС и PHILIPS. Внедрение разработанных метода и математических моделей для повышения эффективности проектирования и расчета параметров СТ.

Методы исследований. Для решения поставленных в диссертационной работе задач были использованы методы математического моделирования, вычислительные методы для оптимизации модели, методы рационального перебора, методы дифференциального исчисления, случайного поиска и статистических исследований.

Научная новизна работы. В диссертационной работе получены следующие научные результаты.

Впервые предложена и реализована прикладная методика расчета, обеспечивающая на этапе проектирования заданную точность наиболее важных технико-экономических параметров СТ.

Используя метод динамического проектирования и лабораторные исследования, определен обобщающий параметр: сопротивление магнитному потоку в области обмоток (Кмаг), показано соответствие расчетных значений магнитных сопротивлений в области первичной и вторичной обмоток экспериментальным данным по наиболее информативному признаку - общему магнитному потоку в СТ. Экспериментально подтверждено, что магнитные сопротивления - это обобщенные показатели, способные учитывать изменения, связанные с параметрами конструкции и характеристиками применяемых материалов.

Предложен плоскостной метод для определения магнитного сопротивления и магнитного потока в СТ, основанный на использовании модифицированных сечений, расположенных параллельно длинной и короткой, а также параллельно длинной, но перпендикулярно короткой стороне сердечника.

Создан оптимальный, с точки зрения точности расчета, алгоритм определения магнитных сопротивлений в области обмоток СТ, включающий процедуру расчета частных магнитного сопротивления в области ферритового сердечника, сопротивлений в области окна намотки, области зазора и без зазоров в стержнях, поверхностных и угловых магнитных сопротивлений.

Экспериментально доказано, что значения магнитного потока, полученные на основе расчетов с использованием двухплоскостной РСРП модели СТ, находятся в пределах, определенных техническими условиями на изделие. Методом сравнения доказано, что алгоритм на основе РСРП модели по точности определения магнитных сопротивлений и магнитного потока является наилучшим в классе алгоритмов с реальным быстродействием в условиях априорной неопределенности относительно объемного распределения магнитных потоков в СТ.

Практическая ценность работы. Разработанные в диссертации метод и математическое обеспечение могут быть использованы на ранней стадии проектирования СТ или непосредственно в производстве для контроля воспроизводимости выходных параметров, что позволит резко сократить сроки разработки и повысить качество конструирования. Кроме того, созданная математическая модель и экспериментальная методика оценки магнитных сопротивлений позволяют создать аппаратно-программный комплекс моделирования электромагнитных процессов в СТ. Предложены рекомендации по применению результатов исследования в производственном процессе.

Реализация и внедрение результатов работы.

Результаты диссертационных исследований использованы:

- в научно-исследовательской работе «Повышение технологической воспроизводимости СТ на основе анализа его электрических и конструктивных особенностей», выполненной в рамках исследований, проведенных на предприятии ОАО «Марийский машиностроительный завод»;

- научно-исследовательской работе «Эффективный контроль соответствия выходных электрических параметров СТ требованиям ТУ», выполненной в рамках исследований на предприятиях ОАО «ВолгаТелеком» и ОАО «Маррембыттехника»;

- учебном процессе МарГТУ в курсе «Основы проектирования электронных средств» специальностей 200800 «Проектирование и технология радиоэлектронных средств», 220500 «Проектирование и технология электронно-вычислительных средств» и 201500 «Бытовая радиоэлектронная аппаратура».

Результаты внедрены на научно-производственном предприятии ОАО «Марийский машиностроительный завод», на предприятиях ОАО «ВолгаТелеком» и ОАО «Маррембыттехника» и в учебных процессах радиотехнического факультета МарГТУ и Йошкар-олинского технологического колледжа.

Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Материал изложен на 195 страницах текста компьютерной верстки, в том числе основной текст - на 157 страницах. Работа содержит 40 таблиц, 44 рисунка. Библиографический список включает 123 наименования.

