深海环形变压器的热路模型研究

深海环境为散热提供了有利条件,因此水下机器人装配的环形变压器可以具备更高的功率密度和损耗.为研究环形变压器在水下环境的温升情况,结合热路理论及其散热结构,建立相应的稳态热路模型.以14.3 kVA的单相中频环形变压器为研究对象,将热路模型计算所得结果与Fluent有限元软件仿真和温升试验结果进行比较.结果 表明:热路模型计算结果与二者之间的误差在6％以内,同时与有限元仿真相比,使用热路模型计算的分析过程更为简单.所提出的热路模型适用于深海环形变压器的温升分析.     

基于响应面法的多绕组中频变压器绝缘结构优化设计

中频变压器功率密度高、体积小、绕组结构复杂、局部电应力强，变压器设计必须充分考虑电热应力裕量以保证可靠性。本文采用增加静电环和角环的方法对初级绕组端部区域的电场强度进行抑制；采用静电场有限元分析方法计算多绕组变压器的电场强度分布；结合灵敏度分析方法研究静电环和角环各个尺寸参数对电场强度的影响程度，确定最大电场强度的决定性影响因素；利用响应面法构建与电场强度相关的响应面函数，对变压器绝缘结构进行优化。结果表明：以一台50 kW、10 kHz多绕组中频变压器为例，通过上述响应面函数得到静电环和角环的最优尺寸，可以使短时工频耐压试验下的最大电场强度降低15.4%，额定运行工况下的最大电场强度降低17.5%，证明响应面法可应用于多绕组变压器绝缘结构的设计。     

基于改进的连续局部枚举采样和径向基函数响应面法的变压器静电环结构优化设计

变压器的安全稳定运行与其内部绝缘结构密切相关，为了提高变压器的绝缘性能，该文以提高最小绝缘裕度为优化目标，通过径向基函数响应面模型优化变压器主绝缘结构。为提高响应面模型预测优化的准确性，选用采样更均匀改进的连续局部枚举（ELSE）方法进行试验设计，优化后的变压器最小绝缘裕度比优化前提高了12.56%。将优化结果分别从采样、模型和优化方法三个角度进行对比，与拉丁超立方采样（LHS）采样下的径向基函数响应面模型对比，ESLE方法的引入使得优化精度提高到218倍；与ESLE采样下的二次多项式响应面模型对比，径向基函数响应面模型的引入降低了模型预测误差，并使优化精度提高到78倍；与遗传算法对比，在相同的优化精度下，优化效率是遗传算法的10倍。上述结果表明，该优化模型具有很高的预测精度和优化能力，同时相比于遗传算法优化，在保证优化质量的同时，显著地提高了优化效率。该文所提出的方法为变压器主绝缘结构优化问题提供了较好的解决方案。     

全环氧固封高频变压器散热优化设计研究

全环氧固封高频变压器采用环氧树脂固体绝缘材料实现设备整体绝缘,可大幅降低设备体积。考虑到环氧树脂导热性能较差,高频变压器内部热量难以散出,提出在高频变压器铁芯与低压绕组之间加散热水管的散热方法,有效降低其运行温度。以10kV全环氧固封高频变压器为研究对象,分析计算了铁芯损耗和绕组损耗,搭建了损耗试验平台,将计算结果与试验结果进行对比,验证了损耗计算的准确性。以高频变压器损耗作为热源,建立了温度场仿真模型,分析了水流量、水管材质和环氧树脂导热系数等因素对水冷散热效果的影响规律,指导高频变压器的散热设计。10kHz/200kVA样机温升试验结果与仿真结果误差为2.7%,验证了仿真模型的准确性和散热方式的有效性,支撑了全环氧固封高频变压器的工程化应用。     

变压器绕组的风冷散热热路模型与FBG测温

为了尽早发现油浸式电力变压器长期运行时可能存在的异常温升,需对其绕组温度进行监测与判断。通过对变压器风冷散热过程热生成与热传导的分析,结合热电类比法建立变压器绕组温度的风冷散热热路模型,对变压器绕组温度随变压器运行状态变化过程进行分析。为验证模型分析结果,针对变压器高电压、强电磁场等特点,利用光纤Bragg光栅(FBG)传感技术的高绝缘与抗电磁干扰等特性,对变压器绕组温度进行了监测。结果表明:不考虑变压器风冷散热作用时,模型分析结果与实测结果偏差最大值约为14.4℃;而考虑了风冷散热过程的模型计算结果与实测数据偏差在2℃以内。可见,该变压器风冷散热热路模型可实现变压器风冷散热效果的模拟,可对风冷自然油循环油浸式电力变压器绕组温度进行分析。     

