多物理场仿真全面提升电气设备的设计

正传统的电力系统方案设计或电气设备的产品设计,通常会凭借经验或计算公式来完成,因此受到很大局限。如果能够在设计初期就通过虚拟仿真的方式,推测最优的设计方案或者预测产品的性能和效果,将极大地改善传统的设计模式,加速产品和方案的推陈出新。C O M S O L公司开发的多物理场仿真软件专门用来解决这样的     

基于多物理场有限元的开关柜温升仿真研究

长期加热和温度过高会严重影响电力设备的电气和绝缘性能,从而造成安全隐患。基于涡流场、气体流场和温度场的理论,通过有限元建模和仿真计算,研究了强制对流进风口风速、安装位置对开关柜内最高温度的影响。结果表明:进风口在开关柜底部,当风速大于1.2 m/s时,随着气流速度的增大,开关柜内最高温度下降明显;进风口在前后门对开关柜内最高温度位置的降温效果最佳,底部次之,顶部降温效果最差;随着通风孔数量的增多,柜内温度略有下降。     

基于新型混合封装的高速低感SiC半桥模块

针对现有商用SiC功率模块寄生电感大这一问题,提出一种基于直接覆铜陶瓷基板(DBC)+柔性印刷电路板(FPC)的新型混合封装结构,并设计了一种基于该结构的高速低感SiC半桥功率模块。利用DBC+FPC的多层结构,通过优化布局,形成了互感抵消回路,同时利用FPC薄的特点来增强互感抵消作用,使得主回路的寄生电感降至2.5 nH左右。设计并加工了一个1200 V,40 A的全SiC半桥功率模块,通过阻抗测试和双脉冲测试,验证了模块的低寄生电感特点及高速开关的性能。     

15 kV超高压SiC功率模块封装研究

高压碳化硅(SiC)功率模块主要应用于功率逆变器和断路器等方面,可有效减小系统体积、提升系统功率效率。15 kV SiC MOSFET及20 kV以上IGBT器件在多个实验室研发成功,但针对高压大电流的SiC MOSFET模块封装仍然停留在6.5 kV等级,随着电压等级的升高,模块内部电气绝缘和局部放电引起的问题也越发突出。针对高压封装内部局部放电现象进行研究,通过实验对比探究了陶瓷的电气距离、灌封材料、DBC涂敷材料对局部放电的影响,并在实验基础上研制出一款15 kV高压SiC功率模块,绝缘耐压达到18.5 kV以上。     

基于多物理场耦合的J型线夹仿真分析

随着配网大力开展10 kV线路带电作业,J型线夹被广泛用于断接火项目,对其在线工作状态开展研究具有重要意义。为此建立了J型线夹1:1等比例仿真模型及其力-电-热耦合模型,考虑辐射和空气自然对流对散热的影响,采用三维多物理场耦合方法对其应力分布、电流密度分布以及温度分布进行了分析。结果表明:线夹在线工作时,应力分布极不均匀,接触面应力较大,最大值达到了6.8 G N/m~2,线夹最大位移为1.04 mm;电流密度分布亦不均匀,线夹与导线间电流传递集中于接触面的1/4区域,60%以上电流流经该处,接触面利用率不高,但上下线夹间电流密度分布较为均匀;由于电流分布不均,线夹表面温度也存在差异,温升最高点出现在火线凹槽部位,其值为50 K。     

基于多物理场仿真的750kV断路器击穿故障分析

气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated switchgear, GIS)断路器因其成本较低、便于安装、抗震性能好等优点,在超特高压电网中广泛应用。针对一起750 kV GIS断路器内部击穿放电的事故,从现场检查,设备解体检查,电、热、力学仿真分析等方面,对断路器内部放电的根本原因进行分析,并且,提出应对措施。     

基于多物理场耦合模型的车用PEMFC仿真研究

运用COMSOL软件建立了基于多物理场耦合模型的燃料电池仿真模型。基于多物理场耦合模型分析了燃料电池内部的流场和压力分布情况。研究了阳极和阴极内反应气体的浓度变化情况。分析了膜电极(MEA)内电流分布与反应气体浓度的关系。研究了燃料电池内部温度场和热流的分布情况。通过仿真研究加深了对燃料电池各个物理过程的理解,为优化燃料电池设计提供了参考。     

基于HLA-RTI的高级在轨系统的BPDU封装模块的设计与仿真

系统仿真中,高层体系结构HLA可以将通用的运行支持环境与仿真功能分开,以方便管理、集成仿真系统,可实现“即插即用”。运行时间支撑系统RTI可以提供一系列用于仿真互连的服务,是依据HLA接口规范开发的仿真支撑工具,是HLA仿真系统的基础。它相对独立,具有分布式仿真、分层管理控制和可重用性的功能。在此基础上借助VC＋＋平台,对CCSDS AOS中的BPDU封装功能进行了设计和仿真实现。     

基于COMSOL的母线板多物理场耦合仿真分析

随着电力工业的快速发展,母线作为汇集、分配和传送电能的装置,广泛应用于各电工领域,但由于其流过电流较大,其温升发热问题不容忽视,该问题涉及到电磁场、温度场、流场及位移场等多物理场的综合应用。为了更好地研究其发热散热问题,采用COMSOL Multiphysics多物理场直接耦合分析软件,基于有限元理论,在考虑设备几何形状和材料物理特性影响的基础上,对母线板进行三维建模,分别在瞬态和稳态情况下对母线板进行电—热—力耦合场分析,电—热—流耦合场分析,研究母线板的温度、电流密度分布规律和由于热膨胀引起的形变大小,最后加入层流,分析在考虑气流冷却效应时母线板的散热情况,并对仿真结果进行研究分析。     

