隧道敷设条件下超高压电力电缆热-流场耦合分析

电缆载流量是电力电缆运行中的重要参数。为给敷设于隧道中的超高压电缆运行提供参考,文中根据实际电缆隧道结构和内部电缆排布方式,运用COMSOL Multiphysics仿真软件,建立电缆隧道三维几何模型,进行温度场和流体场的耦合仿真计算。采用有限元法,对不同运行方式和环境条件下的温度场和流体场分布规律进行分析,计算隧道敷设超高压电力电缆载流量。研究表明：最高温度出现在电缆导体处,温度沿着电缆径向逐渐降低,出口截面处的温度和风速相对入口截面处有所增大;随着电流负载增加,电缆发热对周围环境温度的影响也随之增加;双回路和4回路敷设时电缆稳态载流量高于8回路敷设时电缆稳态载流量;电缆表面温度随着通风速率的增加而逐渐减小。     

非接触电能传输系统中松耦合变压器传输特性

非接触式电能传输作为一种新的电能传输技术,具有很好的应用前景,介绍了非接触式电能传输系统的组成和基本原理。松耦合变压器是非接触式电能传输系统的关键组成部分,建立了松耦合变压器的模型,分析了线圈电阻、耦合系数等参数对松耦合变压器传输特性的影响。     

大型变压器三维瞬态涡流场场路耦合模型

为分析变压器在端口电压约束下的电磁过程 ,本文研究了三维电磁场的场路耦合问题。根据A法和T法的各自特点 ,考虑变压器绕组的结构特点 ,引入外施电压的耦合 ,分别建立基于A法和基于T法的变压器三维场路耦合模型。将两种方法用于变压器绕组突发短路过程的计算 ,计算结果一致 ,但采用基于T法的三维场路耦合模型计算量小 ,非常适于涡流区所占比例较小的电磁设备的求解     

松耦合变压器的传输效率测试系统设计与实现

设计能够输出频率连续可调且满足电压需求的最大传输效率测试系统,从而确定出松耦合变压器对应的最佳工作频率,对于非接触式电能传输系统的效率最大化有着重要意义。本文从松耦合变压器传输特性出发,对主电路,功率放大电路,高频变压器进行设计,对于整个传输效率系统进行了详细的设计计算,包括选择磁芯材料、确定磁芯结构和型号。最后,搭建实验平台,分别对功率放大电路与整个系统的输出性能和带负载能力进行了实验测试,在满足课题要求的前提下确定了松耦合变压器传输效率最高时对应的最佳工作频率。     

油浸式变压器内部温度的热-流场耦合仿真与特性分析

绕组热点温升是评估油浸式变压器运行状态及剩余寿命的关键指标。以110 kV油浸自冷式变压器为研究对象,搭建包含散热器等效几何结构的二维闭环全尺寸热-流场仿真模型,模型预测温度与温升试验结果误差小于5℃,准确性较高。仿真结果显示绕组水平油道内存在油流静止段,为改善此区域的油流循环,分析了水平油道宽度和挡油板数量对油流速和绕组温升的影响规律。研究结果表明：加宽水平油道可降低绕组平均温度和热点温度;安装挡油板可显著提升水平油道油流速,降低绕组平均温升;所设置条件下,安装5个挡油板为综合散热性能最优方案。     

基于高频材料特性分析的旋转式松耦合变压器结构设计

为提高旋转变压器耦合性能、减小铁心尺寸,该文提出一种以纳米晶带材为铁心材料的新型旋转式松耦合变压器,用来为旋转设备供电。基于实验室现有的高频磁特性测量系统,测量并分析了正弦波和方波激励下软磁铁氧体与纳米晶带材的磁特性。尝试采用纳米晶带材替代块状铁氧体做旋转式松耦合变压器铁心材料,由于铁心材料形状的改变,传统罐式旋转式松耦合变压器结构不再适用于纳米晶铁心,该文提出两种新型结构的旋转式松耦合变压器。基于磁场数值仿真平台,分析了这两种旋转式松耦合变压器在实际工况下的瞬态特性,计算了耦合系数和铁心损耗,讨论了上述旋转式松耦合变压器铁心结构及相应的绕组结构的可行性,为旋转式松耦合变压器的性能提升提供一个新的思路。     

