автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Разработка моделей и методики проектирования токоограничивающих реакторов из ленты

На правах рукописи

ИВАНОВ Александр Валерьевич

РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ И МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТОКООГРАНИЧИВАЮЩИХ РЕАКТОРОВ ИЗ ЛЕНТЫ

Специальности: 05.13.12. - Системы автоматизации проектирования (электротехника и энергетика); 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 2 МАЙ 2011

Иваново - 2011

4845990

4845990

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И.Ленина» (ИГЭУ).

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Попов Геннадий Васильевич Научный консультант

доктор технических наук, доцент Тихонов Андрей Ильич

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Пантелеев Евгений Рафаилович. кандидат технических наук, доцент Кроль Татьяна Яковлевна.

Ведущая организация

ОАО "ЗАРУБЕЖЭНЕРГОПРОЕКТ", г. Иваново.

Защита состоится 31 мая 2011 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 212.064.02 при ИГЭУ по адресу: г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34, ауд. Б-237.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГЭУ, автореферат размещён на сайте wvvw.ispu.ru.

Автореферат разослан « 30 » апреля 2011г.

Учёный секретарь диссертационного совета

В.В. Тютиков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В связи с развитием энергосистем, старением электротехнического оборудования, потребность в оборудовании, в том числе и реакторном, возрастает. В настоящее время наиболее технологичными можно считать реакторы из алюминиевой ленты.

В России реакторное оборудование получило распространение в начале 30-х годов в качестве токоограничивающих реакторов, что было вызвано увеличением мощности электроустановок и ростом токов короткого замыкания. В настоящее время в России выпускаются реакторы на токи от 50 до 5000 А, на классы напряжения 6, 10, 15 и 20 кВ, номинальным индуктивным сопротивлением от 0,01 до 2 Ом. Конструктивно такие реакторы представляют собой катушки индуктивности с обмоткой из многожильного (иногда транспонированного) провода круглого сечения или из алюминиевой или медной ленты.

Наиболее прогрессивной и технологичной считается конструкция реакторов из ленты. В настоящее время реакторы из ленты изготавливает фирма Nokian (Финляндия), Trench (Австрия), Coilinnovation (Австрия), Areva (Франция), Hilkar (Турция), F.d.u.e.G. (Италия) и др. В России такие реакторы производит компания «Электрозавод» (г. Москва), осваивается выпуск реакторов из ленты на ЗАО Трансформер (г. Подольск, Московская обл.).

Основной недостаток реакторов из ленты состоит в наличии мощного эффекта вытеснения тока, что предъявляет повышенные требования как к методикам их расчета, так и к технологии производства. Разнообразие конструкций и широта мощностных линеек реакторов обуславливает необходимость автоматизированного проектирования. Таким образом, актуальной является задача разработки системы проектирования реакторов, опирающейся на современные возможности математического моделирования физических процессов, позволяющей снизить затраты на создание опытных образцов.

Работа выполнялась в Ивановском государственном энергетическом университете. Изготовление опытного реактора и экспериментальные исследования выполнялись на базе ЗАО «Трансформер» (г. Подольск, Московская обл.), специализирующемся на выпуске силовых трансформаторов и трансформаторных подстанций.

Диссертационная работа соответствует паспорту специальности 05.13.12 «Системы автоматизации проектирования (по отраслям), так как содержит результаты разработки научных основ построения средств

САПР», в частности, разработки методики оптимального проектирования токоограничивающего реактора из ленты и моделей для анализа и синтеза проектных решений. Диссертационная работа соответствует также паспорту специальности 05.13.18 «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ», так как содержит результаты разработки и реализации эффективных численных методов и алгоритмов в виде комплексов проблемно-ориентированных программ для проведения вычислительного эксперимента при проектировании токоограничивающего реактора из ленты.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности научно-исследовательских, опытно-конструкторских и проектных работ при производстве токоограничивающих реакторов из ленты путем разработки уточненных математических моделей и технологии проектирования, позволяющих учитывать особенности физических процессов, протекающих в этих устройствах.

Задачи, решаемые в диссертации:

1. Разработка математических моделей, позволяющих рассчитывать индуктивность, потери, механические усилия и перегревы обмоток реактора с учетом эффекта вытеснения тока.

2. Создание системы автоматизированного проектирования реактора из ленты.

3. Экспериментальная проверка результатов расчета и технологическая подготовка процесса производства реактора.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы численного моделирования физических полей и цепей, в частности, метод конечных элементов для расчета магнитного и теплового полей, метод контурных токов для расчета электрических цепей с ин-дуктивностями и взаимными индуктивностями, а также методы нелинейного программирования для поиска оптимального решения.

Научная новизна.

1. Разработана и обоснована методика оптимального проектирования и структура САПР реактора из ленты, отличающаяся использованием быстродействующей математической модели устройства, основанной на теории поля и теории цепей.

2. Разработана математическая модель, позволяющая рассчитывать индуктивность реактора из ленты, тепловое состояние и механические усилия в его обмотках с учетом эффекта вытеснение тока, основанная на формировании и расчете электрической схемы замещения, в которой об-

мотки дробятся на расчетные секции, а матрица индуктивностей строится путем серии расчетов магнитного поля методом конечных элементов.

3. Разработана комбинированная динамическая модель реактора из ленты, позволяющая рассчитывать распределение теплопотерь и механических усилий с учетом вытеснения тока в переходных режимах, в том числе и аварийных.

Практическая значимость результатов;

1. Разработаны алгоритмы и программные средства для создания САПР реактора из ленты на основе популярных математических процессоров Excel и MatLab.

2. Разработана САПР реактора из ленты.

3. Рассчитаны оптимальные варианты реакторов разных типоиспол-нений, отличающиеся пониженным весом активных материалов.

4. На основе оптимизационных расчетов и численных исследований предложен новый вариант конструкции реактора из ленты с сегментированными чередующимися обмотками.

5. Разработана технология изготовления реактора, в которой реализованы оригинальные технические решения, в частности, технология изготовления крестовин реактора и изоляторов из электротехнической смолы, конструкция креплений обмоток реактора.

6. Разработана технологическая оснастка для производства реакторов из ленты.

7. Изготовлен и испытан опытный образец реактора.

Результаты диссертации внедрены на ЗАО «Трансформер», что позволило разработать и создать опытный образец реактора со сборной конструкцией и обмоткой из ленты и синтетической арамидной изоляцией, имеющей уменьшенные габариты, массу и потери. Кроме того, методы электромагнитного расчета обмоток реакторов и трансформаторов из ленты, а также система моделирования электромагнитных процессов в обмотках из ленты внедрены в учебный процесс на кафедре электромеханики Ивановского государственного энергетического университета.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на региональной науч.- техн. конф. студентов и аспирантов «Энергия» в 2008 и 2009 г.г., на международной научно-технической конференции «Современное состояние, проблемы и перспективы энергетики и технологии в энергостроении» (Бенардосовские чтения, Иваново, ИГЭУ) в 2009 г., на научно-технической конференции студентов и аспирантов вузов России «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, МЭИ) в 2010 и 2011 г.г.

Список публикаций. По результатам работы опубликовано 1 монография, 3 статьи в издании, рекомендованном ВАК, 1 статья в техническом журнале, 3 тезисов докладов на конференциях.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы (102 наименования) и приложений, содержит 123 стр. основного текста, 67 рисунков и 6 таблиц. В приложении приведено три акта внедрения результатов диссертационной работы в производство на ЗАО «Трансформер» (г. Подольск Московской области) и учебный процесс Ивановского государственного энергетического университета.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность решаемой задачи, определены цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость результатов.

