张紧力对树脂浇注干式变压器温升影响的温度场仿真分析

本文采用ANSYS温度场仿真软件分析5种绕制张紧力作用下变压器绕组的最高温升值和平均温升值,探讨了绕组张紧力对绕组温升的影响规律。结果表明:绕组绕制张紧力对高低压绕组温升产生影响,且对低压绕组温升影响大,对高压绕组温升影响小。铜导体处于弹性变形时,对高低压绕组温升影响小;铜导体承受的应力值超过屈服极限应力时,对高低压绕组温升影响显著增强。这一研究对变压器绕组的绕制工艺改进和绕组温升设计具有重要的工程实用价值。

新型强迫风冷散热结构在高功率密度外转子表贴式PMSM上应用分析

全电动飞机用高功率密度外转子永磁同步电机的损耗主要集中在定子铁心和绕组上,导致传统的强迫风冷方式难以将热量通过机壳、端盖传递到外界。为此,首先,该文提出一种基于热管技术的高性能冷却系统,此冷却系统充分利用热管高导热性能,将热管一端插入定子铁心轭部,另一端连接相应的冷却结构进行散热,并综合对比分析了三种不同散热器结构的散热能力。在此基础上,搭建实验测试平台,对所提出冷却系统的散热能力和平均散热系数进行实验测试。其次,为了提高电机的功率密度,采用单齿铁心绕线工艺,降低了绕组铜耗和质量,并对单齿绕线方式下直流铜耗进行解析建模。最后,设计、制作一台22极24槽全电的飞机用外转子表贴式永磁同步电机(SPMSM),测试样机在不同飞行工况下的温升分布情况,验证了所提出冷却系统的有效性。

基于正交频分复用-多进制正交幅度调制的DC-DC变换器能量信息一体化技术

电力电子变换器通过功率与数据信息的复合调制,可使其在电能变换传输的同时进行数据信息的传输,从而实现能量信息一体化。该文以交错并联DC-DC变换器为研究对象,提出基于正交频分复用-多进制正交幅度调制(OFDM-MQAM)的能量信息一体化方法,并详细介绍变换器进行OFDM-MQAM的原理和具体实现方式,使能量信息一体化传输中的通信速率得到提升。建立变换器传输电能和信息的数学模型,在模型基础上计算分析输出电压纹波与数据信息传输的关系,并以此提出带有码元组合补零环节的OFDM-MQAM,大幅优化通信所引起的电压纹波。此外,针对多路载波引起的相位延时,通过所设计的解调环节避免OFDM系统的信道间和符号间干扰。最后通过一台交错并联的5 V/10 V Boost变换器完成了技术方法的实验验证。

电磁-热-流弱耦合的变压器绕组温升研究

绕组热问题的研究涉及到电磁学、流体动力学和数值传热学等学科,当前国内外学者未考虑变压器整体油流分布对绕组温升的影响。基于电磁-热-流弱耦合分析法,通过对变压器整体油路三维有限体积分析和绕组杂散损耗有限元数值分析,确定绕组温升数值分析的边界条件,计算绕组区域的温度场,研究绕组区域的铜—油温升和油流分布,考虑分析了不均匀油流分布下绕组区域的散热情况。以提高测温点数量与减小光纤对油路影响为前提,设计进行了高压绕组光纤测温实验,对比实验值与数值分析值,所得误差均在±3.5%以内,证明了耦合方法可直接应用于电力变压器绕组冷却系统的设计与优化。

高压自耦变压器的涡流损耗计算与屏蔽措施

为应对大型电力变压器漏磁场及杂散损耗问题,采用三维非线性涡流场有限元分析方法,以1台高压自耦变压器为研究对象,引入B-H曲线来描述非线性材料的磁特性,对变压器结构件进行了漏磁场及涡流损耗计算。采用屏蔽措施之前,油箱及夹件等结构件涡流损耗及涡流损耗密度较大,容易引起局部过热问题并且影响变压器正常运行。通过进一步分析,给出了油箱磁屏蔽、夹件L型磁屏蔽和肺叶式磁屏蔽等降低杂散损耗的措施,以及多种屏蔽形式对漏磁场及结构件涡流损耗的影响。结果表明对电力变压器油箱、夹件等结构件采取合理的磁屏蔽措施能够有效地降低杂散损耗并消除热点,不同屏蔽形式对其周围结构件涡流损耗及漏磁场具有不同影响。

基于Fluent油流模型的油浸式变压器绕组温升计算

给出了计算变压器绕组区域导线和油温升分布的方法,并针对一台实际变压器给出了计算结果。

基于ANSYS软件的电力变压器磁场和结构件损耗计算

应用ANSYS有限元软件对电力变压器三维电磁场和结构件损耗进行了计算,给出了涡流及其损耗的分布。

变压器磁分路对阻抗、损耗及温升的影响

本文中笔者建立了变压器有限元计算分析模型,进行了磁场和短路阻抗计算,分析了磁分路对变压器漏磁场、短路阻抗、杂散损耗及结构件温升的影响,对变压器优化设计具有实用价值。

