Analiza stanów pracy i synteza transformatora impulsowego w ujęciu polowym

Opis

Przedstawiono problematykę dotyczą analizy stanów pracy i syntezy transformatora impulsowego. Omówiono budowę transformatorów wysokiej częstotliwości. Zaprezentowano model polowy i obwodowy transformatora impulsowego. Na podstawie modeli opracowano algorytmy i programy obliczeniowe.

Do analizy stanów pracy transformatora impulsowego zaproponowano model polowy uwzględniający wpływ histerezy magnetycznej oraz temperatury na przebieg nieustalonych zjawisk elektromagnetycznych. W modelu równania opisujące nieustalone pole magnetyczne i temperaturowe rozwiązuje się łącznie z równaniami obwodów elektrycznych. Rozpatrywano wymuszenia napięciowe. Do formowania równań pola w układzie zdyskretyzowanym wykorzystano metodę elementów skończonych powiązaną z metodą „kolejnych kroków czasowych”. Równania kompleksowego dyskretnego modelu zjawisk sprzężonych w transformatorze impulsowym rozwiązywano metodą relaksacji blokowej w połączeniu z metodą Newtona-Raphsona.

W opracowanym, efektywnym algorytmie rozwiązywania równań modelu kompleksowego uwzględniono prądy wirowe, histerezowe właściwości materiałów magnetycznych, nieliniowość materiałów elektrycznie czynnych oraz straty dielektryczne i histerezowe. Do odwzorowania histerezy zastosowano model Jilesa-Athertona. Na podstawie przedstawionego algorytmu opracowano oprogramowanie do symulacji stanów pracy transformatora impulsowego. Wybrane rezultaty obliczeń symulacyjnych porównano z wynikami badań eksperymentalnych transformatorów modelowych.

Przedstawiono algorytm obliczeń optymalizacyjnych obwodu elektromagnetycznego transformatora impulsowego. Zadanie optymalizacji z nieliniową funkcją celu oraz nieliniowymi ograniczeniami rozwiązano za pomocą algorytmu genetycznego. Wykonano obliczenia projektowe, w których w celu skrócenia czasu obliczeń wykorzystano model obwodowy. Przedstawiono wybrane wyniki optymalizacji obwodu elektromagnetycznego transformatora impulsowego. Wykorzystano je do dalszej optymalizacji struktury uzwojeń za pomocą opracowanego oprogramowania do kompleksowej, polowej analizy pracy transformatora impulsowego.