В первой главе проведён анализ проблем проектирования и производства токоограничивающих реакторов. Токоограничивающие реакторы служат для защиты электротехнического оборудования от повреждений и надежного отключения при коротком замыкании путем ограничения тока. Применение реакторов также позволяет поддерживать в момент КЗ уровень напряжения неповрежденных соединений.

В отечественной практике реакторостроения наибольшее распространение получили бетонные токоограничивающие реакторы и реакторы сборной конструкции, обмотки которых мотаются кабельным проводником. За рубежом токоограничивающие ректоры производятся фирмами Trench, Coil Innovation, ABB, Nokian Capacitors и др. При этом используются прогрессивные электротехнические материалы, что в совокупности с передовым подходом к проектированию позволяет создавать реакторы с высокими технико-экономическими характеристиками. Благодаря линейным характеристикам и простоте конструкции наибольшее распространение получили реакторы без сердечника.

Одним из перспективных направлений производства токоограничивающих реакторов является использование в качестве проводника медной или алюминиевой ленты. Такие обмотки более технологичны, механически более жесткие и устойчивые к электродинамическим усилиям.

Главный недостаток реакторов из ленты состоит в наличии мощного эффекта вытеснения тока, приводящего к увеличению добавочных потерь и перегревам торцевых частей обмоток. Это повышает требования к точности моделей, заложенных в основу систем проектирования.

Работы отечественных и зарубежных исследователей, посвященные электромагнитным расчётам реакторов изложены в основном в периодической литературе. Анализ литературы позволяет сделать вывод о том, что вопросы проектирования реакторов из ленты изучены недостаточно. Особые проблемы возникают при расчете индуктивности ректора и теп-лопотерь с учетом вытеснения тока. Предложенные в литературе методики в случае реактора из ленты дают существенную погрешность.

Таким образом, актуальной является задача создания системы проектирования реактора из ленты, опирающейся на быстродействующие численные модели, основанные на теории поля и цепей. Наиболее перспективным выглядит способ построения САПР путем интеграции на базе единой расчетной среды ограниченного набора относительно дешевых или же разработанных собственными силами компонентов, поддерживающих необходимый набор математических моделей.

Вторая глава посвящена разработке методики оптимального проектирования и структуры САПР токоограничивающего реактора из ленты. В качестве объекта проектирования выбран реактор класса напряжения 10 кВ, с номинальным током 1600 А, с индуктивным сопротивлением 0,35 Ом (рис. 1).

Сформулированы основные требования к системе проектирования реактора, среди которых основным является требование точности результатов расчета индуктивности и добавочных потерь на номинальном токе. Показано, что традиционные формулы расчета индуктивности дают большую погрешность в случае использования ленточного проводника. Попытка использовать для расчета индуктивности современные системы расчета магнитных полей с учетом вихревой составляющей, в частности Е1СШ, показала, что точный расчет возможен, только если в модели поля представлен каждый виток обмотки, что существенно усложняет модель. Попытка заменить сечение обмотки массивными подобластями дала погрешность порядка 10%.

с. 1. З-Б модель реактора с вертикальным расположением фаз

Учитывая также, что полевые модели отличаются малой скоростью расчета, недопустимой в задачах оптимизации, решено разработать специальную модель, позволяющую рассчитать распределение тока по высоте ленты, индуктивное сопротивление реактора, механические усилия и перегревы обмоток с учетом этого распределения. Модель строится на основе мысленного разбиения обмотки реактора на расчетные секции (рис. 2), после чего строится и рассчитывается электрическая схема замещения (рис. 3). В результате расчета определяется распределение тока по расчетным секциям с учетом эффекта вытеснения тока, что позволяет более точно рассчитать индуктивность реактора, теплопотери и механические усилия.

Рис. 2. Модель катушки реактора с разбиением на секции

=>е-=ь€Н

на--

н=нЭ-

:нсН чгггь-О--1

Рис. 3. Схема замещения реактора из алюминиевой ленты

Участок ленты в пределах концентра образует расчетную секцию, представленную на рис. 3 активным сопротивлением и ЭДС, наведенной совокупным магнитным полем реактора. Главная проблема состоит в необходимости расчета всех взаимных индуктивностей. Для этого предлагается использовать библиотеку конечно-элементного моделирования магнитного поля ЕМ1лЬ, разработанную в ИГЭУ, способную интегрироваться с открытыми приложениями, адаптируя их к решению задач с использованием результатов расчета магнитного поля.

Методика оптимального проектирования реактора из ленты может быть представлена следующей типовой последовательностью действий: 1) параметрическая генерация конечно-элементной модели (рис. 4), на которой осуществляется серия расчетов магнитного поля; на этом этапе путем сплайновой аппроксимации полученных матриц результатов формируются зависимости

Рис. 4. Фрагмент конечно-элементной модели, созданной параметрическим генератором для расчета влияния контуров с током друг на друга

где Вц - индукция магнитного поля, созданного единичным током > го контура диаметром /3, в точках расположения ¡-го контура диаметром Ц; X,. - расстояние между центрами соосных контуров; Ьч - вза-

ч/

имная индуктивность двух соосных контуров;

[ Файл КфаМ* 'рЫ РвСЧ*Г ОбДО^ТКЭ

2) формирование систем алгебраических и дифференциальных уравнений, описывающих установившиеся и динамические процессы в схеме замещения рис. 3, решение которых позволяет получить распределение тока и теплопотерь по расчетным секциям, механические усилия в обмотках, индуктивность и перегревы обмоток реактора;

3) поиск оптимального варианта, осуществляемый в трех вложенных циклах: во внутреннем цикле методом переменной метрики ищется локальный экстремум целевой функции

/(Х) = КсО + КРР,, (2)

путем варьирования аргументов

X ~ (Н, ¡¥, Ь, Ък) (3)

из стартовой точки, которая выбирается случайным образом во втором цикле; внешний цикл реализует перебор по дискретно изменяющемуся аргументу Ык\ здесь (? - вес реактора; Р - потери; К0 и КР-весовые коэффициенты; Н - высота фазной обмотки; Ь - толщина

ленты проводника; IV - число витков в фазной обмотке; Ък - ширина охлаждающего канала; Атк - количество концентров обмотки; оптимизация осуществляется с учетом функциональных ограничений: 0.99Ц, <1< 1.011н, Ц, <[/)], /_<[/], СТ„и>.<[а], (4)

где /_,„ - заданная по техническому заданию индуктивность обмотки реактора; Д - наружный диаметр обмотки; [О] - предельное значение наружного диаметра; /„„„, о„шх - максимальные значения температуры и механических напряжений; [<т]- допустимые значения температуры и механических напряжений;

4) уточненный расчет оптимального варианта, подготовка конструкторской и технологической документации. Структура СИР реактора представлена на рис. 5.

Подсистема полевых расчетов

Библиотека моделирования

магнитного __ШШ„

Г1/с параметрической генерации конечно-элементной модели

П/с расчета матриц

П/с сплайновой аппроксимации матриц

П/с формирования ТЗ

П/с проектного расчета

П/с поверочного расчета

П/с анализа пространства решений

П/с формирования конструкторской и гехнологиче-ской документации

П/с поиска оптимального решения

Рис. 5. Структура САПР реактора из ленты

Система реализована на базе MS Excel. Подсистемы, требующие сложных математических функций, реализованы в среде MatLab. Ядром подсистема полевых расчетов является динамически подключаемая библиотека конечно-элементного моделирования магнитного поля EMLib. Подсистема формирования конструкторской и технологической документации задействует средства MS Office и выбранную пользователем систему автоматизированного конструирования.

