±1 100 kV换流站交流滤波器场的工频电场仿真

随着公众对电磁环境的关注越来越高,在工程设计阶段需要对换流站内的电磁环境水平进行准确预测和评估。依据±1 100 kV古泉换流站交流侧区域的设计方案,建立了1 000 kV交流侧区域的三维仿真模型,利用有限元仿真软件分析了不同情况下交流滤波器场周围巡视通道上的工频电场分布情况以及进线管母高度和相间距对其影响。计算表明,交流滤波器场内电容器组对交流滤波器场周围巡视通道上的工频电场贡献相对较小,而巡视通道上方管母对其贡献相对较大,可以对电容器组进行简化建模。巡视通道上的工频电场随管母高度的增加而降低,随相间距的减小而减小。当管母的设计高度为16.5 m且相间距为14.2 m时,1 000 kV 交流区域内巡视通道上的工频电场水平幅值最大为11.8 kV/m,满足标准GB 50697—2011中对工频电场的限值要求。为验证计算方法的准确性,采用相同方法对同里换流站500 kV交流侧区域的工频电场进行了仿真,仿真值与测量值的一致性证明了计算方法的准确性和有效性。     

工频磁场对电磁继电器动态特性影响的三维有限元分析

外部磁场对于电磁继电器动态特性的干扰,是研究继电器电磁兼容性的一个重要内容.本文以典型的拍合式电磁继电器为研究对象,针对其受到工频磁场干扰的情况,采用三维有限元方法建立了仿真模型.通过仿真计算,详细分析了继电器的吸合时间、电磁力矩、吸合速度以及吸合电流随外部工频磁场变化的规律,并定量给出了动态特性的各参数随磁场变化的曲...     

工频电磁场对智能电能表干扰仿真分析研究

文中根据工频电磁场对智能电表关键部分的干扰原理,以工频电磁场作为干扰源,运用有限元软件ANSYS的电磁场分析功能对工频磁场干扰智能电能表电源变压器、电压互感器和电流互感器进行了分析和研究。根据有限元分析思想,建立了有限元分析模型,并对模型进行了计算、比较和分析,根据有限元的计算结果和分析结果提出了一些智能电表防电磁干扰的措施。     

内置式永磁电机磁极优化及磁热耦合仿真

针对分数槽集中绕组永磁同步电机的损耗高、效率低等问题,提出通过对内置式永磁电机转子磁路结构进行优化的方式来提高电机效率,并利用有限元方法进行计算、建模仿真和验证。利用有限元分析方法,分别针对一字型、弓型、阶梯型、线性型等转子磁路结构电机进行空载、负载的电磁计算与分析,计算结果表明,在电机功率、尺寸、转速相同,永磁体用量和位置相同的情况下,磁极优化后电机的反电动势波形更好、损耗更低、效率更高。为了进一步验证电磁场分析结果的正确性,将电磁计算结果以热载荷的形式加载到电机有限元温度场仿真的模型中,通过有限元电磁场与温度场耦合仿真,进一步证明磁极优化后电机的效率显著提高,温升明显下降,电机磁极优化可以大大提高电机的效率。     

用对偶有限元法计算电机参数的研究

对对偶有限元法在电磁场中应用的有关理论问题进行了分析和讨论，并将该方法应用于涡流场的参数计算，导出了二维涡流场中通过向量磁位Ａ计算电磁参数的对偶有限元离散格式。对一些实例进行了计算。计算结果表明，用这种方法求取电磁参数具有计算量小，精度高的特点。计算结果可以作为设计时的参考。     

电气设备电磁参数的灵敏度分析与自动设计

提出了电气设备电磁参数的灵敏度计算公式。在一次有限元网格剖分的基础上,通过 场有限元计算,同时获得电磁参数和它对设备尺寸的灵敏度,克服了基于差商计算灵敏度导致多次有限元网格生成和有限元计算的缺点,极大地降低了计算量。将该公式应用于电磁参数的自动设计,以便计算目标函数对设备尺寸的梯度。应用该公式对光纤电压互感器的分析比和壳式电力变压器的阻抗压进行灵敏度分析和自动设计,取得了满意结果。     