4.5. Выводы по главе 4

1. Поставлены математический и лабораторный эксперименты по оценке общей магнитной энергии для трансформаторов ТДС-25, PHILIPS HR7921. Выбор ТДС-25 обусловлен пожеланиями предприятия-изготовителя в связи с тем, что данное изделие отличается повышенной технологической сложностью, востребованностью со стороны заказчиков, низкой надежностью, а трансформатор PHILIPS HR7921 как альтернативное решение. Объем выборки составлял 30 штук из одной партии для утверждения того, что все параметры имеют нормальный закон распределения.

2. Проведен сравнительный анализ и оценка точности модели РСРП с применением метода статистических исследований. По сравнению с трехмерной моделью, в модели РСРП возникает ошибка в диапазоне от 3 до 17% для 16 исследованных случаев, связанных с конструктивными и функциональными особенностями. Это справедливо для всех четырех возможных конфигураций зазора, когда исследуемый строчный трансформатор находится под воздействием тока намагничивания или под воздействием тока утечки. Доказано, что погрешность на уровне 17% возникает в том случае, когда трансформатор находится в режиме насыщения. Это обусловлено учетом в методике только основных путей замыкания магнитного потока, однако по фотографиям магнитного поля определено, что существуют альтернативные пути (через крепежные элементы, соединители, печатную плату и т.п.), которые вновь разработанная методика не учитывает.

3. Анализ полученных данных показал, что, по сравнению с другими известными моделями, модель РСРП является наиболее точной. В некоторых ситуациях, когда альтернативная модель имеет чуть большую точность, модель РСРП все равно имеет очень низкий уровень ошибок и не теряет свою способность моделировать сложившуюся ситуацию.

4. Выявлено, что методика моделирования на основе РСРП модели, может быть полезным средством для разработчиков и исследователей в будущем. Она может быть полезна для оценки не только параметров строчного трансформатора, но и при моделировании других типов высоковольтных импульсных трансформаторов, которые могут отличаться конструктивно.

5. Впервые предложенный в данной диссертационной работе метод был апробирован на предприятии ОАО «Марийский машиностроительный завод» в рамках научно-исследовательской программы «Повышение технологической воспроизводимости строчных трансформаторов на основе анализа его электрических и конструктивных особенностей», а также на предприятии ОАО «ВолгаТелеком» и ОАО «Маррембыттехника» в научно-исследовательской работе «Эффективный контроль стабильности выходных электрических параметров строчных трансформаторов». Результаты внедрений разработанного метода показали, что удалось упростить расчеты на ранних стадиях проектирования и ускорить контроль стабильности выходных параметров строчных трансформаторов с одновременным увеличением воспроизводимости.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Главный результат диссертационной работы заключается в повышении эффективности методов проектирования и расчета параметров строчного трансформатора на основе синтеза и анализа предложенных математических моделей по обобщенному параметру магнитной системы. Кроме того, получены следующие результаты:

1. Проанализированы конструктивно-технологические и функциональные особенности строчного трансформатора, проведен сравнительный анализ существующих методик для расчета его параметров; выявлены проблемы и противоречия. Предложены основные пути повышения эффективности и точности методов проектирования строчного трансформатора путем введения обобщенного параметра - сопротивления магнитному потоку, интегрального показателя, учитывающего: эксплуатационные, электрические, конструктивные параметры и характеристики материалов применяемых в строчных трансформаторах.

2. Предложены и разработаны оптимальные по точности математические модели процессов в строчных трансформаторах, связывающие входные параметры с выходными (напряжение и мощность потерь). Получены характеристики магнитных сопротивлений в области первичной и вторичной обмоток и показано соответствие их значений экспериментальным данным по наиболее информативному признаку - общему магнитному потоку в строчном трансформаторе. Проведен сравнительный анализ разработанных моделей с существующими, выявлено, что для повышения их точности необходима более совершенная методика оценки магнитных сопротивлений в области обмоток, учитывающая дополнительные пути замыкания основного магнитного потока.

3. Исследованы свойства магнитных сопротивлений и выявлено, что это показатели, которые способны учитывать в комплексе изменения, связанные с конструкцией и характеристиками материалов. Разработана оптимальная, с точки зрения точности, методика определения общего магнитного сопротивления строчного трансформатора на основе двухплоскостной модели равного сопротивления и расширенного пути (РСРП), включающая процедуру расчета частных магнитных сопротивлений. Проведены расчеты энергии и потерь для трансформаторов серии ТДС на основе разработанного метода, экспериментально подтверждена достоверность модельных результатов.