Третья глава посвящена разработке математического обеспечения

САПР токоограничивающего реактора, включающего четыре модели:

1) комбинированную модель, построенную на основе системы уравнений в символьном виде по методу контурных токов, описывающих установившиеся режимы в схеме замещения рис. 3, и результатов расчета магнитного поля, представленных в виде зависимостей (1);

2) аналогичную комбинированную модель, построенную на основе системы дифференциальных уравнений, описывающих динамические режимы в обмотках реактора с учетом эффекта вытеснения тока;

3) математическую модель для расчета механических усилий, действующих на обмотки реактора в установившихся и динамических режимах, функционирующую на основе результатов расчета схемы замещения рис. 3 и зависимостей (1);

4) математическую модель тепловых процессов в обмотках реактора. Комбинированная динамическая модель фазной катушки реактора из

ленты строится на основе схемы замещения рис. 6.

1 2 3 4 5 6 7 К 9 10 И

Рис. 6. Уточненная схема замещения фазной обмотки реактора из алюминиевой ленты Данная схема замещения описывается системой уравнений

п ( их Р иу | /// т т пк

X Х9г "Х^ХХ«

рт/ 01 ч у (II !=; г=2

■ , , — • (5)

' V ч ч } ' Ы2

Здесь п - количество контуров; т - количество концентров обмотки; пк - количество расчетных секций в концентре; 5 - номер концентра; к -

номер секции в концентре; /' - ток контура; - потокосцепление секции; И - сопротивление секции; и(1) - напряжение, поданное на обмотку; /р(х,г) - функция, пересчета двойного индекса секции в одинарный индекс тока; частные производные потокосцеплений секции по токам контуров вычисляются по зависимостям (1).

Данная система уравнений имеет вид

^ [и], (6)

щ

л

где [I] - квадратная матрица индуктивностей; \difdt] - вектор производных от контурных токов по времени; [(/] - вектор напряжений.

Многофазная обмотка реактора, соединенная в треугольник, в символьном виде описывается системой уравнений:

ЕЕ

q=l¡=1

т.а,} п/. у. 1

81

Я/-/

/ю/, + ./'®А„„/,„ + Е т, +

ч

п/-1 «1-1

НУ "> ' 111—1

+К, • Е +К, ■ к,+ЕI+Е Е • }г+

5 = 1 Г=1 Т-1 .* = /

их пк

/м=/»/'-/

ЗУ«,,

э/

ч У

пк

ш — 1

<1=1

V

и/-1

3/

/

т-1 и=т

• Е А»+• Е 'м'"/I= 0

(7)

Здесь пг- количество фаз; 7?„ и Д, - сопротивление и индуктивность нагрузки.

Данная система уравнений имеет вид [2]{/] = [0] (8)

где [г] - квадратная матрица полных сопротивлений; [/] турных токов; [(/] - вектор напряжений.

Интегрирование системы уравнений (6) дает распределение токов по секциям в любой момент времени (рис. 7). Индуктивность обмотки:

1

вектор кон-

ч = ?

2-л

/

<и_

I

-Я.

(9)

Рис. 7. Распределение тока / по высоте проводника (осьХ) и концентрам (ось У)

где и, I — действующие значения напряжения и тока первого контура; /- частота.

Распределение тока по расчетным секциям трехфазного реактора, полученное путем решения системы уравнений (8) представлена на рис. 8. Заменой ]со на <1/(11 система уравнений (8) преобразуется в систему дифференциальных уравнений, имеющую форму (6), описывающую динамику многофазного реактора. По полученным в результате расчета значениям контурных токов определяем токи отдельных секций, по которым рассчитываем потери в секциях, суммарные РГт, основные Рт и добавочные Рдт потери и силы, действующие на обмотки.

Найденные таким образом потери в расчетных секциях реактора являются исходными данными для подсистемы теплового расчета. Тепловой расчет ведется двумя методами: расчет теплового поля методом конечных элементов и расчет по упрощенной методике на основе тепловых

Рис. 8. Распределение тока I по высоте проводника (ось X) и концентрам (ось У)

цепей. В первом случае с помощью уравнений Навье-Стокса, описывающих в нестационарной постановке законы сохранения массы, импульса и энергии текучей среды, моделируется ее движение и теплообмен. Кроме того, использовались уравнения состояния компонентов текучей среды, а также эмпирические зависимости вязкости и теплопроводности этих компонентов среды от температуры. Потоки воздуха, возникающие при работе реактора с естественным охлаждением, являются ламинарными. Поэтому турбулентность не учитываем. Конвективный теплообмен между поверхностью твердых тел и текучей средой модли-руется пограничным слоем потока текучей среды.

Этот расчет отличается точностью, но малым быстродействием (рис. 9), что не позволяет использовать его в оптимизационных задачах. Для оптимизации разработана подсистема тепловых расчетов на основе методики, представленной в РД16 472-88, которая распространяются на сухие трансформаторы. Эта методика была переработана для расчета реакторов с воздушным сердечником. Модель теплового расчета может давать существенные погрешности при определении перегревов обмоток реактора. Тем не менее, для оптимизации реактора, в которой сравниваются температурные режимы множества вариантов конструкции, такая точность вполне допустима.

Четвёртая глава посвящена исследованию вариантов конструкции то коогран ич ивающего реактора с помощью разработанных математических моделей. В качестве примера использования данных моделей проверены две гипотезы о возможности снижения эффекта вытеснения тока путем изменения конструкции реактора. Первая гипотеза касается транспонирования ленты. При этом каждая обмотка реактора разбивается на три сегмента. При переходе с одного концентра на другой лента транспонируется путем переход с одного сегмента на другой. Разработана схема замещения, описываемая системой уравнений

Рис.9. Результат теплового расчета катушки реактора

т=п/

т пк

5=7 г=2

. ' К-ж! ' I¡р(т.и) +

Ч

пк

Полученное в ходе расчета распределение тока по расчетным секциям показано на рис. 10,а. Разбиение обмотки сегменты с транспонированием, не устраняет эффекта вытеснения тока. Применение других схем транспозиции также не дает эффекта выравнивания тока.

Также исследован вариант конструкции реактора с разнесенными фазами; с вырезанной средней частью проводника, по которой течет ток малой плотности (рис. 10,6). При этом каждая фаза распадается на два сегмента. Шесть сегментов разных обмоток чередуются друг с другом.

Получен вариант, обеспечивающий заданную индуктивность, с перегревами, как в исходном варианте, дающий экономию алюминия 28,5%.

Рис. 10. Распределение тока / по высоте проводника (ось X) и концентрам (ось У) при транспонировании ленты (а) и в варианте с разнесенными фазами (б)

а)

б)

450 400 350 300 250 200 150 100 50 0

__________К. , ........ > —...........

<f "—41—- ———с 1

■ -................- .....-............-

100 200 НЭ-Перегрев

0,0014 0,0012 0,001 0,0008 0,0006 0,0004 0,0002 0

300 400 500 600 700 Средняя индуктивность

Рис. 11. Зависимость перегрева и средней индуктивности реактора от осевого расстояния между катушками

Далее проведено исследование влияния на работу реактора расстояния между фазными обмотками. Получено, что с уменьшением расстояния между фазными обмотками индуктивность растет. Однако растет и эффект вытеснения тока, что после некоторого предела приводит к уменьшению индуктивности реактора и перегрева реактора (рис. 11).

