Трансформатор малой мощности, спроектированного на минимум массы и минимум стоимости

Содержание

Введение

Глава 1. Теоретические и нормативные основы проектирования трансформаторов малой мощности в России

1.1. Классификация и область применения ТММ в современных электрических сетях и системах автоматики

1.2. Анализ нормативно-технической базы: требования ПУЭ и ГОСТ к маломощному электрооборудованию

1.3. Обзор применяемых электротехнических материалов и их влияние на эксплуатационные характеристики

Глава 2. Методология оптимизации и расчет конструктивных параметров трансформатора

2.1. Разработка алгоритма электромагнитного расчета трансформатора с использованием критериев оптимизации

2.2. Сопоставительный расчет вариантов исполнения трансформатора на минимум массы и минимум стоимости

2.3. Оценка энергетической эффективности и анализ теплового состояния спроектированной машины

Заключение

Список использованной литературы

КУРСОВАЯ РАБОТА

Трансформатор малой мощности, спроектированный на минимум массы и минимум стоимости

ВВЕДЕНИЕ

Трансформаторы малой мощности (ТММ) занимают важное место в современной электроэнергетике Российской Федерации, обеспечивая преобразование напряжения в системах автоматики, телемеханики, устройствах релейной защиты и вторичных цепях подстанций. Актуальность темы курсовой работы обусловлена необходимостью снижения материалоемкости и себестоимости электрооборудования в условиях импортозамещения и модернизации объектов электросетевого комплекса России. Согласно Стратегии развития электросетевого комплекса РФ на период до 2030 года, приоритетным направлением является оптимизация конструкции электротехнических устройств с целью повышения их экономической эффективности при сохранении надежности и энергоэффективности.

Степень разработанности проблемы в отечественной научно-технической литературе характеризуется наличием фундаментальных трудов по проектированию трансформаторов, выполненных научными школами НИУ «МЭИ», ФГУП «ВНИИЭ», АО «Электрозавод». Вопросы оптимизации массогабаритных и стоимостных параметров ТММ рассматривались в работах российских исследователей, однако методология многокритериальной оптимизации требует актуализации с учетом современной номенклатуры электротехнических материалов и требований нормативно-технической документации.

Целью курсовой работы является разработка конструктивных решений трансформатора малой мощности на основе многокритериальной оптимизации по параметрам минимизации массы и стоимости с обеспечением соответствия требованиям ГОСТ и ПУЭ.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• проанализировать классификацию, область применения и нормативно-техническую базу проектирования ТММ в России;
• систематизировать характеристики электротехнических материалов, применяемых при изготовлении ТММ;
• разработать алгоритм электромагнитного расчета трансформатора с использованием критериев оптимизации;
• выполнить сопоставительный расчет конструктивных вариантов трансформатора на минимум массы и минимум стоимости;
• провести оценку энергетической эффективности и теплового состояния спроектированного оборудования.

Объектом исследования является трансформатор малой мощности однофазный. Предметом исследования выступают электромагнитные, тепловые и экономические параметры конструкции ТММ.

Методологическая база исследования включает теоретические основы электромеханического преобразования энергии, методы электромагнитного и теплового расчета трансформаторов, аппарат математической оптимизации, нормативно-техническую базу (ПУЭ 7-е издание, ГОСТ IEC 60076-1-2017, ГОСТ Р 52776-2007).

Научная новизна работы заключается в комплексном применении критериев оптимизации массы и стоимости при проектировании ТММ с учетом современных электротехнических материалов отечественного производства.

Теоретическая значимость состоит в систематизации методов многокритериальной оптимизации конструкции трансформаторов. Практическая значимость определяется возможностью использования результатов расчета при проектировании серийных образцов ТММ на предприятиях электротехнической промышленности РФ.

Структура курсовой работы включает введение, две главы основной части, заключение и список использованной литературы. В первой главе рассматриваются теоретические и нормативные основы проектирования ТММ. Во второй главе представлена методология оптимизации и результаты расчета конструктивных параметров трансформатора.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И НОРМАТИВНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ МАЛОЙ МОЩНОСТИ В РОССИИ

1.1. Классификация и область применения ТММ в современных электрических сетях и системах автоматики

Трансформаторы малой мощности представляют собой класс электромагнитных статических преобразователей электрической энергии с номинальной полной мощностью от единиц вольт-ампер до 1 кВА, предназначенных для гальванической развязки цепей и изменения уровня напряжения в устройствах автоматики, телемеханики, релейной защиты и вторичных цепях электроустановок. История развития ТММ в отечественной энергетике тесно связана с формированием Единой энергетической системы СССР и последующей модернизацией электросетевого комплекса России. Начиная с 1960-х годов в СССР было организовано серийное производство унифицированных серий маломощных трансформаторов на специализированных заводах Минэлектротехпрома. Современный этап развития ТММ характеризуется переходом на импортозамещающие конструкции и применением прогрессивных электротехнических материалов отечественного производства [1, c. 45].

Классификация трансформаторов малой мощности в российской практике осуществляется по ряду признаков. По функциональному назначению выделяют:

• силовые ТММ общего применения для питания цепей управления и сигнализации;
• измерительные трансформаторы напряжения для подключения приборов учета и защиты;
• согласующие трансформаторы для устройств связи и автоматики;
• разделительные трансформаторы для обеспечения электробезопасности согласно требованиям ПУЭ.

По конструктивному исполнению ТММ подразделяются на однофазные и трехфазные, броневые и стержневые, с естественным воздушным охлаждением и герметизированные в компаундной заливке. По виду электротехнической стали магнитопровода различают трансформаторы на холоднокатаной анизотропной стали марок 3411, 3412, 3413 по ГОСТ 21427.2-83 и на аморфных магнитомягких сплавах [3, c. 112].

Область применения ТММ в современных электрических сетях и системах автоматики весьма обширна. В составе подстанций напряжением 35-750 кВ ПАО «Россети» и ПАО «ФСК ЕЭС» трансформаторы малой мощности используются для питания оперативных цепей постоянного и переменного тока, обеспечивающих работу устройств релейной защиты и автоматики, систем телемеханики и связи. Согласно стандарту организации АО «СО ЕЭС» СТО 59012820.29.240.20.001-2012, ТММ входят в состав комплектных распределительных устройств и панелей управления на электростанциях

…