基于磁链分区的大功率中频变压器漏感参数计算方法

基于中频变压器磁场一维等效模型,根据其分布特征,利用磁链分区思想,进行了中频变压器漏感参数解析计算公式推导。在此基础上,假设磁通与其所在区域的绕组不交链或全交链。通过取这两种假设条件下的平均值来简化漏感参数计算过程与解析表达式。通过比较计算与实测结果,证实了这种计算方法的正确性与有效性。     

大功率中频变压器多目标参数优化设计

为了对电力电子牵引变压器300 k W功率单元中的中频变压器(HPMFT)进行优化设计,分析了大功率中频变压器绕组高频损耗、铁芯高频损耗以及漏感参数的计算方法。在此基础上,利用自由参数扫描法建立了其设计流程,依据综合评价系数选择了兼顾变压器损耗、漏感与质量的最优方案。按照最优方案制造了样机,并对其参数进行了测试。对比解析设计与实验测试结果可知,样机铜耗、铁耗、漏感与质量的误差分别为7.99%、12.75%、6.98%和2.21%,均在可接受范围内,验证了该设计方法的正确性与有效性。     

考虑中频变压器非理想几何结构的通用漏感解析模型

中频变压器非理想几何结构引起的畸变磁场对漏感解析计算精度有较大影响,进而影响变压器设计及变换器运行特性和效率特性。首先针对副边绕组为非理想几何结构的漏感解析计算问题,基于叠加定理和洛氏高度等效方法,将传统只考虑纵向漏磁场的一维模型,改进为综合考虑纵向和横向漏磁场的二维模型,显著提升计算精度,并依据此模型提出一种通用漏感优化方法。进一步,针对原副边均为非理想几何结构情况,引入洛氏叠加区域,将原副边非正交且耦合的横向漏磁场能量考虑在内,提出一种计及中频变压器非理想几何因素的通用解析模型,计算误差在7.5%以下。仿真和实验验证了模型的准确性和通用性。     

高频变压器漏电感参数灵敏度分析及其半经验模型

为解决高频变压器绕组端部磁场强度水平分量造成的漏电感参数低估问题,提出了一种考虑端部效应的漏电感参数半经验计算方法.首先研究了高频变压器漏磁场能量对变压器铁心窗口区域各个几何结构参数的灵敏度,确定了漏电感参数的决定性影响因子;然后结合解析计算与数值计算方法,通过对20592次参数化有限元计算结果进行拟合,得到了高频变压器漏电感参数的半经验计算模型;最后通过调整每层的填充率将半经验模型推广到非连续导体的绕组,如矩形、方形等.该模型便于写入变压器设计程序,在变压器设计环节实现对漏电感参数的精确控制,各个参数较宽的取值范围保证了该模型具有广泛的适用性.将该模型的计算结果与现有解析公式以及实验测量结果进行对比,验证了该模型的有效性.     

基于有限元法的变压器漏感计算在绕组变形中的应用

电力变压器电磁分析与参数计算在科学研究与工程应用中一直受到普遍的重视,而绕组变形作为故障隐患的重要特征,其变形程度尚无法量化。以有限元方法为研究基础,利用大型有限元软件ANSYS建立变压器铁芯、绕组模型;以场路耦合方法实现变压器漏磁场的仿真,同时利用能量法原理完成变压器漏感参数的计算。针对电力变压器发生绕组变形将会导致漏感参数发生变化的基本特征,提出通过改变绕组的基本几何尺寸模拟绕组变形,计算变形前后以及各种变形形式下的漏感参数值,考察绕组变形状态和漏感参数变化量之间的关系。仿真计算结果与测量值比较,表明方法的正确性、有效性和实用性。     