Второй раздел четвертой главы посвящен разработке подсистемы оптимизации реактора. Блок-схема подсистемы оптимизации представлена на рис. 12. Текущий локальный экстремум ищется средствами Mat-Lab методом Дэвидона-Флетчера-Пауэлла путем варьирования вектора аргументов (3). Поиск осуществляется с учетом функциональных ограничений (4). Глобальный экстремум ищется путем случайного перебора стартовых точек для направленного поиска. Внешний цикл реализуется вследствие недопустимости дискретности варьируемой переменной Nt в цикле направленного поиска локального экстремума.

Целевая функция (2) строится путем свертки вектора критериев с помощью весовых коэффициентов, выбор которых осуществляется на основе анализа множества Парето, которое строится на основе предварительного перебора вариантов при варьировании аргументов в заданных пределах. Результаты перебора вариантов расчета катушки реактора в пространстве критериев G-P и множество Парето (огибающая линия) для задачи оптимизации реактора представлены на рис. 13. Здесь каждое ре-

шение представлено точкой. Учитывались только те решения, которые удовлетворяют функциональным ограничениям (4).

Рис, 12. Блок-схема процесса оптимизации реактора

В ходе оптимизации получен вариант, в котором выровнены перегревы обмоток, величина индуктивности соответствует техническому зада-

нию, вес проводника уменьшен по сравнению с исходным вариантом на 9,5 %, потери энергии уменьшились на 36%, высота реактора уменьшилась на 11,5% при неизменном внешнем диаметре обмотки.

Третий раздел посвящен организации опытного производства и испытанию спроектированного реактора.

Опытное производство токоограничивающего реактора из ленты было организовано на базе производственной площадки ЗАО «Трансформер». В программе трёхмерного моделирования был спроектирован технологический процесс производства реактора. Для намотки катушек реактора модернизирован намоточный станок «Micafil». Разработана и изготовлена специальная конструкция кантователя. Для пропитки обмоток использовалась установка пропитки методом вакуум-давление «Maxima». Обмотка сушится в печи, в которой задается температурный режим сушки в соответствии с рекомендациями производителя используемой смолы. Для изготовления монолитных крестовин была использована эпоксидная смола. В качестве армирующих материалов использовались стеклотекстолитовые рейки и арамидная сетка. Опорные изоляторы изготавливались из той же эпоксидной смолы, что и крестовины.

Первичная экспериментальная проверка результатов электромагнитного расчета реактора проводилась в испытательной лаборатории ЗАО «Трансформер». Измерение индуктивного сопротивления производилось методом амперметра-вольтметра. Отличие результатов измерений индуктивности от расчетных значений не превысило 4,9%.

Сертификационные испытания опытного образца реактора (электромагнитные замеры, испытаний на нагрев, электродинамические испытания) проводились в сертификационном центре «НИЦ ВВА» г. Москва. Тепловые испытания подтвердили соответствие обмотки реактора требованиям ГОСТ 14794-79.

Рис. 13. Результаты перебора вариантов расчета катушки реактора в пространстве критериев О-Р

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана методика оптимального проектирования, структура и компонентный состав САПР токоограничивающих реакторов из ленты, построенной на основе быстродействующей комбинированной математической модели электромагнитных процессов.

2. Разработаны математические модели реактора из ленты, предназначенные для расчета переходных процессов, индуктивности, температур и механических усилий с учетом эффекта вытеснения тока.

3. Разработана параметрически генерируемая конечно-элементная модель магнитного поля реактора с разбиением обмоток на расчетные секции.

4. Разработана методика формирования матрицы индуктивностей для математической модели реактора из ленты с использованием параметрически генерируемой конечно-элементной модели магнитного поля.

5. Разработан способ моделирования реакторов из ленты с сегментированными обмотками с произвольной геометрией сегментов и их чередованием.

6. Осуществлен поиск оптимальной конструкции реактора.

Публикации по теме диссертации Научные статьи, опубликованные в изданиях пор списку ВАК

1. Тихонов А.И., Иванов A.B. Использование библиотеки моделирования магнитного поля при расчете реактора из алюминиевой ленты. -"Вестник ИГЭУ", 2009, Вып. 3, с. 25-28.

2. Тихонов А.И., Попов Г.В., Иванов A.B. Система автоматизированного проектирования токоограничивающего реактора из алюминиевой ленты. - "Вестник ИГЭУ", 2010, Вып. 4, с. 55-58.

3. Тихонов А.И., Попов Г.В., Иванов A.B. Особенности транспозиции обмотки в токоограничивающем реакторе из алюминиевой ленты. -"Вестник ИГЭУ", 2011, Вып. 1, с. 70-72.

Монография

4. Тихонов А.И., Иванов A.B. Расчет и производство токоограничивающих реакторов из алюминиевой ленты / ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». -Иваново, 2010.- 116 с.

Публикации в других изданиях

5. Иванов A.B., Тихонов А.И. Расчет индуктивности реактора в среде EXCEL с использованием библиотеки конечно-элементного моделирования магнитного поля // Энергия 2008: Тезисы докл. региональной науч.- техн. конф. студентов и аспирантов / Иван. гос. энерг. ун-т. -Иваново, 2008. - с. 26-27.

6. Тихонов А.И., Иванов A.B. Расчет потерь и индуктивности реактора из фольги с учетом вытеснения тока (XV Бенардосовские чтения): Тезисы докл. Междунар. науч.- техн. конф. / Иван. гос. энерг. ун-т. -Иваново, 2009. -с.53.

7. Иванов A.B., Попов Г.В., Тихонов А.И. Использование компьютерных технологий при проектировании токограничивающего реактора // Вестник научно-промышленного общества. М: «Алев-В», 2011, Вып. 1, с. 29-34.

8. Иванов A.B., Тихонов А.И. Попов Г.В. Особенности САПР токоогра-ничивающего реактора из алюминиевой ленты // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тезисы докл. семнадцатой международной науч.- техн. конф. студентов и аспирантов / МЭИ. - М.: Издательский дом МЭИ, Том. 2, 2011. - с. 10-11.

ИВАНОВ Александр Валерьевич

РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ И МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТОКООГРАНИЧИВАЮЩИХ РЕАКТОРОВ ИЗ ЛЕНТЫ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 27.04.2011г. Формат 60x841/и Печать плоская. Усл.печ.л. 1,16. Тираж 100 экз. Заказ № 123. ГОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И.Ленина» 153003, г.Иваново, ул. Рабфаковская. 34

Отпечатано в УИУНЛ ИГЭУ.

Введение

1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОИЗ- 8 ВОДСТВА ТОКООГРАНИЧИВАЮЩИХ РЕАКТОРОВ

1.1. Назначение, классификация и технико-экономические 8 свойства токоограничивающих реакторов

1.2. Современное состояние проектирования токоограничи- 14 вающих реакторов

1.3. Модели и методы, используемые в САПР реакторов 19 ВЫВОДЫ ПО ПЕРВОЙ ГЛАВЕ

2. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СТРУКТУРА 22 САПР ТОКООГРАНИЧИВАЮЩЕГО РЕАКТОРА ИЗ ЛЕНТЫ БЕЗ СЕРДЕЧНИКА

2.1. Обоснование необходимости разработки специальной 22 модели для расчета реактора из ленты

2.2. Математическое ядро методики оптимального проектиро- 29 вания реактора из ленты без сердечника

2.3 Методика оптимального проектирования и реактора из 35 ленты без сердечника

2.4 Обоснование структуры САПР реактора из ленты без 46 сердечника

ВЫВОДЫ ПО ВТОРОЙ ГЛАВЕ

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САПР ТОКОО- 51 ГРАНИЧИВ АЮЩЕГО РЕАКТОРА

3.1. Комбинированная динамическая модель фазной катушки 51 реактора из ленты без сердечника