基于GaN器件的高电压线路多米诺无线供电系统设计

为系统解决高电压复杂电磁场环境塔基设备供电问题,提出一种基于GaN(氮化镓,第三代半导体材料)器件的多米诺中继型无线供电系统及配置方法。首先基于电路互感耦合模型和有限元仿真对多米诺无线供电系统的频率特性和功效特性进行了分析,发现通过调节负载阻抗匹配和适当提高驱动频率,能够有效改善系统的传输功效特性和抗频率失调特性,并结合电场分布云图对系统的电磁兼容性进行验证。在此基础上搭建基于GaN器件的多米诺无线供电系统实验样机,测试结果表明该系统能够实现高电压等级远距离、高效率的无线供电,且具有较好的抗频率失调特性,为无线电能传输技术在高电压设备供电领域的应用提供了参考依据。     

车用永磁同步电机的电磁噪声特性

电动汽车牵引用永磁同步电机要求具有低速大转矩和高速恒功率的运行能力,低速大转矩运行工作点的大电流和高速弱磁导致的磁场畸变可能会导致作用于电机结构的电磁力幅值增大,容易引发较大的电磁振动噪声,从而影响电动汽车的NVH性能。本文基于Ansys多物理场有限元分析平台,研究一台20k W车用永磁同步电机的电磁噪声特性。分别建立电机的电磁场有限元模型和定子结构的3D模态有限元模型,通过仿真得出作用于电机定子齿部的电磁激振力和电机结构的低阶径向模态频率;从电磁力和电机结构两方面分析可能引发较大电磁噪声的主要来源。通过对电机定子结构的振动响应有限元仿真,得到电机定子结构的振动响应频谱;最后通过声场的有限元仿真分析车用永磁同步电机的电磁噪声特性。     

电磁场有限元计算后验误差估计与自适应新方法

本文提出了一种电磁场有限元计算后验误差估计和自适应新方法，深入研究了电磁场有限元后验误差估计中误差模的选择和不同材料区域交界面切的不连续性的处理等问题，给出了一种网格自适应生成控制参数的计算方法，通过与作者提出的全自动自适应网格生成算法相结合，对一些二维电磁场问题，实现了全自动自适应有限元分析。文中给出的一些实例计算结果表明了本文方法及相应软件的具体性能。     

材料氢脆涡流评价的有限元仿真研究*

针对扩散氢在材料内部渗透和聚集引起的氢脆问题,提出了一种基于涡流信号的表征方法。以电化学充氢试样为研究对象,首先基于Fick定律计算了电化学充氢过程中试样的氢分布,然后基于电磁感应原理运用COMSOL Multiphysics建立了不同氢分布状态下材料氢脆的涡流检测有限元模型,通过数值计算分析时谐电磁场激励下试样的感生涡流场分布及检测线圈的电磁场量图,并通过原位拉伸实验定量表征氢脆程度,最后分析了氢脆指数-涡流响应信号之间的关联机制,进行实验验证。研究结果表明,金属材料的氢脆程度与所含氢含量密切相关,时谐电磁场作用下的涡流信号与氢脆程度呈现线性相关,验证了材料氢脆涡流评价的有限元模型的有效性。     

A fuzzy logic system for calculation of the interference of overhead transmission lines on buried pipelines

The influence of a faulted electrical power transmission line on a buried pipeline is investigated. A calculation tool is suggested. Finite element solutions of field equations are used combined with artificial intelligence methods. The electromagnetic field depends on several parameters, such as the position of the phase conductors, the currents flowing through the conducting materials and the resistivity of the earth. A fuzzy logic system was used to simulate the problem. It was trained using data derived from finite element method (FEM) calculations for different configuration cases (training set) of the above electromagnetic field problem. After the training, the system was tested for several configuration cases, differing significantly from the training cases with satisfactory results. It is shown that the proposed method is very time efficient and accurate in calculating the electromagnetic fields compared to the time straining finite element method.An important feature of the fuzzy logic system is that it consists of a varying rule base and is trained using genetic algorithms. In order to create the rule base for the fuzzy logic system a special operation is used at the beginning of the training. Afterwards, the training of the system is achieved with the use of a genetic algorithm (GA) that implements some special operators.     

A link between EMTP-RV and FLUX3D for transformer energization studies

This paper presents a programmed link between the electromagnetic transients program EMTP-RV and the finite element field solver FLUX3D. The model created in FLUX3D is driven from simulation designs in EMTP-RV. The test cases presented in this paper demonstrate that the coupling method is numerically robust and with sufficient accuracy. This approach benefits from EMTP advantages in modeling large-scale networks and from field solver advantages for detailed representation of power transformer iron cores.     