基于“场-路”耦合有限元分析法的变压器短路电抗仿真的研究

短路电抗法是检测电力变压器绕组变形的有效方法之一,开展变压器短路电抗的仿真计算研究,对于获取各种绕组变形故障时的特征信息具有重要意义。基于实验室中一台模型变压器的结构参数,分别建立了绕组正常及存在匝间短路故障时的有限元仿真模型,利用"磁-路"耦合的方法对变压器的漏磁场和漏感参数进行了计算,分析了绕组变形位置与变压器漏磁场之间的关系,并与在模型变压器上的实验结果进行了对比,结果表明:绕组内部发生匝间短路故障时,在径向中部的匝间短路对漏磁场的影响较大,而在轴向中层绕组的匝间短路对漏磁场的影响较小。研究成果对于指导短路电抗法的现场应用和绕组故障的检测提供了一定的理论依据。     

基于支持向量机和有限元分析的变压器绕组变形分类方法EI北大核心CSCD

电力变压器绕组变形导致内部匝间故障的事故率已升至首位,成为影响变压器安全稳定运行的重要因素。变压器运行过程中绕组变形导致绕组漏磁场发生变化,进而引起漏感参数发生变化。该文根据这一基本特征,研究绕组参数和变形程度之间的关系,利用有限元模型计算变压器的磁场能量和电感参数,采用工程计算法对该模型的正确性进行校验,继而提出利用支持向量机模型对绕组变形进行分类,并通过优化的网格搜索法对参数进行优化。仿真结果表明,所提方法具有较高的分类准确度,适用于变压器绕组变形的在线监测。     

大功率中频变压器空心绕组交流电阻的计算方法

将空心绕组应用于大功率中频变压器,在提高绕组材料利用率的同时,变压器的散热效率也可得到提升。但因为其较为特殊的形状,使得通过直接建立解析模型的方法,计算空心绕组高频交流电阻较为困难。为了解决这一问题,该文结合解析计算与数值计算方法,通过大量的有限元模型计算,得到了中频变压器空心绕组与其对应的实心绕组高频交流电阻之间的关系。这种关系被定义为一个新参数,即空心电阻系数。通过分析空心电阻系数与相关参数之间的关系,经典Dowell解析计算公式可被拓展至空心绕组的交流电阻计算中。通过对比一台中频变压器样机空心绕组交流电阻的解析计算、有限元数值计算与实验计算结果,验证了该方法的正确性与有效性。     

大功率中频三相变压器优化设计方法

基于磁耦合的三相双有源全桥DC/DC变换器非常适合于大功率应用场合,尽管该型变换器具有诸多优势,但其内部核心磁性元件—大功率中频三相变压器的结构、工作模态、电磁特性更加复杂,容量、频率、损耗温升、漏电感相互制约,形成一个复杂的系统化设计难题。该文重点对大功率中频三相变压器整体优化方法和性能进行研究。结合三相双有源全桥DC-DC变换器的稳态电压和电流波形,采用基波分析法推导出中频三相变压器的各阶次谐波电流表达式,提出绕组损耗解析计算方法;根据六电平阶梯电压波激励下分段线性磁通密度波形,提出改进的IGSE公式用于计算铁心损耗;针对三相五柱式铁心拓扑结构,建立具有14个温度节点的集中参数热网络模型,用于计算中频三相变压器的最高温升;研究绕组排布方式对漏电感的影响规律,并给出漏电感解析表达式。在此基础上,提出基于自由参数扫描法的大功率中频三相变压器优化设计流程。按照最优设计方案制作了一台5kHz/15kW纳米晶铁心中频三相变压器模型,并对其漏电感、铁心损耗、绕组损耗、温升进行有限元仿真和实验测试,验证所提设计方法的有效性。     