干式变压器节省原材料的方法

在干式变压器的各项性能参数指标均符合国家相关标准规定的前提下,对变压器进行结构上的优化设计,缩小铁心和绕组导线的截面积和变压器整体尺寸,运用世界上最先进的绝缘耐热等级达到C级的绝缘材料——NOMEX作为绕组绝缘材料。以保证绕组在高温下仍然能正常使用。经过生产样机并试验后,各项性能参数均符合国家相关标准,铜和硅钢片的使用量明显下降,每台变压器共降低材料成本近18000元。通过此次结构设计．这一设计思路也可以应用于其他干式变压器的结构优化设计中。     

混合绝缘液浸电力变压器的热-流耦合场分析及绝缘和散热器结构的改进

由于传统的变压器温升计算公式不再适用于混合绝缘结构的液浸式新型电力变压器设计,为此笔者采用传热学和流体动力学原理建立了变压器热流耦合场的有限元模型,模型中考虑了变压器油热力学参数的非线性和绕组结构中垫快、纸筒对散热的影响,并根据不同的绕组形式进行单元离散。通过对混合绝缘结构的液浸式变压器热-流耦合问题的求解,得到了变压器内部各点的温度和流场分布状况,高低压绕组平均温升与试验结果吻合。结合计算和试验结果对变压器的绝缘材料进行了改进,充分发挥了材料的耐温特性和经济性。最后,提出了通过升高散热器进出口的高度差来达到降低变压器热点温升的有效方法。     

一种中压绝缘大功率中频变压器的优化设计方法

应用于光伏并网系统的中压绝缘大功率中频变压器（MFT）不仅要求其高低压侧绕组之间需要满足较大的绝缘间距，而且其内部也需要浇注隔热的绝缘材料。然而，这会导致MFT出现电磁干扰现象严重、散热困难等问题。针对这些问题，该文提出一种全面考虑铁心尺寸、绕组线径和绕组排布结构的MFT优化设计方法。该方法通过面积乘积（AP）法确定铁心体积，再通过自由变量扫描对MFT进行损耗最小化设计。基于有限元仿真软件，验证了该优化设计方法可使变压器漏电感减小及周围的电磁干扰区域缩小。最后，通过该优化设计方法设计一台200kW/30kHz的MFT，并制作了样机。通过理论和实验的对比，验证了优化设计方法的有效性和准确性。     

SF6气体中绝缘材料高频沿面放电特性的实验研究

为解决干式高频变压器存在的绝缘劣化和散热性能较差的缺陷,拟采用SF6气体作为高频变压器的绝缘材料与冷却媒介,而沿面放电通常是导致变压器绕组匝间绝缘失效的主要原因之一.通过搭建气-固沿面放电实验平台,选取聚酯薄膜及聚酰亚胺薄膜作为研究对象,研究高频方波下SF6气体中绝缘薄膜的沿面放电特性,分析电压频率以及气体压强对闪络电...     

大功率变流器热设计的多目标优化研究

通过对现有大功率变流器热设计的散热需求、系统成本、散热效率、系统寿命优化等设计方案的多目标综合优化进行研究,提出一种实现多目标优化的大功率变流器热设计方案。从热源功耗计算、散热方案设计、热仿真分析、试验验证等几个方面对方案进行详细介绍,最后通过试验验证了设计方案的准确性。     

多绕组中频变压器宽频建模方法

多绕组中频变压器是张北柔性变电站DC/DC变换环节的核心设备。由于缺乏适用于大容量DC/DC变换器的多绕组中频变压器仿真模型,难以对变换器在中高频率下的运行特性进行准确分析。该文建立了多绕组中频变压器的宽频模型,并提出了寄生电容参数的实验提取方法。基于端口阻抗特性测量,即可完成寄生电容参数的有效提取。利用张北柔性变电站示范工程中用的4绕组中频变压器样机验证了所建宽频模型与参数提取方法的有效性。在此基础上,通过仿真与实验研究了多绕组中频变压器传输额定功率时的电压、电流传输特性,结果表明在高频下必须考虑变压器寄生电容的影响。     

大容量气体绝缘开关设备散热技术研究

为解决大容量开关设备温升问题,进行温升与散热技术研究具有重要意义。分析了开关设备的发热原因,并对内部导体进行了载流量计算,分别从热传导、热对流、热辐射三方面对开关设备进行散热设计,并给出多种散热方案,通过FLOEFD热分析计算软件计算出每种散热方案的散热效果,结合经济性、工艺性进行择优选择。将选出的散热方案应用于开关设备,顺利通过了温升试验,为开关设备结构优化和散热设计提供了理论支撑。     

500kV变压器段间雷电冲击试验模型的实现与电场的数值分析

应用二维四节点有限元电场数值分析的方法，通过对500kV电力变压器段间绝缘雷电冲击试验模型的关心区域内的电场与电场分布的比较，提出一种500kV变压器段间绝缘雷电冲击试验模型的简化方案，经对绝缘试验模型的电场数值分析，得出由段间固体绝缘材料与变压器油形成的油楔中会出现段间最大电场强度的结论。     