3.2. Комбинированная математическая модель многофазной 58 обмотки реактора из ленты

3.3. Тепловая модель фазной обмотки реактора

3.4.1. Уточненный расчет теплового состояния реактора

3.4.2. Математический аппарат упрощенного расчета теплового 75 состояния реактора

ВЫВОДЫ ПО ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВАРИАНТОВ КОНСТРУКЦИИ ТО- 81 КООГРАНИЧИВАЮЩЕГО РЕАКТОРА

4.1. Поиск направлений совершенствования конструкции то- 81 коограничивающего реактора из ленты

4.1.1. Исследование возможности создания транспонированных 81 обмоток реакторов из ленты

4.1.2. Разработка конструкции реактора с разнесенными фазами

4.1.3. Исследование влияния на индуктивность расстояния ме- 90 жду фазными обмотками

4.2. Разработка подсистемы параметрической оптимизации 94 реактора из ленты

4.2.1 Постановка задачи оптимизации и алгоритм подсистемы 94 оптимизации реактора из ленты

4.2.2. Поиск оптимального решения

4.3. Организация опытного производства токоограничиваю- 104 щего реактора

4.3.1 Технологическая подготовка опытного производства

4.3.2 Сертификационные испытания опытного образца 107 ВЫВОДЫ ПО ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ 110 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 112 БИБЛИОГРАФИЯ 114 ПРИЛОЖЕНИЯ

Актуальность темы: В связи с развитием энергосистем, старением электротехнического оборудования, потребность в оборудовании, в том числе и реакторном, возрастает. В настоящее время наиболее технологичными можно считать реакторы,из алюминиевой ленты.

В России реакторное оборудование получило распространение в начале 30-х годов в качестве токоограничивающих реакторов, что было вызвано увеличением мощности электроустановок и ростом токов короткого замыкания. В? настоящее время в России выпускаются реакторы на токи от 50 до 5000 А, на классы напряжения 6, 10, 15 и 20 кВ, номинальным индуктивным сопротивлением от 0,01 до 2 Ом. Конструктивно такие реакторы представляют собой-катушки индуктивности с обмоткой из многожильного (иногда транспонированного) провода круглого сечения или из алюминиевой или медной ленты.

Наиболее прогрессивной и технологичной считается конструкция реакторов из ленты. В настоящее время реакторы из ленты изготавливает фирма Nokian (Финляндия), Trench (Австрия), Coilinnovation (Австрия), Areva (Франция), Hilkar (Турция), F.d.u.e.G. (Италия) и др. В России такие реакторы производит компания «Электрозавод» (г. Москва), осваивается выпуск реакторов из ленты на ЗАО Трансформер (г. Подольск, Московская обл.).

Основной недостаток реакторов из ленты состоит в наличии мощного эффекта вытеснения тока, что предъявляет повышенные требования как к методикам их расчета, так и к технологии производства. Разнообразие конструкций и широта мощностных линеек реакторов обуславливает необходимость автоматизированного проектирования. Таким образом, актуальной является задача разработки системы проектирования реакторов, опирающейся на современные возможности математического моделирования физических процессов, позволяющей снизить затраты на создание опытных образцов.

Работа выполнялась в Ивановском государственном энергетическом университете. Изготовление опытного реактора и экспериментальные исследования выполнялись на базе ЗАО «Трансформер» (г. Подольск, Московская обл.), специализирующемся на выпуске силовых трансформаторов и трансформаторных подстанций.

Диссертационная» работа соответствует паспорту специальности 05.13.12 «Системы автоматизации проектирования (по отраслям), так как содержит результаты разработки научных основ построения средств САПР», в частности, разработки методики оптимального проектирования токоограничивающего реактора из ленты и моделей для анализа и синтеза проектных решений. Диссертационная работа соответствует также паспорту специальности 05.13.18 «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ», так как содержит результаты разработки и реализации эффективных численных методов и алгоритмов в виде комплексов проблемно-ориентированных программ для проведения вычислительного эксперимента при проектировании токоограничивающего реактора из ленты.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности научно-исследовательских, опытно-конструкторских и проектных работ при производстве токоограничивающих реакторов из ленты путем разработки уточненных математических моделей и технологии проектирования, позволяющих учитывать особенности физических процессов, протекающих в этих устройствах.

Задачи, решаемые в диссертации:

1. Разработка математических моделей, позволяющих рассчитывать индуктивность, потери, механические усилия и перегревы обмоток реактора с учетом эффекта вытеснения тока.

2. Создание системы автоматизированного проектировании! реактора из ленты.

3. Экспериментальная проверка результатов расчета и технологическая подготовка процесса производства реактора.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы численного моделирования физических полей и цепей, в частности, метод конечных элементов для расчета магнитного и теплового полей, метод контурных токов для расчета электрических цепей с индуктивностями и взаимными* индуктивностями, а также методы нелинейного программирования для поиска оптимального решения.

Научная новизна.

1. Разработана и обоснована методика оптимального: проектирования и структура САПР реактора из ленты, отличающаяся использованием быстродействующей математической модели устройства, основанной на теории поля и теории цепей.

2. Разработана; математическая модель, позволяющая рассчитывать индуктивность реактора из ленты, тепловое состояние и механические усилия в„ его обмотках с зачетом эффекта вытеснение тока, основанная на формировании и расчете электрической'схемы замещения, в которой обмотки дробятся на расчетные секции, а матрица,индуктивностей строится путем серии расчетов магнитного поля;методом конечных элементов.

3. Разработана комбинированная динамическая модель реактора из ленты, позволяющая рассчитывать распределение теплопотерь и механических усилий с учетом вытеснения тока в переходных режимах, в том числе и аварийных.

Практическая значимость результатов;

1. Разработаны алгоритмы и программные средства для создания САПР реактора из ленты на основе популярных математических процессоров Excel и MatLab.

2. Разработана САПР реактора из ленты.

3. Рассчитаны оптимальные варианты реакторов разных типоисполнений, отличающиеся пониженным весом активных материалов.

4. . На основе- оптимизационных расчетов и численных исследований- предложен новый вариант конструкции реактора из ленты с сегментированными чередующимися обмотками.

5. Разработана технология изготовления реактора; в которой реализованы оригинальные технические решения, в частности, технология изготовления крестовин реактора и изоляторов из электротехнической смолы, конструкция креплений обмоток реактора.

6. Разработана технологическая оснастка для производства реакторов из ленты.

7. Изготовлен и испытан опытный образец реактора.

Результаты диссертации внедрены на ЗАО «Трансформер», что позволило разработать и создать опытный образец реактора со сборной конструкцией и обмоткой из ленты и синтетической арамидной изоляцией, имеющей уменьшенные габариты, массу и потери. Кроме того, методы электромагнитного расчета обмоток реакторов и трансформаторов из ленты, а также система моделирования электромагнитных процессов в обмотках из ленты внедрены в учебный процесс на кафедре электромеханики Ивановского государственного энергетического университета.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на региональной науч.- техн. конф. студентов и аспирантов «Энергия» в 2008 и 2009 г.г., на международной научно-технической конференции «Современное состояние, проблемы и перспективы энергетики и технологии в энергостроении» (Бенардосовские чтения, Иваново, ИГЭУ) в 2009 г., на научно-технической конференции студентов и аспирантов вузов России «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, МЭИ) в 2010 и 2011 г.г.