基于多物理场耦合的变压器噪声及降噪措施研究

随着电压等级、变压器的容量以及数量的不断提升,变压器的噪声污染日益严重,采取有效措施降低变压器噪声已迫在眉睫。基于有限元仿真平台搭建了110 kV系列变压器模型,采用电-磁-力-声多物理场耦合的方法对不同容量变压器的声压级分布以及应力分布情况进行仿真分析,揭示了不同容量变压器噪声与磁通密度、磁致伸缩效应等参数的关系,依据所得结果提出了基于改进变压器铁心材料和改变铁心夹紧力等方法的降噪措施。     

电磁热耦合模型在通风干式变压器中的运用

建立了通风干式变压器绕组温度场的二维电磁热耦合数学模型,并由此计算出变压器箔式绕组因非均匀涡流产生的温度分布,仿真结果与实验数据表明:基于二维电磁热耦合数学计算模型的分析方法是正确、合理、可靠的,为研究干式变压器的温度特性提供了方便。     

基于流固热耦合的干式变压器温度场数值分析

本文中作者采用有限元法对干式变压器进行二维对称结构的流-固-热耦合数值分析,得到了在不同负载情况下干式变压器铁心和绕组的温度分布规律。     

一种带电磁屏蔽的绕组混合绕制非接触变压器

非接触变压器的耦合系数是影响感应式无线电能传输系统效率的关键因素。为提高非接触变压器的耦合系数,同时尽量减小其体积重量,提出由平面绕组和垂直绕组构成的绕组混合绕制的非接触变压器。然而垂直绕组的引入使得变压器外侧增加了一个新的漏磁路径。为抑制该漏磁,提高耦合系数,选择金属铝进行电磁屏蔽。通过磁路分析给出了屏蔽层的最佳长度公式。最后,为验证变压器有效性及优化方法正确性,制作了一个新型变压器并进行对比实验。与现有变压器相比,在10 mm气隙下,变压器耦合系数从0.523提高到0.583,尺寸从90 mm减小到73 mm。     

非接触感应能量传输系统中松耦合变压器的研究

对基于非接触感应能量传输系统中的松耦合变压器进行了研究,对松耦合变压器的建模与电路分析进行了论述,着重对影响系统功率传输能力的耦合系数进行了研究。通过ANSYS仿真,对比了两种松耦合变压器的耦合系数的大小。选取耦合系数较高的第二种绕线方式设计了1kW全桥谐振变换器的松耦合变压器,并进行了实验数据测定。最后,详细分析了实验结果与仿真存在差异的原因。     

超级电容器的热电化学耦合研究

首先建立了超级电容器的电化学模型和热模型,并实现了其热电化学的耦合;利用有限元法模拟了超级电容器温度场的分布;分析了不同电流密度、相同环境温度下和相同电流密度、不同环境温度下超级电容器的热行为;仿真结果表明,超级电容器的温度场分布和变化情况与电流密度和环境温度有关,超级电容器在放电过程中,其中心区域温度最高,越靠近表面温度越低;电流密度越大,环境温度越高,超级电容器的温度越高,散热效果越差;最后综合以上研究内容,提出了改进意见。     

三相电力变压器的场路耦合模型及突发短路过程计算

电力变压器在电网中运行,受到电网电压约束,分析其突发短路时的电磁过程,一般需要采用场路耦合的方法。T法具有求解变量少、计算代价小的优点,引入绕组的耦合电压项后,可用于电力变压器的计算。本文建立了三相变压器基于T-T0-W表述的场路耦合三维有限元模型,通过考虑变压器绕组的不同联接方式及多种负载情况,对变压器在不同短路情况进行了计算、分析。结果表明,在复杂短路过程中的短路电流可能超过突发三相短路时的最大电流。     

