Proyecto de diseño óptimo de pequeños transformadores para mando y maniobra

Abstract

El objetivo del presente proyecto es diseñar, realizar, y poner en funcionamiento un conjunto de programas. Estos programas han de proporcionar el diseño óptimo, respecto a una determinada característica especificada por el usuario, de pequeños transformadores para mando y maniobra, ajustándose a unas determinadas condiciones. Estas condiciones son: Los transformadores han de ser monofásico, de tipo acorado. Deben tener dos arrollamientos primarios, uno de ellos con toma intermedia , y dos secundarios. La conexión de los distintos arrollamientos depende de las tensiones a utilizar. Los materiales que se empleen en el diseño deben ser del mismo fabricante, de iguales sexies y mismas características que los que se utilizan en la fabricación actual de los transformadores. La serie de transformadores va desde una potencia de 100 V.A. hasta. . 800 V.A • Debe cumplir las normas VDE-0550 referentes a temperaturas alcanzadas por el transformador. En general, hay muchos transformadores que cumplen estas condi cienes, es decir, que son factibles. El problema que se intenta resolver es el seleccionar aquel diseño factible: que está más cerca del óptimo, ya sea mínimo peso, mínimo coste de materiales o máxima eficiencia. El modelo matemático, por tanto deberá contar con una función objetivo en la que se evalúen las características · del transformador de acuerdo con un criterio de importancia de las dis tintas condiciones a cumplir. Para realizar los objetivos del proyecto ha sido preciso el abandonar por completo el método tradicional de cálculo de trans formadores, que . consiste esencialmente en tomar como punto de Partida unos parámetro básicos del transformador, obtenidos por analogía con otros semejantes ya construidos, y a partir de ellos ir fijando paso a paso o por sucesivos tanteos las características constructivas. Según este procedimiento, se obtiene la cara~ teristica a opt imizar una vez consultado éste, y solo puede dismi nuirse con retoques sobre el transformador calculado sin tener la certeza de haber obtenido el óptimo para las especificaciones dadas. El procedimiento adoptado en el proyecto que nos ocupa ha sido el inverso: las variables incógnitas son precisamente los parámetros básicos del transformador, a partir de los cuáles se realiza el diseño y se evalúa la bondad de este diseño mediante una función objetivo. Para realizar el diseño del transformador es necesario un buen modelo matemático y una adecuada elección de la función objetivo, así como alguna estrategia que permite mejorar sistemáticamente: el diseño hacia el óptimo. Para llevar a cabo este tipo de diseño con una seguridad y tiempo razonables es necesario un ordenador adecuado. El diseño consta de tres grandes bloques : 1.- Modelo matemático de dis eño eléctrico. 2.- Modelo térmico. 3.- Técnica de optimización. -·.3: - Cada uno de estos tres bloques se ha desarrollado en un anejo. El lograr un modelo matemático para estos transformadores ha llevado la gran parte del trabajo del presente proyecto, dejando algunas mejoras y estudios para posteriores trabajos. Todo el proceso ha sido programado en lenguaje FORTRAN 77 y puesto a punto en un sistema Eclipse MV/8000 con un ordenador de:: la casa Data General. Se adjuntan los listados, salidas, diagramas de flujo e instrucciones de funcionamiento de todos los programas. El conjunto de programas se ha aplicado a varios casos, obteniendo, para un transformador de 250 V.A., el tranformador de menor coste de materiales y el de menor precio, así como un estudio comparativo de este diseño con uno real que utiliza el procedimiento clásico.