三相油浸变压器新型磁路设计与性能分析

针对目前国内三相油浸式变压器磁路结构不科学的问题,提出引进国外变压器器身的屏蔽结构,同时结合国内现有的屏蔽结构,研制出新型三相油浸式变压器磁路结构。基于三维有限元计算和热流密度数值分析方法,建立变压器磁—热耦合数学分析模型,计算与分析采用该新型磁路结构变压器的漏磁场,并对变压器内金属结构件磁密、损耗和温升进行计算和分析。最后,通过样机温升实验定量分析新结构对热点温升的影响。通过计算与分析可以得到,该新型磁路结构简化了器身的设计,减少了产品生产材料的种类,同时,不仅消除了局部过热的隐患,也降低了生产成本。研究表明,采用物理场数值模拟与实验研究比对相结合的方法开展变压器磁路设计具有理论意义和工程实际意义。

电力变压器绕组冷却结构散热特性的场协同分析

本文中作者针对一台50MVA/110k V电力变压器产品,设计了四种绕组冷却结构,基于有限体积法对其流场和温度场进行了计算,通过场协同理论对这四种冷却结构的散热特性进行了分析,研究了提高绕组区域散热性能的机理。

基于改进漏磁能量系数法的分裂变压器穿越阻抗计算与分析

针对目前尚无解析方法对分裂变压器穿越阻抗进行准确计算,提出一种基于改进漏磁能量系数的解析算法。首先,对复杂绕组结构构建分裂变压器磁动势方程,推算内层绕组、主空道和外层绕组区域的漏磁密度幅值大小及分布,进而确立以上3个区域的磁场能量方程,提出漏磁能量修正系数并构建其计算公式,将其引入漏磁能量计算方程,最终确立分裂变压器穿越阻抗计算公式。对型号为SGB10-800 kVA/6 kV十分裂变压器和SFSZ9-40000 kVA/110 kV双分裂变压器的短路阻抗进行计算,将解析计算结果、有限元仿真分析结果和实验值进行了对比与分析,该方法的计算误差在5%以内,克服了传统解析方法计算不准确的问题,满足工程设计要求,可缩短变压器设计周期。

超高压变压器铁芯硅钢片磁致伸缩力数值计算

超高压电力变压器本体振动噪声主要来源于铁芯磁致伸缩,为了准确计算变压器铁芯磁致伸缩效应,提出了基于磁致伸缩力–热应力比拟的数值计算方法。首先采用ANSYS有限元分析软件建立电力变压器3维瞬态电磁场数值计算分析模型,通过求解提取铁芯每个节点不同时刻的的磁密值;其次根据磁致伸缩力–热应力的比拟,加载试验测得的硅钢片磁致伸缩特性曲线,计算得到铁芯不同时刻各个节点的磁致伸缩力;然后将铁芯磁致伸缩力导入到结构场和声场计算模型中,求得铁芯本体的振动位移及其声压分布;最后对通过减小磁密来降低铁芯本体振动噪声的效果进行了分析,并对比了不同磁密下铁芯本体振动噪声的强度与分布,证明了该方法的有效性,对比结果表明铁芯磁密降低0.05 T,其声压最大值降低约1.26 d B。

电力变压器漏磁场与杂散损耗计算的研究

针对电力变压器漏磁场和杂散损耗计算以及局部过热的问题,笔者采用三维非线性涡流场有限元方法对一台电力变压器进行了漏磁场及杂散损耗的计算与分析。应用MagNet有限元分析软件计算得到变压器油箱及夹件的杂散损耗及损耗密度分布,为了克服杂散损耗以及损耗密度过大引起的局部过热问题,对变压器采取屏蔽措施,并分析屏蔽对变压器杂散损耗、损耗密度以及漏磁场的影响。分析结果表明,通过实际变压器与TEAM Problem 21基准族模型验证了本文所采用损耗计算方法的计算值与测量值的误差在2%以内,从而验证了计算分析的正确性;采取屏蔽措施后变压器油箱和夹件的杂散损耗分别降低了38%和48.9%。

轴向双分裂发电机变压器漏磁场及穿越短路阻抗计算与分析

由于轴向双分裂发电机变压器绕组结构复杂,其短路阻抗较难准确地计算。为此,以1台轴向双分裂发电机变压器为例,建立了漏磁场和等效电路模型,对其进行了3维和2维漏磁场分析。并采用漏磁链法和场路耦合方法进一步计算了不同工况下的穿越短路阻抗以及分裂支路电流分配问题,将计算结果与实验值进行对比分析。结果表明:对于短路阻抗的计算,采用场路耦合的3维有限元法比2维有限元法及漏磁链法更接近实验值,3维有限元法计算误差<2%,而漏磁链法最大误差达到了7.2%;与漏磁链法相比,3维有限元法能够更精确地计算变压器的漏磁场以及分裂支路电流分配问题。对分裂变压器短路阻抗的计算研究为分裂变压器的合理设计提供了参考依据。