基于三维有限元寻优方法的交流接触器磁系统静态特性分析

通过三维有限元方法分析交流接触器操作电磁铁的静态特性.由于计算中给定的是电磁铁的线圈电压,而有限元计算则是在给定电流条件下进行的,因而必须把电磁场计算与交流电路方程耦合求解.本文采用寻优方法求解该问题,同时用上述方法计算了不同供电频率下的吸力特性.     

绕制电枢和实体电枢动态特性对比研究

基于电磁场理论和麦克斯韦方程组,推导了含有实体电枢和绕制电枢涡流的磁场控制方程,并对此进行有限元求解;利用电磁场仿真软件ANSOFT Maxwell对实体电枢和绕制电枢的轴向电磁力、速度和电流分布进行了仿真,并对此进行对比分析,得出绕制电枢的电磁特性优于实体电枢,为下一步绕制电枢的制造和加工打下基础.     

大型变压器线圈短路电磁力的数值计算

本文将有限元方法用于大型电力变压器突发短路时瞬态电磁场计算,推导了了轴对称非线性瞬态涡流场的有限元计算公式。针对一台２４０００ＫＶＡ电力变压器线圈短路电磁力进行了计算分析,得出了电磁力的分布曲线和瞬变规律。     

磁极不等厚对兆瓦级永磁直驱风力发电机的影响

为了研究不等厚磁极结构对兆瓦级直驱式永磁同步风力发电机影响,首先计算了电机的齿槽转矩,并建立瞬态电磁场模型,利用时步有限元法对发电机的电磁场和输出特性进行了计算.在此基础上,分析了磁极偏心距的变化对电机齿槽转矩、空载气隙磁场分布以及在负载情况下对输出特性的影响.结果表明,采用不等厚磁极可以影响发电机的齿槽转矩,优化气隙...     

Fixed point technique in computing power losses in a ferromagnetic bifilar lead

The electromagnetic field is investigated in a ferromagnetic bifilar lead consisting of circular conductors carrying opposite alternating current. By nature, the field in the lead is of an open boundary type. It is analysed by a hybrid approach first time applied for electromagnetic field scattering in (K.K. Mei, IEEE Trans. Antennas Propagat. AP-22 (1974) 760 and S.K. Chang and K.K. Mei, IEEE Trans. Antennas Propagat. AP-24 (1976) 35) and consisting of the Galerkin finite element method coupled with a separation of variables. The resultant system of nonlinear equations is solved applying a fixed point technique based on Brouwer’s theorem. The results are presented graphically in the form of field plots and the characteristics of relative power losses versus the current frequency.     

电力变压器局部放电在线监测系统的研制

研制了一套新型变压器局部放电在线监测系统,该系统基于电一声联合检测方法,检测出变压器局部放电产生的多路电流脉冲信号和超声波信号,在硬件上采用了光缆传输等抗干扰措施,有效抑制了监测现场的电磁干扰,在软件中采用离散二进小波变换算法滤除监测信号中的周期干扰以及电晕干扰,从而准确地区分内外放电脉冲:并基于等值声速原理,运用模糊理论和有限元数值分析方法对变压器局部放电点进行了定位.在现场运行的情况表明了该系统具有较高的检测灵敏度,可为电力变压器的状态检修提供可信的依据.     

电磁场混合有限元边界元法的发展

本文从开域电磁场的计算出发，简要地评述了目前电磁场数值计算的各种方法。在此基础上，着重阐述了一种能够有效解决开域电磁场计算的新方法－混合有限元边界的发展情况与基本原理。     

基于分布式光纤测温系统的单芯电缆瞬态温度场数值计算

为了保证地下电缆的可靠运行,电力部门的常规做法是在电缆表面安装分布式光纤温度传感器（DTS）,对电缆的热状态进行直接监测。由于电缆的载流量取决于导体的持续运行最高温度,因此基于传热学原理,利用通用有限元软件对计算场域进行自动划分,通过提取得到的单元与节点信息自主编制有限元计算程序,结合实时变化的负荷数据及DTs测量的电缆表面温度,分析计算了单芯电缆的瞬态温度场。通过110kV1×630mm^2交联聚乙烯电缆的试验研究,对比电缆导体温度的测量值和计算值,结果表明,自主编制的有限元计算程序能够准确地计算电缆的瞬态温度场,为电缆安全高效的运行提供了有效的理论依据。