外置式散热模块对配电变压器热点温升的影响

对于电网季节性过载引起的配电变压器温升过高情况,文中提出在油浸式配电变压器的散热片上安装外置式散热模块强化变压器散热能力,以降低热点温升。为验证该方法的可行性,以一台S13-M-200/10型配电变压器为研究对象建立三维模型,在变压器模型的散热片上建立外置式散热模块。改变散热模块建立的位置与数量从而形成4个不同计算模型。通过有限体积法计算4个模型在不同负载状态下的热点温升。对部分仿真结果使用短路法温升试验验证,仿真与计算误差小于3 K。试验与仿真结果表明合理的安装外置式散热模块可以使油浸式配电变压器的热点温升降低10 K左右,为配电变压器的温升降低提供一种新的思路。     

直流充电机散热性能数值分析及优化

散热与充电机的防护、维护和成本等有直接的相关性,散热设计已发展成为充电机等电子产品工作可靠和稳定的重要手段之一,采用热仿真技术可以快速高效地开展产品设计和优化。对直流充电机散热进行研究,介绍了诸如基于最小热损耗的散热设计方法,建立仿真模型并与实验校验,借助热仿真开展分析、优化和散热装置设计等内容。通过对直流充电机的分析和优化,获得了更简单的散热设计方案和更合理的温度分布,基于试验的热仿真验证,为开发新型充电机积累了理论和实践经验。     

基于电-磁-结构多信息耦合的变压器振动特性仿真与试验

为了探究变压器振动特性，以一台10kV变压器为研究模型，进行仿真分析与试验测试。首先搭建铁心多信息空载振动仿真模型，得到了空载低压侧400V与高压侧10kV的电压波形图与磁场分布，铁心的磁感应强度幅值为1.79T，铁心振动加速度的幅值为0.005m/s²，然后搭建绕组多信息负载振动模型，得到短路电流波形图，漏磁密度为0.31T，绕组侧面振动加速度的幅值为0.0795m/s²，中间绕组正面振动加速度幅值为0.0387m/s²。最后对该变压器进行了空载与额定负载试验，通过与对应的仿真结果比较，表明仿真结果与试验数据基本吻合。     

500kV变压器段间雷电冲击试验模型的实现与电场的数值分析

应用二维四节点有限元电场数值分析的方法，通过对５００ｋＶ电力变压器段间绝缘雷电冲击试验模型的关心区域内的电场与电场分布的比较，提出一种５００ｋＶ变压器段间绝缘雷电冲击试验模型的简化方案，经对绝缘试验模型的电场数值分析，得出由段间固体绝缘材料与变压器油形成的油楔中会出现段间最大电场强度的结论。     

计及风量损耗的油浸风冷外置冷却系统散热效率优化方法

为助力变压器冷却系统能效提升，“轻量化、小型化”已成为发展趋势。精确配置风扇直径既能确保高效散热，又能避免造价高、质量重及风损大等问题，与“轻”“小”理念相契合。以往常采用计算流体动力学对冷却系统进行试探性建模与改进，以找出冷却效果显著的配置结构，耗时长且优化目标单一。该文针对油浸风冷（ONAF）模式下散热器构建了一种快速迭代寻优的解析模型，获得了出口油温、油流量及风量分布，在满足既定温差且提升散热效率的同时控制风量损耗。此外，建立了流热仿真与试验相结合的平台，将模型结果与试验、仿真进行对比分析。研究结果表明：风扇直径对油温差的影响呈非线性，风量损耗与直径呈正相关。以PC2600-22/520散热器为验证对象，当风速为3.5 m/s、风扇直径是散热片宽度的1.2～1.5倍时，温差可达到期望值，此时散热效率与风量损耗协同进入最优区间。     

脉冲电源水冷散热设计及有限元分析

针对大功率脉冲电源中IGBT模块瞬时发热量大的问题,提出了一套水冷散热解决方案。给出了IGBT模块损耗的快捷估算方法,详细分析了IGBT的散热途径。推导出了IGBT的热阻模型和水冷条件下散热器的热阻折算方案。利用仿真软件ANSYS建立了热分析模型,通过模拟脉冲电源工作时的热场状况对散热系统进行了优化。最后,在此通过搭建100 kW脉冲电源样机验证了该优化方案的实用性和有效性。     

提升某高体积比能量、热散失严重热电池工作时间研究

为攻克某热电池高体积比能量、散热严重的技术难点，本文通过选用不同锂含量的LiB负极、电解质类型、调节硫化物正极的配比，并改变热电池壳体外形设计来减少热散失等方法装配热电池进行性能实验研究，同时进行了稳态和瞬态热学仿真计算分析及热电池试验验证。结果表明，选择锂含量为55%的LiB合金作为负极，使用低熔点电解质，选择FeS₂和CoS₂比例为1∶1的MS₂复合正极以及减小壳体散热面积可以有效提升热电池工作时间，为小体积自带外结构体的热电池设计提供了一种指导思路。