高频变压器绕组损耗解析计算分析

高频变压器的绕组损耗是固态变压器整机功率密度与效率的一大决定因素。然而,不同绕组结构下绕组损耗的计算存在多种解析公式,精度随绕组空间结构变化,且部分解析公式存在漏写或错误;绕组导体的厚度最优选择也是一个关键问题。为了解决上述问题,分别讨论铜箔绕组、绝缘实心圆导线绕组和利兹线绕组3种导体绕组损耗的解析计算方法,并据此揭示绕组损耗与变压器工作频率、结构参数的关系,同时推导特定工作频率下的最优导体厚度。对适用于利兹线绕组的Bartoli公式与Tourkhani公式源文献中的错误进行修正,并根据实际工作条件简化Tourkhani公式。对于实心圆导线绕组,绕制2个样例变压器绕组,使用网络分析仪测量其交流电阻,分析不同绕组解析算法的计算误差。实验测量结果显示,改进Ferreira算法具有最小的计算误差,为高频变压器绕组的选型与效率优化提供参考。     

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。     

三绕组高频变压器优化设计方法

随着工程中对三绕组高频变压器的需求逐渐增多,准确计算三绕组高频变压器电磁参数并对其结构进行优化设计具有重要的工程价值。根据三绕组高频变压器结构,推导了中间位置绕组的交流电阻系数计算式。求解得到三绕阻高频变压器中压绕组区域漏磁能量大小,用以计算高低压绕组间漏电感。使用自由参数扫描法进行设计的过程中,采取给定高压绕组初始位置进行迭代计算的方式,实现同时对三绕组高频变压器2个漏电感进行控制。按照最优设计方案制作了一台5kHz/7kVA三绕组高频变压器样机,通过仿真分析与试验测试验证了计算方法与设计方案的有效性。     

中频圆导线变压器漏感的精确解析计算

中频变压器作为反激直流变换器的核心部件,变压器漏感过大时产生的尖峰电压对开关器件的影响是不可忽视的.另外在谐振直流变换器中,变压器漏感需要与谐振电容、频率匹配才能使电路达到理想工作状态.因此,在设计直流变换器时,对变压器漏感进行精确的计算变得尤为重要.现有计算漏感的数值法无法灵活地运用于变压器设计中,解析法得到广泛的推广.目前中频圆导线变压器漏感的解析计算法大多基于面积等效法,但是等效后会使变压器窗口处绝缘区域面积偏大,漏感计算结果不够准确.另外也有对中频圆导线的频率效应进行直接分析,但忽略了匝间的不规则空隙,导致漏感计算结果偏小.为此,该文提出一种更加精确的漏感解析计算方法,不仅对圆导线的频率效应进行分析,而且考虑了匝间不规则空隙,以提高漏感的解析计算精度.最后基于搭建的变压器样机进行实验,验证了所提方法的正确性和有效性.     

变压器环流损耗的计算与软件设计

采用数值计算方法得到一台变压器漏磁场沿绕组径向和轴向的分布情况,并与解析方法进行对比,阐述了解析方法及数值解法的优缺点。为计算方便和提高计算精度,本文利用从有限元计算模块导入和解析法两种方式得到变压器漏磁场,自动生成导线排布。基于积分原理,提出一种适用于变压器各种绕组形式的环流损耗计算模型。编制软件对一台31500kVA变压器的低压绕组三种换位方式的损耗进行分析,并与实验结果进行对比和分析。     

变压器绕组等值电路模型中电容/电感参数值仿真

介绍了变压器绕组的等值电路模型中电容和电感参数的计算方法。针对绕组等值电路参数分别利用解析公式法和有限元法对连续式绕组的电容和电感值进行了计算,其中详细介绍了利用有限元软件ANSYS Maxwell得到电容、电感参数的过程。仿真计算结果表明,解析公式法计算精度低于有限元法,并且只能用来求解正常绕组的等效电路参数,不适用于变形绕组。     