4. Предложен вариант экспериментальной установки, позволяющей определить частные и полные значения магнитных сопротивлений. Проведены вычислительный и лабораторный эксперименты и оценена точность полученной математической модели. Ее погрешность находится в диапазоне от 3 до 17%, что является удовлетворительным. Проведен сравнительный анализ и показано, что алгоритм на основе РСРП модели обладает высокой эффективностью в условиях априорной неопределенности относительно объемного распределения магнитных потоков в строчном трансформаторе, а по критерию точности определения магнитных сопротивлений и магнитного г потока превосходит в 2,5 раза традиционные методики.

5. Достоверность результатов подтверждается согласованием впервые полученных методик с методиками, предложенными другими авторами, положительными отзывами на опубликованные работы в центральной печати и межвузовских сборниках научных трудов.

Разработанный метод расчета параметров строчных трансформаторов внедрен на предприятиях ОАО «Марийский машиностроительный завод», ОАО «Маррембыттехника» и ОАО «Волгателеком». Основные положения методики используются в учебном процессе МарГТУ. Доказано, что методика является эффективным инженерным инструментом, способным упростить процесс конструирования и контроля воспроизводимости выходных параметров строчных трансформаторов, а также повысить рентабельность в условиях серийного производства.

Копии актов о внедрении, подтверждающих использование основных результатов работы в учебном и производственном процессах, представлены в приложении 8.

Таким образом, поставленная в диссертационной работе цель достигнута.

1. Автоматизированное проектирование трансформаторов напряжения: Учебное пособие для вузов /Пуйло Г.В., Шевченко В.П., Гололобов В.В.— Одесса: ОГПУ, 1993. - 118с.

2. Алпатов М.Е. Диагностика электромагнитных параметров трансформаторов на основе методов теории электрических цепей. — М., 1996.-27 е.: ил.

3. Алтунин Б.Ю., Туманов И. М. Математическое моделирование транзисторных устройств управления трансформаторами //Электротехника.-1996.-№6.-С.22 25.

4. Антонов М. В., Герасимова JI. С. Технология производства электрических машин. М.: Энергоиздат, 1982. - 512 с.

5. Аппараты высокого напряжения/Ин-т пром.развития информэлектро.-Т. 1,2: Трансформаторы напряжением до 35 кВ. -2001. 59 е.: ил.

6. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс: Пер. с англ. — М.: Радио и связь, 1988.- 128 е.: ил.

7. Барбашов C.B. Математическое моделирование ферромагнитных процессов в трансформаторах. М.: Электр.фак.МГУ, 1999. -153 с.

8. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высшая школа, 1988.-448 с.

9. Бачурин Н. И., Залесский А. М. Изоляция аппаратов высокого напряжения. — М.: Госэнергоиздат, 1961.

10. Ю.Белов К.П. Электронные процессы в ферритах. М.: Физ.фак.МГУ, 1996.-103 с.

11. П.Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных: Пер. с англ. М.: Мир, 1989. - 540 с.

12. Бессонов JI.A. Нелинейные электрические цепи. — М.: Высшая школа, 1977.-343с.

13. Блавдзевич Ю.Г. Численное моделирование электромагнитного поля в элементах и узлах трансформаторов/ Блавдзевич Ю.Г., Мовсесян А.К., Рапцун Н.В. Киев, 1989. -52 с.

14. Быков B.B. Цифровое моделирование в статистической радиотехнике. — М.: Сов. радио, 1971.-328 с.

15. Вагапов В.Б. Основы автоматики радиоэлектронных систем. Киев: Вища школа, 1995. - 358 с.

16. Васютинский С. Б. Вопросы теории и расчета трансформаторов. — JI: Энергия, 1970.-432 с.

17. Вдовин С. С. Повышение напряжения мощных электрических импульсов посредством импульсного трансформатора //Электротехника. 1985. -№ 7. С. 27-29.

18. Вдовин С.С. Проектирование импульсных трансформаторов/ Вдовин С.С. -2-е изд.,перераб.и доп. — JL: Энергоатомиздат, 1991. -208 с.

19. Вентцель Е.С., Овчаров JI.A. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения. М.: Высшая школа, 2000. - 383 с.