Список публикаций. По результатам работы опубликовано 1 монография, 3 статьи в издании, рекомендованном ВАК, 1 статья в техническом журнале, 3 тезисов докладов на конференциях.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы (102 наименования) и приложений, содержит 123 стр. основного текста, 67 рисунков и 6 таблиц. В приложении приведено три акта внедрения результатов диссертационной работы в производство на ЗАО «Трансформер» (г. Подольск Московской области) и учебный процесс Ивановского государственного энергетического университета.

Основные результаты работы:

1. Разработана методика оптимального проектирования, структура и компонентный состав САПР токоограничивающих реакторов из ленты, построенной на основе быстродействующей комбинированной математической модели электромагнитных процессов.

2. Разработаны математические модели реактора из ленты, предназначенные для расчета переходных процессов, индуктивности, температур и механических усилий с учетом эффекта вытеснения тока.

3. Разработана параметрически генерируемая конечно-элементная модель магнитного поля реактора с разбиением обмоток на расчетные секции.

4. Разработана методика формирования матрицы индуктивностей для математической модели реактора из ленты с использованием параметрически генерируемой конечно-элементной модели магнитного поля.

5. Разработан способ моделирования реакторов из ленты с сегментированными обмотками с произвольной геометрией сегментов и их чередованием.

6. Осуществлен поиск оптимальной конструкции реактора.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработанные в данной диссертации модели и методика оптимального проектирования токоограничивающего реактора из ленты без сердечника легли в основу версии САПР реакторов, реализованной на ЗАО «Трансформер» (г. Подольск Московской обл.). В отличие от аналогичных САПР данная система не требует наличия современных дорогостоящих систем моделирования физических полей. Для работы существующей версии требуется наличие математического пакета MatLab, который поставляет в САПР реактора функции обращения матриц с комплексными величинами, функции решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений и функции оптимизации методом Дэви-дона-Флетчера-Пауэлла. Эти функции несложно запрограммировать в виде автономного кода. Несложно также написать автономный код тех подпрограмм, которые реализованы в среде MatLab и Excel. Тогда САПР реактора становится полностью автономной, тиражируемой и доступной даже для небольших организаций, производящих электротехническое оборудование.

Проведенные испытания опытного образца, а также многократные промежуточные экспериментальные проверки на галетах обмоток сухих трансформаторов, свидетельствуют о достаточной для инженерных задач точности разработанных моделей. Учитывая универсальность разработанных моделей, они могут быть использованы не только в задачах оптимального проектирования, но и для осуществления научно-исследовательских опытно-конструкторских разработок. Это позволяет сократить затраты на создание и экспериментальное исследование опытных образцов.

Определено направление работ по совершенствованию представленных в диссертации комбинированных моделей обмоток из ленты. В качестве одного из направлений можно отметить создание комбинированных моделей для точного расчета добавочных потерь в фольговых (ленточных) обмотках силовых трансформаторов, позволяющих учесть наличие ферромагнитного сердечника с нелинейной кривой намагничивания. Кроме того ведутся работы по созданию уточненной тепловой'модели обмотки реактора и трансформаторов, построенной на основе разветвленной электрической схемы замещения тепловых процессов, позволяющей учитывать неравномерность тепловыделений. Таким образом, данная диссертация, являясь продолжением работ в области- создания-гибкой-компонентной'технологии комбинированного моделирования, разрабатываемой^ ИГЭУ, имеет продолжение, открывая новые направления в области совершенствования комбинированных моделей электротехнических устройств.

1. Аветисян, ДА. Основы автоматизированного проектирования электромеханических преобразователей: учеб. пособие для электромехан. спец. втузов / Д.А. Аветисян. - М.: Высш. шк., 1988-271с.

2. Аветисян Дж.А., Соколов B.C., Хан В.Х. Оптимальное проектирование электрических машин на ЭВМ. М.: Энергия, 1976,208 с.

3. Алямовский, A. A. Solid Works 2007/2008. Компьютерное моделирование в современной инженерной практике / А.А. Алямлвский. СПб, 2008.

4. Басов, К.A. ANSYS в примерах и задачах / К.А. Басов. М.: КомпьютерПресс, 2002. -224 с.

5. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001. - 632 с.

6. Бессонов, Л А. Теоретические основы электротехники: учебник для спуд, энергетич. и электротехнич. вузов. 6-е изд., перераб. и доп. / Л.А. Бессонов. - М.:, Высш. шк., 1973. -752 с.

7. Бородулин, Ю.Б. Автоматизированное проектирование электрических машин: учеб. пособие дня студ. вузов, обуч. по спец. "Электромеханика" / Ю.Б. Бородулин, B.C. Мос-тейкис, Г.В. Попов, В.П. Шишкин; под ред. Ю.Б. Бородулшта. М.: Высш. шк., 1989. -280 с.

8. Бородулин, Ю.Б. Математические методы в САПР электрических машин: учеб. пособие / Ю.Б. Бородулин, Г.В. Попов; Иван. гос. ун-т, Иван, энерг. инст. Иваново, 1986. - 80 с.

9. Бородулин Ю.Б., Попов Г.В. Математические методы в САПР электрических машин: Учебное пособие/ Ивановский государственный университет, Ивановский энергетический институт. Иваново: ИвГУ, 1986 - 80с.

10. Булатов Л.Н., Тихонов А.И. Разработка независимой библиотеки конечно-элементного моделирования // Энергия 2009: Тезисы докл. региональной науч.- техн. конф. студентов и аспирантов / Иван. гос. энерг. ун-т. Иваново, 2009. - Т.2 - с. 25-26.

11. Буль, О.Б. Сравнение инженерных методов расчета магнитных цепей и полей электромагнитов / О.Б. Буль // Электротехника 2007. - № 7, С.42-47.

12. Веселова И.Е. Разработка и обоснование математических моделей доя расчета электромагнитного поля в анизотропной среде. 05.13.18.28.06.2010

13. Волков Е.А. Численные методы: Учеб. пособие для вузов. 2-е изд., испр. - М.: Наук. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. -1987.-248 с.

14. Гашш Н. Б. Автоматизированное проектирование в системе KOMIIAC-3D V12. м.: ДМК-Пресс, 2010. - 388с.

15. Герасимов, Е.Б. Совместный машитотепловой конечно-элементный расчет неявнопо-люсного двигателя постоянного тока / Е.Б. Герасимов, Ю.Б. Казаков, А.И. Тихонов, ЮЛ.Щелыкалов//Электротехника.-1996.- № 10.-С.39-42.

16. Герасимов, Е.Б. Сопряженное моделирование стационарных физических полей методом конечных элементов / Е.Б. Герасимов, Ю.Б. Казаков, А.И: Тихонов // Электротехника. -1994.-№9*-С. 60 63.

17. ГОСТ 14794-79. Реакторы токоограничивающие бетонные // Государственный* комитет СССР по делам стандартов. Москва.

18. ГОСТ 8024-90. Аппараты и электротехнические устройства переменного тока на напряжение свыше 1000 В // Государственный комитет СССР по делам стандартов. Москва.

19. Дьяконов, В.П. MathCad!7.0 в математике, физике и в Internet / В.П. Дьяконов, И.В. Аб-раменкова. М.: Нолидж, 1999. - 352 с.

20. Дьяконов, В.П. MatLab 6/5 SP1 / 7 + Simulink 5/6 в математике и моделировании. Серия «Библиотека профессионала» / В.П. Дьяконов. -М.: COJIOH-Пресс, 2005. 576 с.

21. Дьяконов, В.П. MatLab 6/5 SP1 / 7 + Simulink 5/6. Основы применения. Серия «Библиотека профессионала» / В.П. Дьяконов. М.: СОЛОН-Пресс, 2005. - 800 с.