换流变压器谐波损耗的计算与分析

换流变压器是高压直流输电系统的重要设备,准确计算换流变压器的谐波损耗,具有十分重要的意义。笔者在分析换流变压器结构与性能特点的基础上,利用Magnet建立时谐场简化计算模型,通过有限元方法对换流变压器绕组和金属结构件中产生的谐波损耗进行了仿真计算,得到了在高次谐波电流下谐波损耗的数值并与测量结果和IEC 61378-2—2001法所计算的结果进行了比较。结果表明:仿真的结果与IEC61378-2—2001法所计算的结果相比更接近实测值,能够满足工程设计要求。在此基础上,对加铜屏结构下的谐波损耗值与未加铜屏时的结果进行了对比和讨论。

变压器磁热耦合计算与局部过热屏蔽措施

针对大型电力变压器涡流损耗及局部过热问题,采用三维有限元涡流场计算得出变压器油箱及夹件的涡流损耗及其分布,进一步采用磁热耦合方法计算出油箱和夹件温度场分布以及热点温度.在此基础上,分析局部过热问题,找出最热点并采取相应磁屏蔽来降低油箱和夹件涡流损耗及热温升,分析了磁屏蔽结构尺寸对油箱及夹件涡流损耗和最热点温度的影响.采取磁屏蔽措施后,油箱和夹件涡流损耗及热点温度明显降低,有效防止了局部过热现象,为电力变压器的优化设计提供了参考依据.

短路条件下变压器器身轴向振动的分析

基于电力变压器绕组轴向振动的质量弹簧系统数学模型并考虑变压器绕组的轴向振动的非线性特点,简化计算模型。本文针对一台型号为DFP1-240MVA/500kV的电力变压器,建立了由铁心、绕组、垫块、夹件和拉板组成的电力变压器器身振动的仿真模型,分别计算了变压器绕组和器身在不同轴向预紧力作用下的固有频率和振动型态,得出了轴向预紧力的变化与其轴向振动固有频率变化之间的关系。同时对短路条件下绕组轴向动态短路力所产生的器身轴向振动进行了分析。分析结果表明:短路时存在以50Hz和100Hz为基频的短路力,如果变压器的固有频率接近这两种频率及其倍频,会发生谐振,使振动位移变大,降低变压器结构的稳定性。

反电动势和凸极率对高效永磁同步磁阻电机稳态特性影响分析

参数E0/U和凸极率ρ对于永磁同步磁阻电机的设计和能效提高至关重要。首先,该文推导得出不同E0/U状态下功率因数与凸极率的对应关系。其次,计算出在ρ-E0/U坐标面上电流、铜耗、铁耗的分布规律,得到损耗最小区域;并提出了永磁同步磁阻结构在高能效电机应用上的“掌心”设计原则。最后,设计并制造一台5.5kW样机,电机能效达到IE5,永磁体用量比传统结构永磁同步电机减少30%,验证了设计原则的正确性。

基于混合磁场解析法的磁极偏心型表贴式永磁同步电机空载特性分析

为了准确、快速优化表贴式永磁同步电机磁极形状,降低气隙磁通密度波形畸变率,该文针对磁极偏心结构表贴式永磁同步电机,提出一种非线性混合磁场解析方法。首先基于子域分析方法建立磁极偏心型表贴式永磁电机磁场解析模型,同时建立考虑定、转子铁心磁导率非线性变化的等效磁网络模型。根据铁磁材料的B-H曲线计算出任意时刻定、转子铁心相对磁导率的分布情况,通过迭代计算得到修正系数,用于考虑定、转子铁心磁阻对电机空载特性的影响,并基于该混合磁场解析模型对气隙磁通密度、反电动势进行计算分析。在此基础上对磁极尺寸参数进行优化设计,得到最优磁极结构参数。最后设计、制作一台8极36槽磁极偏心型表贴式永磁同步电机,通过有限元仿真和实验测试对该文所提出混合磁场解析法的准确性进行了验证。

超高压双器身结构的变压器设计与电磁分析

由于超高压变压器采用独立调压结构(分为主体变压器和调压变压器),此结构变压器占地面积大,安装、调试和维修工作复杂。因此,提出一种新型器身结构,为双器身共箱式结构,即主体变压器和调压变压器设计在同一油箱内,可使占地面积大大减小,并降低了安装、调试和维修工作的难度。首先利用三维有限元分析方法,结合超高压双器身变压器的磁路特点,建立"磁场-电路"耦合数学模型,计算分析该产品漏磁场,并对金属结构件磁密、损耗进行计算和分析。同时,采用能量法对产品短路阻抗进行求解,最后通过实验值定量地分析此结构对短路阻抗的影响。结果表明:采用调压变压器新结构后,油箱磁密幅值降低了0.01 T;夹件磁密幅值降低了4.16%;夹件损耗降低了8.1%,短路阻抗略有增加,增加的最大幅值为2.56%,并通过与实验数据的对比得到计算误差<2%,验证了计算的有效性。通过计算与分析表明,新结构与原结构的产品特性变化不大,新结构符合生产技术要求。