20. Встовский A.JI. Проектирование трансформаторов: Учеб.пособие/ Встовский АЛ., Встовский С.А., Силин Л.Ф. -Красноярск, 2000. -113 с.

21. Высоковольтное испытательное оборудование и измерения / A.A. Воробьев, Г. А. Воробьев, Н. И. Воробьев и др. М.: Госэнергоиздат, 1960.

22. Гловацкая А.П. Методы и алгоритмы вычислительной математики: Учеб. пособие для вузов. — М.: Радио и связь, 1999. 408 е.: ил.

23. Глудкин О.П., Обичкин Ю.Г., Блохин В.Г. Статистические методы в технологии производства радиоэлектронной аппаратуры /Под ред. В.Н. Черняева. М.: Энергия, 1977. - 296 е.: ил.

24. Горюнов М.А. Проектирование импульсных трансформаторов: Учеб. пособие по курсу "Электр, машины"/ Горюнов М.А., Киселев В.М., Сергеенков Б.Н. -М.: Изд-во МЭИ, 1991. -79 с.

25. Готтлиб И.М. Источники питания. Инверторы, конверторы, линейные и импульсные стабилизаторы. М.: Постмаркет, 2000. - 552 с.

26. Данилов A.B., Матханов П.Н., Филиппов Е.С. Теория нелинейных электрических цепей. Л.:Энергоатомиздат, 1990. - 256 с.

27. Демирчян К.С., Бутырин П.А. Моделирование и машинный расчет электрических цепей. М.: Высшая школа, 1988. - 335с.

28. Дьяков В.И. Типовые расчеты по электрооборудованию: Метод, пос — 6-е изд., перераб. и доп. — 143 с.29.3алесский А. М. Электрические аппараты высокого напряжения. — М.: Госэнергоиздат, 1957. 127 с.

29. Иванов-Смоленский А. В. Электрические машины. — М.: Энергия, 1980. -928 с.

30. Изделия из ферритов и магнитодиэлектриков народнохозяйственного назначения: Группа 6391: Сб.справ.листов РД 11 0576.4-99: Изд.офиц. -Б.м.: РНИИ "Электронстандарт", 1999. 185 е.: ил.

31. Ицхоки Я. С. Минимальный объем импульсного трансформатора // Радиотехника. 1957. - № 10. - С. 66-84.

32. Ицхоки Я.С. Импульсные техника. М.:Советское радио, 1949. — 296 с.

33. Ицхоки Я.С. Импульсные устройства. М.:Советское радио, 1959. - 728с.

34. Ицхоки Я.С. Нелинейная радиотехника.-М.:Советское радио, 1955.-508с.

35. Ицхоки Я.С. Приближенный метод анализа переходных процессов в сложных линейных цепях. М.:Советское радио, 1969. - 176 с.

36. Ицхоки Я.С. Электронные генераторы линейно изменяющегося напряжения. М.:ВВИА, 1955. - 67 с.

37. Ицхоки Я.С., Овчинников Н.И. Импульсные и цифровые устройства. -М.:Советское радио, 1972. 592 с.

38. Ицхоки Я.С., Овчинников Н.И. Переходные характеристики транзисторов и ключевой схемы. М.:ВВИА, 1969. - 198 с.

39. Каганович Е.А. Испытание трансформаторов малой и средней мощности на напряжение до 35 кВ включительно/ Под общ.ред.Г.П.Терезы. -2-е изд.,перераб.и доп. -М.: Энергия, 1969. 296 е.: ил.

40. Кербель Б.М. Расчет оптимального варианта силового трансформатора: Учеб. пособие/ Кербель Б.М., Стукач B.C. —Томск, 1991. 76 с.

41. Колесниченко О.В. Строчные трансформаторы для зарубежных телевизоров и мониторов. Принцип работы. Таблица взаимозаменяемости. Схемы включения: Справ, пособие/ Колесниченко О.В., Шишигин И.В., Золотарев С.А. -СПб: Лань, 1996. 269 е.: ил.

42. Костенко М.П. Электрические машины Ч. 1: Машины постоянного тока. Трансформаторы. -М.: Энергоатомиздат, 1958. - 464 с.

