Моделирование электромагнитных процессов в преобразователе частоты на базе трансформатора с вращающимся полем в программной среде ANSYS

Выяснено, что питание бортовых потребителей и систем автоматики воздушных судов гражданской авиации осуществляется от сети переменного тока частотой 400 Гц, в том числе при предполетной подготовке в аэропорту. Традиционно для питания таких сетей использовали электромашинные преобразователи. В настоящее время идет процесс вытеснения электромашинных преобразователей и замены их статическими, что позволяет повысить технические характеристики. Недостатком применяемых статических преобразователей является сложная элементная база, следовательно, низкая надежность и сложность при ремонте. Использование статических преобразователей с ШИМ-модуляцией позволяет снизить массу и габариты преобразователей, но имеет проблемы с электромагнитной совместимостью электроэнергетической системы. Введенные странами Евросоюза и США санкции поставили на повестку дня замещение импортных комплектующих и компонентов, в том числе поиск новых путей развития отечественной техники. Таким образом, решаемая задача - упрощение конструкции, отказа от сложной электроники при одновременном сохранении качества напряжения. Существуют различные конструкции специальных трансформаторов для преобразования параметров электрической энергии, к которым относятся ферромагнитные умножители частоты, принцип действия которых основан на выделении нужной гармоники с помощью различного рода комбинаций соединения вторичных обмоток и резонансных контуров. Известные из различных источников конструкции ферромагнитных умножителей частоты используют наличие в магнитном потоке трансформаторов с пульсирующим полем высших гармоник, что ведет к их низкой энергетической эффективности. Среди трансформаторов с пространственной конструкцией, также используемых для различных вариаций умножителей частоты, выделяются конструкции на базе трансформатора с вращающимся полем, характеризующегося дополнительной степенью свободы. Использование пространственного перемещения магнитного потока в нем отличается от классических трансформаторов с пульсирующим полем. Подобное изменение (вращение) потока магнитного поля определяет его зависимость от параметров магнитопровода (числа зубцов) и типа первичной трехфазной обмотки, причем нелинейности распределения могут быть довольно велики. Использование вращающегося поля позволяет также управлять (концентрировать) магнитным потоком по зубцам магнитопровода, при этом в качестве вторичной обмотки выступает группа зубцовых катушек.Это позволяет реализовать умножение частоты путем образования непрерывной последовательности полуволн выходного напряжения повышенной частоты, получаемой из отдельных полуволн катушек. Сделанные выводы подтверждаются как экспериментом, так и результатами компьютерного моделирования.