22. Дьяконов, В.П. Энциклопедия MathCad 2001i и MathCad 11. Серия «Библиотека профессионала» / В.П. Дьяконов. М.: СОЛОН-Пресс, 2004. - 832с.

23. Дэннис Дж., Шнабель Р. Численные методы безусловной оптимизации и решения нелинейных уравнений: Пер. с англ. М.: Мир, 1988. - 440 с.

24. Зенкевич, О. Конечные элементы и аппроксимация / О. Зенкевич, К. Морган; пер. с англ. Б.И. Квасова, под ред. Н.С. Бахвалова. М.: Мир, 1986. - 318 с.

25. Иванов A.B., Попов Г.В., Тихонов А.И. Использование комрьютерных технологий при проектировании токоограничивающего реактора // Вестник научно-промышленного общества. М: «Алев-В», 2011, Вып. 1, с. 29-34.

26. Иванов-Смоленский, A3. Электромагнитные силы и преобразование энергии в электрических машинах / A.B. Иванов-Смоленский. -М.: Высш. шк., 1989. 312 с.

27. Казаков, Ю.Б. Конечно-элементное моделирование физических полей в электрических машинах / Ю.Б. Казаков, ЮЛ: Щелыкалов; Иван. гос. энерг. ун-т им. В.И. Ленина. -Иваново, 2001.-100 с.

28. Казаков, Ю.Б. САПР машин постоянного тока на основе декларативных знаний-с динамически формируемым алгоритмом расчета / Ю.Б. Казаков, А.И. Тихонов // Электротехника. -1997. № 4. - С. 30 - 32.

29. Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А., Расчёт индуктивности. Л.: Энергия, 1970.-415 с.

30. Кетков, Ю.Л. MATLAB 6.x: программирование численных методов / ЮЛ. Кетков,

31. A.Ю. Кегков, М.М. Шульц. СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 672 с.

32. Климов, Д.А. Диагностирование силовых трансформаторов на основе системы имитации динамических режимов / Д.А. Климов, Г.В. Попов, А.И. Тихонов // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2007. -№1.

33. Климов, Д.А. Методы автоматизированного моделирования динамических режимов трансформаторов / Д.А. Климов, Г.В. Попов, А.И. Тихонов; Иван. гос. энерг. ун-т им.

34. B.И. Ленина. Иваново, 2006.- 100 с.

35. Копылов, И.П. Математическое моделирование электрических машин: учеб. дня вузов по спец. «Электрические машины» / И.П. Копылов. М.: Высш. нпс. -1987. - 248 с.

36. Корячко, В.П. Теоретические основы САПР: учеб. для вузов / В.П. Корячко, В.М. Ку-рейчик, И.П. Норенков.-М.: Энергоатомиздат,1987- 400с.

37. Кулон, Ж.-Л. САПР в электротехнике / Ж.-Л. Кулон, Ж.-К. Саббоннадьер; пер. с франц. -М.:, Мир, 1988.-208 с.

38. Кузьмик, П.К. Системы автоматизированного проектирования. В 9 кн. Кн. 5. Автоматизация функционального проектирования: учеб. пособие для втузов / П.К. Кузьмик, В.Б. Маничев; под ред. И.П. Норенкова. -М.: Высш. шк., 1986. -144 с.

39. Лапин, А.Н. Основы автоматизированного проектирования электромеханических устройств: учеб. пособие / А.Н.Лапин // Иван. гос. энерг. ун-т им. В.И. Ленина. Иваново, 1994.-88 с.

40. Лейтес JI. В; Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов / Л.В. Лейтес. , М., 1981.

41. Малышев, A.B. САПР реактора: дисканд. техн. наук. -М., 1985.

42. Мартынов, В.А. Современные модели и методы расчета нелинейных электромеханических устройств / В.А. Мартынов; .Иван. гос. энерг. ун-т. им. В.И. Ленина.- Иваново, 2000. -140 с.

43. Математика и САПР. В 2-х кн., кн. 2.; пер. с франц. / Лакур П. Жермен, ПЛ. Жорж, Ф. Писгр, П. Безье. М.: Мир,* 1989. - 264 с.

44. Минимизация в инженерных расчетах на ЭВМ. Библиотека программ / С.Ю. Гуснин, Г.А. Омельянов, Г.В. Резников и др. М.: Машиностроение, 1981. - 120 с.

45. Митчел, Э. Метод конечных элементов для уравнений с частными производными / Э. Митчел, Р. Уайт. -М.: Мир, 1981 -216 с.

46. Нейман, Л.Р. Теоретические основы электротехники. В 2 т. Т. 1. 3-е изд., перераб. и доп. / Л.Р. Нейман, К.С. Демирчан. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1981. - 536 с.

47. Новик, Я.А. Численный расчет магнитного поля методом конечных элементов в электрических машинах с учетом насыщения стали / Я.А. Новик // Изв. АН Латв. ССР. Сер. физ. и техн. науки 1974. - №5. - С. 96 - 103.

48. Норенков, И.П. Системы автоматизированного проектирования: учеб. пособ. для втузов: В 9 кн. / Кн. 1. Принципы построения и структура / И.П. Норенков. М.: Высш. шк., 1986.-127 с.

49. Норри, Д. Введение в метод конечных элементов / Д. Норри, Ж. де Фриз. М.: Мир, 1981.-304 с.

50. Орлов, H.H. Системы автоматизированного проектирования электромеханических устройств: учеб. пособ. для вузов / И.Н. Орлов, С.И. Маслов.—М.: Энергоатомиздат, 1989. -296 с.

51. Основы теории цепей: учебник для вузов. 4-е изд, перераб. / Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин, A.B. Нетушил, С.В. Страхов. -М.: Энергия, 1975.- 528с.

52. Петренко А.И. Основы автоматизации проектирования. К.: Техника, 1982 - 295с.: ил.

53. Половинкин, А.И. Методы инженерного творчества: учеб пособие / А.И. Половинкин. -Волгоград, 1984. 366 с.

54. Попов, Г.В. Компьютерная система имитации динамических процессов в силовых трансформаторах / Г.В. Попов, А.И. Тихонов, Д.А. Климов // Элекгро: Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. — 2004. № 2. - С. 242 - 245.

55. Системы автоматизированного1 проектирования в радиоэлектронике: Справочник / ЕЛЗ. Авдеев, А.Т. Еремин, И.П. Норенков, М.И1 Песков; под ред. И.П: Норенкова. -М:: Радио и связь. 1986.-368 с.

56. Смирнов,- О.Л: САПР: формирование и функционирование проектных модулей / О.Л. Смирнов, С.Н. Падалко. С.А. Пиявский. М.: Машиностроение, 1987.-272 с.

57. Соколов, В: П. Расчет токоохрапичившощих реакторов / В.П. Соколов. М. 1985.

58. Стериин В.Г. Карпенский А.К. Сухие токоограничивающие реакторы. М.-Л.: Энергия, 1965: - 256с.

59. Стренг; Г. Теория метода конечных элементов / F. Стренг, Дж. Фикс. М.: Мир, 1977: -350 с.

60. Тихонов, А.И. Библиотека конечно-элементного моделирования магнитного поля / А.И. Тихонов; М;: ВНТИЦ, 2006; - №50200600161.

61. Тихонов, А.И. Библиотека полевого моделирования (FieldEM): свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ: / А.И. Тихонов // Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам. -2005i -№ 2006610323.

62. Тихонов А.И., Иванов A.B. Расчет потерь и индуктивности реактора из фольги с учетом вьпеснения тока (XV Бенардосовские чтения): Тезисы докл. Мёждунар. науч.- техн. конф. / Иван. гос. энерг. ун-т. Иваново, 2009. - с.53.