43. Ларионов В.П., Базуткин В.В., Пинталь Ю.С. Техника высоких напряжений. Изоляция и перенапряжения в электрических системах. — М.: Энергоатомиздат, 1986.-464с.

44. Лейтес Л. В. Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов. -М.: Энергия, 1981.-392 с.

45. Маврий Е.К. Математическое моделирование трансформаторов. — М.: Наука, 1998.-67 с.

46. Матханов П.Н. Основы анализа электрических цепей- М.: Высшая школа, 1990.-400 с.

47. Мозер Т.П. Трансформаторный электроизоляционный картон/ Мозер Т.П., Дахинден В.; Пер. с англ. В. М. Чорноготского; Под ред. С. Д. Лизунова. -М.: Энергоатомиздат, 1991. 207 с.

48. Морозов И.А. Строчные трансформаторы зарубежных телевизоров. -М.: СОЛОН, 1998.-97 с.

49. Николаев В.Т. Расчет электрических трансформаторов и линий связи на ПЭВМ: Учеб. пособие. -М., 1995. 119 е.: ил.

50. Обзоры по электронной технике/ЦНИИ "Электроника". Вып. 2(1520): Составные феррит-диэлектрические компоненты для радиоэлектронных устройств: По данным отеч. и зарубеж. печати, 1970-1989 гг. /Кузянов В.Г. -1990. 44 е.: ил.

51. Панков И.Г. Электротехника, электроника и микропроцессорная техника. Тема 7: Трансформаторы. М.: Энергия, 1995. - 18 е.: ил.

52. Петров Г. Н. Электрические машины. — 4.1.-М.: Энергия, 1974. 240 с.

53. Пиотровский JI.M. Испытание электрических машин.-Ч.2: Трансформаторы и асинхронные машины. -М.: Энергия, 1960. -290с.: ил.

54. Проектирование импульсных устройств радиотехнических систем: Учебное пособие для радиотехнических спец. вузов /Гришин Ю.П., Казаринов Ю.М., Катиков В.М. и др.; Под ред. Ю.М. Казаринова. М.: Высшая школа, 1985.

55. Пугачев B.C. Теория случайных функций. М.: ФизматГИз, 1960. - 883 с.

56. Пуйло Г.В. Математическое моделирование и автоматизированный проектный синтез специальных трансформаторов: Дис.д-ра техн.наук: 05.09.01.-Одесса, 1991.-451 е.: ил.

57. Радиокомпоненты: Трансформаторы. Дроссели. Отклоняющие системы: Справ/ Сост.В.П.Фидин. -СПб.: Изд-во РНИИ "Электронстандарт", 1998. -216 е.: ил.

58. Резисторы.Конденсаторы.Трансформаторы.Дроссели.Коммутационные устройства РЭА: Справ./ Акимов H.H., Ващуков Е.П., Прохоренко В.А., Ходоренок Ю.П. -Минск: Беларусь, 1994. 591 е.: ил.

59. Рихтер Р. Электрические машины. Т. 3: Трансформаторы. -1935. - 292с.

60. Русин Ю. С., Чепарухин А. М. Проектирование индуктивных элементов приборов. — Л.: Машиностроение, 1981.

61. Сапожников А. В. Конструирование трансформаторов. М. — Л.: Госэнергоиздат, 1959. - 360 с.

62. Сергеенков Б.Н., Киселев В.М., Акимова H.A. Электрические машины: Трансформаторы. М.: Высшая школа, 1989. - 352с.

63. Сечин В.И. Расчет силовых трансформаторов: Учеб.пособие для вузов. -Хабаровск, 1993. 106 е.: ил.

64. Синельников М.С. Высоковольтный электронный трансформатор напряжения //Тр. науч. конф. по итогам н.-и. работ Марийск. гос. техн. ун-та/ Марийск. гос. техн. ун-т. Йошкар-Ола, 2001.

65. Синельников М.С. Математическое моделирование электромагнитных процессов в обмотках строчного трансформатора //Проектирование и технология электронных средств. Владимир: Владимирский гос. ун-т, 2002.-С. 12-15.

66. Синельников М.С. Расчет внутренних потерь в строчном трансформаторе //Тр. науч. конф. по итогам н.-и. работ Марийск. гос. техн. ун-та /Map. гос. техн. ун-т. — Йошкар-Ола, 2002.