大型电力变压器漏磁场的ANSYS有限元分析

变压器的漏磁场问题既是变压器设计、制造中,也是影响变压器运行性能的大问题。传统计算方法根据经验公式估算,误差相当大,为使计算、分析更加准确,有限元法被引进到漏磁场计算、分析中。运用电磁场理论和有限元法,对110 kV及以上电力变压器的漏磁场进行系统的研究,分别建立二维和三维漏磁场计算模型,准确计算油箱中的漏磁场分布情况。结果表明,在油箱壁的长和宽方向中离变压器绕组最近处的漏磁密最大。因此,数值方法的引入,改进了变压器的计算和设计,并使其优化设计成为可能。     

基于有限元算法的变压器绕组涡流效应分析及损耗计算

变压器绕组漏磁场引起的涡流损耗占附加损耗的比重较大,会使变压器产生局部过热,寿命缩短,关系到变压器设计、制造,并影响变压器运行性能。因此准确计算绕组涡流损耗对变压器的优化设计有重要意义,而工程上针对变压器绕组涡流损耗,应用传统经验公式计算,误差较大,且不能准确计算绕组的横向涡流损耗。基于ANSYS有限元法建立了变压器的二维有限元模型,基于电磁场理论分析了变压器的漏磁分布,得到了各次谐波电流背景下绕组的涡流损耗分布及损耗值。从涡流损耗理论计算与有限元仿真计算结果对比表明,有限元法损耗计算更相近实际,更加准确,为变压器温度场热源的计算以及变压器的优化设计提供了可能。     

绕组交叉换位对高频变压器参数影响的分析

为了掌握不同交叉换位结构对变压器参数影响的情况,针对平面卧式变压器,利用有限元分析(FEA)方法计算变压器窗口内磁场能量,将绕组交流电阻和漏感随交叉换位的变化进行量化,获得了KR、KL两个系数来分别表征线圈交流电阻和漏感的变化规律。实例计算验证了系数的有效性,即已知一种绕组结构的交流电阻和漏感,就可利用这两个系数通过简单计算获得其它形式绕组结构的参数,此为高频变压器的初期设计提供有效支持。     

双九相同步电机定子漏感计算

双九相同步电机是一种新型多相电机,目前鲜见相关研究文献。为计算双九相同步电机数量多达数百的定子漏感参数,文中简述了该电机绕组布置形式,根据双九相同步电机槽漏磁场、端部磁场和谐波磁场的特点,采用数值计算方法推导了定子槽漏感、端部漏感和谐波漏感计算方法。槽漏感计算从单个槽出发,采用对槽形进行分区域和分片的方法计算磁场能量;端部漏感计算从单个线圈出发,采用离散化的Biot-Savart定律计算磁场磁链,其中端部线圈分段采用大段划分和小段细分的方法,磁通积分区域网格化离散采用不同区域不同离散网格的方法,谐波漏感计算从单个线圈出发,并考虑电机斜槽对谐波漏感的影响,利用总电感减去基波电感的方法进行计算。所用分析方法通用性强,对绕组连接结构复杂的多相电机定子漏感参数计算优势明显。通过理论计算数据与实验室小型原理样机的试验数据对比分析,间接验证了所用计算方法的正确性,为工程样机的各种性能分析和含有双九相同步电机的系统分析计算提供参考。     

移相整流变压器漏磁场及电磁参数的工程算法

针对油浸式移相整流变压器具有轴向分裂与并联支路等的复杂绕组结构,首先,利用有限元场-路耦合方法建立了绕组三维漏磁场计算模型和相应的等效电路,并对非对称运行情况下的绕组三维漏磁场、各支路电流分布、短路阻抗等电磁特性参数进行了数值计算与验证分析,由此得到了移相整流变压器的电流分布规律;然后,在此基础上为移相整流变压器建立了有限元工程计算模型,并开发了对应的计算软件;最后,通过对多台典型产品绕组漏磁场及短路阻抗的计算结果与对应产品的实测值或三维计算结果的对比分析,表明绕组漏磁场分布正确、短路阻抗计算结果满足产品性能要求,因此,为移相整流变压器设计提供了方便、可靠的工程分析手段。