一种控制SoC芯片封装的多物理域设计仿真分析研究

伴随着电子集成电路产业的迅猛发展,芯片封装仿真模拟等手段不断提升,越来越多的性能仿真分析技术正逐步渗透到芯片封装技术的制造过程,仿真技术在保证封装的各项可靠性及产品性能的同时,省去了大量的封装实验验证批次,大大缩短设计和制造周期。通过对一种SoC芯片封装的电、热及应力性能的多物理域设计仿真分析,介绍如何使用仿真分析方法对SoC芯片封装的性能进行研究。     

基于多物理场仿真的跨坐式单轨车用永磁牵引电机综合设计

针对跨坐式单轨车辆牵引用下一代驱动电机的技术特点和发展趋势,基于国家“双碳”战略大背景下,提出了跨坐式单轨车辆用永磁同步牵引电机的动力牵引方式。现以跨坐式单轨车辆给定的技术指标和要求,通过电磁场、温度场及应力场的多物理场综合设计方法,研制了一台105kW永磁同步牵引电机,从跨坐式永磁牵引电机的技术特点、电机关键问题的解决、特殊结构的设计等方面进行了重点研究,并研制了样机进行了测试,验证了所设计的跨坐式永磁牵引电机方案的可行性,并实现一列车的装车应用。     

多物理场仿真助力超导磁悬浮列车研究

<正>为了验证超导磁浮列车悬浮系统设计的合理性,中车长春轨道客车股份有限公司使用COMSOL多物理场仿真对高温超导磁浮列车的磁悬浮系统和磁屏蔽设计进行了优化。中国的轨道交通在过去的40年里取得了长足的发展,现有高铁长度居全球第一,占全球高铁总长的2/3。然而,即便是现在最先进的高速动车组,其运行速度也难以超过400 km/h。为了进一步缩短人们交通出行的时间,     

基于有限元方法的变压器绕组振动多物理场仿真研究

以一台S11-M-500/35型油浸式配电变压器为研究对象,建立了变压器电-磁-结构力场三维仿真模型。利用有限元法对模型进行了仿真计算,并将试验结果与计算结果进行了对比分析。     

基于多物理场耦合的高压电抗器温度场仿真与分析

为研究干式空心电抗器整体及包封内部各层绕组温度分布特性,根据电磁热流多物理场耦合方法,建立了干式空心电抗器电磁-流体-温度三维温升计算模型。首先,基于场-路耦合的电磁学理论,采用有限元法求取电抗器各层电流,计算各层绕组损耗。然后,基于流体-温度耦合的传热理论,以各层绕组损耗为热源,采用有限体积法求解电抗器温度分布。最后,采用稳态热学分析法验证了结果的准确性。研究结果表明:电抗器温度分布呈现上区域大于下区域、中间包封大于两侧包封的变化趋势,各层绕组温升热点位于电抗器轴向高度约85%到90%。研究结果为电抗器结构优化、温度的在线监测提供了理论依据。     

ABB公司使用多物理场仿真优化变压器和传感器设计

正为了保障电网免受系统故障的影响,ABB公司通过多物理场仿真,设计了可以承受快速瞬态过电压,及可用于地下电力系统的潜水型钳式传感器。停电有时会持续数小时、数天、数周甚至数月,无论停电时间持续多久,都可能会令人感到沮丧或造成混乱。在极端炎热或寒冷的天气,停电甚至会带来危险。为了保障电网的稳定性、安全性和财务可行性,ABB公司使用多物理场仿真和仿真App对变压器和传感器设计进行优化。     

基于多物理场耦合的SF_6断路器冷态气流场仿真分析

准确地计算灭弧室内气流场特性对于SF6断路器优化设计具有重要意义。运用基于有限元计算方法的多物理场耦合分析软件,结合SF6气体属性,并与流场控制方程组联合求解,研究分析SF6断路器灭弧室冷态气流场的特性规律。高压断路器的气流场是一个跨声速、可压缩、有黏性、有源且具有复杂流路的变边界条件的流场求解问题,     

基于多物理场方法的新型涡轮永磁发电机设计

针对井下高温、高压、振动且空间有限等诸多恶劣环境,提出了一种基于Halbach磁体的定子密封式涡轮永磁发电机,定子静密封取代磁耦合静密封,在保证压力平衡的同时,流经气隙的钻井液可以有效改善散热环境和润滑轴承;同时,Halbach磁体的单边聚磁特性和较好的气隙磁密正弦度可以有效地提高发电机功率密度,改善绕组反电势。最后,对其进行了包括电磁场、热-流共轭耦合场、结构场的多物理场分析与计算,得到了发电机内流场、温度场和应力场的分布。样机温度与负载试验结果与仿真结果的对比验证了该方法的有效性。     

开关柜铜排故障电弧多物理场仿真分析

<正>开关柜铜排因连接松动、接触不良等原因会产生故障电弧,易诱发电气火灾等安全事故。为研究铜排故障电弧特性,建立了铜排故障电弧的磁流体动力学数学模型,结合实际边界条件,耦合电磁场、流场和温度场,在多物理场仿真软件COMSOL中进行二维建模计算,为开关柜防弧结构及电弧检测方法的研究提供理论依据。