67. Синельников М.С. Электронные системы зажигания автомобилей и выбор их по критериям качества //Тр. науч. конф. по итогам н.-и. работ Марийск. гос. техн. ун-та /Марийск. гос. техн. ун-т. Йошкар-Ола, 2000.

68. Синельников М.С., Павлов Е.П. Математическое моделирование строчного трансформатора с сердечником П-типа // Тр. науч. конф. по итогам н.-и. работ Марийск. гос. техн. ун-та. /Марийск. гос. техн. ун-т. — Йошкар-Ола, 2002.

69. Синельников М.С., Павлов Е.П. Математическое моделирование электромагнитных процессов в строчном трансформаторе /Марийск. гос. техн. ун-т. Йошкар-Ола, 2003.-7с.: ил. - Деп. в ВИНИТИ 05.12.03. № 2120-В2003

70. Синельников М.С., Павлов Е.П. Расчет потерь электромагнитной энергии в системе обмоток строчного трансформатора /Марийск. гос. техн. ун-т. — Йошкар-Ола, 2003.-6с.: ил. Деп. в ВИНИТИ 05.12.03. № 2121-В2003

71. Синельников М.С., Павлов Е.П. Характер задачи оптимального проектирования строчных трансформаторов //Тр. науч. конф. по итогам н.-и. работ Марийск. гос. техн. ун-та /Марийск. гос. техн. ун-т. — Йошкар-Ола, 2001.

72. Сиротинский Л.И. Техника высоких напряжений. -М.: Госэнергоиздат, 1945.

73. Справочник по математике для научных работников и инженеров /Корн Г., Корн Т. М.: Наука, 1984. - 831 с.

74. Справочник по электротехническим материалам/Под ред. Ю. Д. Корицкого и др. -М.: Энергоатомиздат, 1986.

75. Строчные трансформаторы зарубежных фирм. М.: Солон, 1998.

76. Талышинский И.Т. Переходные процессы в электромеханических преобразователях и трансформаторах: Учеб. пособие/ Талышинский И.Т., Замятнин Д.В., Комарова Г.В. -СПб., 1995. 79 е.: ил.

77. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов.-М.: Энергоатомиздат, 1986.-528с.

78. Фаттахов K.M. Расчет рабочих характеристик трансформатора в линейном приближении: Учеб.пособие. —Уфа, 1993. 93 е.: ил.

79. Филиппов Е. Нелинейная электротехника: Пер. с нем /Под ред. Тимофеева А.Б. — М.: Энергия, 1967. 496с.

80. Фильц Р.В. Математические основы теории электромеханических преобразователей. Киев: Наукова думка, 1979.

81. Хофер Э., Лундерштедт Р. Численные методы оптимизации: Пер. с нем. /Пер. Т.А. Летова; Под ред. В.В. Семёнова М.: Машиностроение, 1981. - 192 е.: ил.

82. Хронусов Г.С. Электротехника, электроника и электропривод. Ч. 2: Электротехника. Трансформаторы. Двигатели переменного тока. — М.:Энергия, 1996. - 1 Юс.: ил.

83. Чешева Т.В. Конструирование трансформаторов: Учеб. пособие/ Чешева Т.В., Винокурова Г.Ф., Стукач B.C. -Томск, 1992. 114 е.: ил.93 .Численные методы условной оптимизации / Под ред. Ф. Гилла, У. Мюррэя. М.: Мир, 1977. - 290 с.

84. Чуа Л.О., Лин Пен-Мин. Машинный анализ электронных схем: Алгоритмы и вычислительные методы: Пер. с англ. М.: Энергия, 1980. - 640с.

85. Шаргородский В.Л. Автоколебательный процесс причина повреждения трансформаторов напряжения. Техника высоких напряжений. - М.: Госэнергоиздат, 1959.-Ч.З.

86. Шафир Ю.Н. Распределение тока в обмотках трансформаторов. —М.: Энергоатомиздат, 1992. 191 е.: ил.

87. Электромагнитные процессы в электрических системах: Учеб. пос./ Г.А.Евдокунин — 107 с.