63. Тихонов, А.И. Интегрированная исследовательская среда математического моделирования электромеханических устройств / А.И. Тихонов // Сб. статей науч.-техн. о-ва М.: Алеф-В; 2005. -№8v-С. 55-59.

64. Тихонов, А.И. Использование библиотеки моделирования магнитного поля при расчете реактора из алюминиевой ленты / А.И. Тихонов, A.B. Иванов "Вестник ИГЭУ", 2009, Вып. 3; с. 25-28:

65. Тихонов,А.И. Методы анализа.и синтеза электромеханических устройств на основе компонентной интеграции .моделей / А.И. Тихонов АЛ; / ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». Иваново,-2006. -100 с.

66. Тихонов А.И., Попов Г.В., Иванов A.B. Особенности транспозиции обмотки в токоогра-ничивающем реакторе из алюминиевой ленты. "Вестник ИГЭУ",* 2011, Вып. 4, с. 70-72.

67. Тихонов А.И., Попов Г.В., Иванов A.B. Система автоматизированного проектирования' токоограничивающего реактора из алюминиевой ленты. "Вестник ИГЭУ", 2010, Вып. 4, с. 55-58.

68. Тихонов, А.И. Разработка моделей и методов-анализа и синтеза решений в автоматизированном проектировании электромеханических устройств: дис. . докг. Техн. наук: 05.13.12: защищена 2007; утв. 2008 / Тихонов Андрей Ильич. Иваново, 2007. - 262с.

69. Тихонов А.И., Иванов A.B. Расчет и производство токоограничивающих реакторов из алюминиевой ленты / ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». Иваново, 2010. -116 с.

70. Тихонов, А.И. Технология численного исследования электрических машин с использованием библиотеки конечно-элементного моделирования магнитного поля / А.И. Тихонов, С.Ю. Кучеров, И.М. Лашманов, Д.В. Рубцов. "Вестник ИГЭУ", 2006, Вып. 3, с. 5-8.

71. Универсалоный метод расчета электромагнитных процессов в электрических машинах / A.B. Иванов-Смоленский и др.; под ред. А.В.Иванова-Смоленского. -М.: Энергоиздат, 1986.-216 с.

72. Уокенбах, Д. Microsoft Excel 2000. Библия пользователя.: уч. пос.: пер. с англ. / Д. Уо-кунбах. М.: Издательский дом «Вильяме», 2001. - 873 с.

73. Фильц, Р.В. Математические основы теории электромеханических преобразователей / Р.В. Фильц. Киев: Наук, думка, 1979. - 208 с.

74. Чуа, JI.0. Машинный анализ электронных схем: алгоритмы и вычислительные методы: пер. с англ. / JI.O. Чуа, Лин Пен-Мин. М.: Энергия, 1980. - 640 с.

75. Шурыгин Михаил Николаевич. Разработка методик уточненного расчета магнитных полей в трасформаторах и реакторах-. 05.09.01.02.03.1989.

76. Щелыкалов, ЮЛ. О применении численных методов, для расчета физических полей / ЮЛ. Щелыкалов // Теория и расчеты электрических машин и аппаратов: сб. / Иван. гос. ун-т, Иван, энерг. ин-т-Иваново, ИвГу, 1978. С. 38-47.

77. Щелыкалов, ЮЛ. Универсальная программа расчета полей рассеяния и параметров обмоток электрических машин на ЭЦВМ / ЮЛ. Щелыкалов // Вопросы теории надежности электрических машин и аппаратов.-Иваново, 1974.-Вып. 4.-С. 117-130.

78. Яворский, Б.М. Справочник по физике: для инженеров и< студентов вузов / Б.М. Яворский, А.А. Детлаф. 4-е изд., перераб. - М.: Наука, 1968. - 939 с.

79. ELCUT: Моделирование двумерных полей методом конечных элементов. Версия 5.4: руководство пользователя. Санкт-Петербург, Производственный кооператив ТОР, 2007.-297с.

80. Putman Т.Н. Eddy current loss in large electrical reactors. - IEEE Transactions on magnetics, 1979, vol'. 15 №6, p.1665-1670.

81. Технология математического моделирования динамических процессов в электрических цепях, содержащих множество индуктивно связанных контуров, основанная на использовании в расчетах конечно-элементной модели магнитного поля.

82. Математическая модель расчета индуктивности обмотки реактора из ленты, построенная с использованием конечно-элементной модели магнитного поля, позволяющая учитывать эффект вытеснения тока.

83. Структура и программное обеспечение САПР воздушных токоограни-чивающих реакторов из алюминиевой ленты.

84. Способы организации рабочего места проектировщика электромеханических устройств путем комбинирования современных систем компьютерного моделирования в единую САПР.

85. Анализ сферы использования реакторов в энергетике, анализ вариантов конструкции токоограничивающих реакторов.

86. Технология производства и технологическая оснастка для производства воздушных токоограничивающих реакторов из алюминиевой ленты.

87. Результаты диссертационной работы используются в студенческой научной работе, в дипломном проектировании, а также при проведении лабораторных работ для студентов, обучающихся по специальности 180100 Электромеханика.

88. Зав. каф. электромеханики, д.т.н., проф.1. Аспирант ИГЭУ1. Иванов A.B. /щерждаю1. ЗАО «Трансформер»

89. Ладницкий Е.В./ Ъе^а^/Lf 2011г.1. Уч-улу fi1. Актвнедрения результатов разработки конструкции и технологии производства токоограничивающего реактора из ленты

90. В производство ЗАО «Трансформер» внедряются результаты разработки конструкции и технологии производства реактора из ленты.

91. Внедряемая конструкция и технология производства являются результаты диссертационной работы Иванова A.B. Научная и практическая значимость результатов работы состоит в следующем:

92. На основании расчета эффекта вытеснения тока в обмотках реактора предложены теоретически обоснованные решения по выбору геометрических размеров обмоток.

93. Разработана технология производства и технологическая оснастка, позволяющая производить реакторы из алюминиевой ленты в условиях производственного парка ЗАО «Трансформер».

94. Предложены технические решения, в частности, конструкция изоляторов и опорных крестовин из эпоксидных смол, позволившие достигнуть низкой себестоимости элементов конструкции реактора.

95. Зам. ген директора но НИОКР ЗАО «Трансформер», к.т.н.1. Аспирант И1 ЗУвнедрения системы автоматизированного проектирования токоограничивающего реактора из алюминиевой ленты

96. Система автоматизированного проектирования токоограничивающего реактора из алюминиевой ленты внедрена в НИОКР ЗАО «Трансформер».

97. Внедряемая система автоматизированного проектирования токоограничивающего реактора из алюминиевой ленты содержит результаты диссертационной работы Иванова А.В. Научная и практическая значимость результатов работы состоит в следующем:

98. Разработана и обоснована структура САПР реактора из ленты, отличающаяся использованием в ней технологии компонентной интеграции математических моделей, основанных на теории поля и теории цепей.

99. Разработано математическое и программное обеспечение САПР реактора из ленты на основе популярных математических процессоров MathCad, Excel, MathLab и библиотеки конечно-элементного моделирования магнитного поля EMLib.

100. Созданная САПР была использована при проектировании реактора на номинальный ток 1600 А, индуктивное сопротивление 0,35 Ом. Реактор прошел тепловые и сертификационные испытания в НИЦ ВВА г. Москва.

101. Зам. геи директора но 1ШОКР ^

102. ЗАО «Трансформер», к.г.н. ■)//Псченкин В.И./jT'v.VV'.-'

103. Аспирант ИГЭУ ' // Иванов Л.13-. /