基于分体解耦方法的变压器温度场模拟

为快速准确计算变压器内部温度场和热点,提出一种基于油箱和散热器出入口油温互约束模型的分体解耦计算方法,通过建立单个散热器组的有限元仿真模型,得到散热器及油箱出入口油温的互约束模型,再利用该模型和Comsol软件对油箱温度场进行模拟计算。该方法在变压器温度场计算中将油箱和散热器分离,针对油箱进行仿真建模和模拟计算时,无须考虑多个散热器组的剖分问题,可避免重复性网格剖分和对变压器整体剖分时单元尺寸差异较大导致的计算精度差和难以收敛的问题,计算量和迭代次数明显减少。以S9-1600/10/0.4型变压器为算例的温度场仿真结果表明,变压器在不同负载率下的温度场、热点值等均符合相关理论分析结果,同时因考虑了散热器的对流和辐射散热作用,计算结果的准确性也得到提高。     

叠片联轴器的振动特性及其影响因素分析

该文举例示出了带叠片联轴器转子的纵向和横向振动频率，着重分析比较了膜片数目、膜片组宽度、中间轴和联轴器重量、螺栓所在处半径、垫片直径、膜片厚度和膜片组轴向位移对纵向和横向振动频率的影响及其影响程度，文中的计算结果对了解叠片联轴器的振动特性及其影响因素有重要的参考价值。图１１参２     

射频同轴开关热特性仿真分析

基于Ansys Workbench建立射频同轴开关的电磁热耦合计算的3D有限元模型,由HFSS计算得到射频切换系统各部件的功率损耗,将其导入稳态热分析模型作为热源,再由相似原理计算得到射频同轴开关外表面对流散热系数,最后得到射频同轴开关各部件的温度场分布.试验验证了仿真模型的有效性.分析了信号频率、功率,导体及绝缘支撑的材料属性对同轴开关温度分布的影响,对同轴开关的优化设计提供了参考.     

超级电容器恒流充放电热行为分析

从混合动力汽车到电力系统等领域,超级电容器作为储能器件被应用在储能单元中。为了研究超级电容器性能受温度影响的现象,提出了一种超级电容器的三维热模型,并首先用有限元分析法仿真了常温条件下超级电容器恒流充放电过程中的热行为,然后用热电阻实际测量超级电容器充放电过程中内部温度的变化情况,结果表明该模型在中小电流充放电条件下能准确地模拟超级电容器的发热情况,其仿真结果与实验结果较符合。从而可知,在常温下,用中小电流对超级电容器充放电,超级电容器温升≤15°C,其性能是可靠的。     

基于组合式场路耦合法的多绕组变压器建模与阻抗参数设计

为解决低励磁阻抗多绕组变压器建模、多绕组变压器复合短路阻抗及多并联支路间电流分配计算的问题,基于组合式场路耦合分析,给出一种高效、通用的多绕组变压器建模和阻抗参数设计方法。根据初步设计的变压器结构,采用磁场能量法,二次开发出基于ANSYS参数化设计语言(ANSYS parametric design language,APDL)的三维静态磁场专用分析程序,计算出多绕组电感矩阵,并以此为依据构建多绕组变压器的线性仿真模型,进行相关仿真研究。通过仿真结果反馈的信息适当修改变压器结构以满足要求。实验结果表明,所提方法能够准确计算出多并联支路间电流分配,各种短路工况下复合短路阻抗计算结果可满足工程实践的需要。     

大功率直流接触器温度场仿真及影响因素分析

对大功率直流接触器的温度场进行了三维有限元热-电耦合仿真.在建立热分析模型时通过热源等效处理,综合考虑了动、静触头间接触电阻和电磁系统中线圈的发热对接触器温升的影响.在仿真中基于热相似理论计算了接触器各向表面的对流散热系数,考虑了连接铜板对散热的影响,并利用试验对仿真结果进行了验证.基于该模型,进一步研究了接触压力、接触墩外露表面的散热面积、外壳的厚度和材料、连杆材料对接触器温度场分布和触头温升的影响规律,并利用数据拟合得到了触头温升与接触压力的函数关系,为接触器的性能改进和提升提供了理论依据.该研究成果也适用于其他同种类型的开关电器.