自适应步长顺序耦合法及其在瞬态场耦合问题分析中的应用

采用顺序耦合分析方法求解瞬态场耦合问题,在各迭代步累积的非平衡载荷残差会危及数值积分收敛性,选取极小迭代步长能够保证求解的精度及稳定性,但求解效率低。通过提取迭代节点耦合状态变量数值解,构造基于拉格朗日基函数的一阶变步长三点数值微分公式,建立步长自适应调整策略,在求解该类问题时根据耦合状态变量数值曲线波动性动态调整迭代步长。对于包含多个耦合状态变量的复杂瞬态场耦合问题,通过在迭代节点比对各变量独立步长与系统步长取值,建立多状态变量问题数据交互及步长自适应调整机制。构建异构计算机辅助工程系统联合仿真平台,对低压塑壳断路器短路分断中的运动场与电磁场耦合问题进行分析,结果表明该方法能有效求解此类问题,且求解效率较传统固定步长方法有明显提高。

基于瞬态场路耦合模型的变压器直流偏磁计算

利用变压器瞬态场路耦合模型,计算单相变压器的直流偏磁问题。对比在一次侧和二次侧注入直流时变压器的直流偏磁情况,结果说明两种注入方式下交流电流的波形基本相同。分析变压器直流偏磁时交流磁场和电路等效参数的变化,变压器直流偏磁时励磁电流波形畸变,其峰值与各次谐波含量均随直流电流增大而增加;动态电感取决于励磁的饱和程度,其波形在交流励磁的正负半周并不对称,两种运行方式下场路耦合参数受直流影响的变化规律相同。负载运行直流偏磁时动态漏电感波形畸变,外侧一次绕组的漏磁通增大。当直流电流超过一定值时,变压器发生偏磁时的励磁电流峰值与直流电流近似呈线性关系。最后,通过实验验证了瞬态场路耦合方法的准确性和可行性,为变压器直流偏磁计算提供新方法。

基于棱边有限元的变压器场路耦合瞬态模型

提出了一种新的基于棱边有限元法的变压器场路耦合瞬态模型。为讨论节点有限元法与棱边有限元法的计算区别,根据实际变压器参数建立模型,利用Ansys二维轴对称单元、三维节点单元和棱边单元,研究铁心磁场分布和磁通连续性,并得出结论,节点有限元法在变压器电磁场计算中存在较大的误差,棱边有限元法可以显著提高计算精度。基于棱边有限元法建立场路耦合瞬态模型,在电路模型中利用动态电感参数,建立瞬态电路偏微分方程数学模型,用四阶龙格库塔法求解;根据能量扰动原理,在磁场计算中根据能量增量计算动态电感;代入瞬态电路方程,实现场路耦合。分析线圈电流、电感参数和铁心漏磁情况,并说明瞬态耦合模型的有效性与合理性。

变压器直流偏磁瞬态场路耦合计算的稳定性分析

变压器瞬态场路耦合计算存在稳定性、计算效率及精确度的问题。利用瞬态场路耦合方法,结合能量扰动原理计算磁场变化对应的动态电感。根据四阶龙格库塔法求解的高阶收敛性,推导绝对稳定域以判断计算是否收敛,分析时间步长与状态矩阵特征值的关系,定义电感变化函数评价磁场计算精确度。对单相变压器建模和仿真,计算正常运行和直流偏磁时的瞬态磁场和等效电路参数,研究耦合参数在不同励磁饱和程度时的变化规律,结果说明利用动态电感参数可以反映时变的励磁饱和情况。与传统欧拉法和改进欧拉法对比,四阶龙格库塔法具有更高的稳定性和精确性,同时验证了绝对稳定域的正确性。以稳定性为前提,合理选取磁场求解频率可以有效提高计算效率和精确度。通过实验验证了瞬态场路耦合计算的可行性和稳定性分析的可靠性,为实际变压器瞬态场路计算提供新的思路。

基于有限元法的三相五柱变压器直流偏磁研究

直流偏磁现象是指有直流电流流过中性点到变压器的绕组中。这一现象将对变压器的正常运行产生不利影响——导致变压器局部过热、铁芯漏磁增大以及绝缘老化。提出了一种在直流偏磁情况下研究三相五柱变压器空载的二维瞬态场路耦合有限元分析方法,分析了在不同直流偏磁的情况下,变压器铁芯磁力线分布情况和励磁电流情况。分析结果表明,随直流电流的增加,变压器铁芯饱和度和漏磁增大,磁感应强度增加,励磁电流谐波畸变变小,三相五柱变压器的抗直流偏磁能力变强。