88. Электронное моделирование = Engineering Simulation : Междунар. науч-теорет. журн. РАН HAH, Ин-т проблем моделирования в энергетике. — 1979, сент. Киев, 1999-2002.

89. Элементы теории и численного расчета электромагнитных процессов в проводящих средах/ Подольцев А.Д., Кучерявая И.Н.- К.: Из-во института электродинамики HAH Украины, 1999. 363 с.

90. Ahmed, M. Jamil. Impedance Transformation 3D Equations for Exponential, Cosine-Squared, and Parabolic Tapered Transmission Lines. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Jan 1981. p. 67-68.

91. Carpentieri, E. Equations Model Transmission-Line Transformers. Microwaves & RF, Jun 1997. -p. 94-98.

92. Cohn, Seymour B. Optimum Design of Stepped Transmission-Line Transformers. IRE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Apr 1955.-p. 16-21.

93. Collin, R.E. The Optimum Tapered Transmission Line Matching Section. Proceedings of the IRE, Apr 1956. p. 539-548.

94. Ferrites and accessories/ Siemens Matsushita components GmbH & Co. -Munchen, 1994. 609 p.

95. Feuchter B. On-line-Uberwachung und -Diagnose des thermischen Betriebszustandes von Oltransformatoren: Diss. -Stuttgart, 1995. 11 Is.

96. Flanagan, William M. Handbook of transformer design and applications: New York etc.: McGraw-Hill Cop., 1993. 202p.

97. Gluszczak, T.J. and J.D. Harmer. Transmission Line Transformers with Integer-Ratio Voltage Transformations, 1974 International Symposium on Circuits and Systems, -p. 368-370.

98. Grossberg, Milton A. Extremely Rapid Computation of the Klopfenstein Impedance Taper. Proceedings of the IEEE, Sep 1968. p. 1629-1630.

99. Grunau, W.C. and C.R. Mason. A Simplified Solution for Tapered Transformer Lines. Microwaves, Oct 1981. p. 82-83.

100. Heuck K., Rosenberger R., Dettman K.-D., Kegel R. Ferroresonanz vor allem inNetzenmit Spannungswandlern. etz Bd. 109 (1988). H 17. S.780-783.

101. Heuck K., Rosenberger R., Dettman K.-D., Kegel R. Ferroresonanz vor allem in Netzen mit Spannungswandlern, etz Bd. 109 (1988). H 19. S.900-904.

102. Janssens N., Vanderstockt V., Denoel H., Monfils P.A. Elimination des surtensions temporaires dues a la ferroresonance de transformateurs de tensions : conception et essai d'un systeme d'amortissement. Session 1990 de la CIGRE, rapport 30-204. p. 1-9.

103. Kegel R. Ein Beitrag zur Berechung von Ferroresonanzerscheinungen in Energieversorgungsnetzen. Dissertation, Universität der Bundswehr. Hamburg. 1981.

104. Kegel R., Heuck K. Ferroresonanz bei Transformatoren mit freiem Sternpunkt. etzArchiv Bd.l (1979). H 4. s. 113-120.

105. Keng C. Wu. Pulse Width Modulated Dc-Dc Converters: Analysis and Design. -Japan, 1998.-57 p.

106. Leibfried T. Die Analyse der Ubertragungsfunktion als Methode zur Überwachung des isolationszustandes von Grosstransformatoren: Diss. — Stuttgart, 1996.-136 s.

107. London, S.E. and S.V. Tomashevich. Line Transformers with Fractional Transformation Factor. Telecommunications and Radio Engineering. Vol. 28/29. Apr 1974. p. 129-130.

108. Peters I.E. and Slepian J. Voltage Induced by Arcing Ground //Tr. AIEE, 1923. Apr.-p. 478.

109. Petersen W. Der aussetzende (intermittierende) Erdschluss. ETZ, 1987, H 47,48.

110. Petersen W. Erdschlusstrume in Hochspannungsanlagen. ETZ, 1986, H 37, 38.

111. Ron L. Practical Design of Power Supplies: New York etc.: McGraw-Hill Cop., 1991.- 103p.

112. Schroder U. Das Teilentladungs-und Gasungsverhalten von Transformatorenol. -Hannover, 1994. -113 p.