基于有限元法的高频变压器漏电感和绕组损耗计算与分析

高频变压器绕组结构和排布方式对漏电感与绕组损耗的影响很大,明确不同绕组结构和排布方式对漏电感和绕组损耗的影响,对于高频变压器大规模优化设计至关重要。基于有限元分析方法,本文研究了无交叉换位、部分交叉换位和完全交叉换位方式,以及绕组层数对宽频区间内漏电感、绕组损耗的影响规律。结果表明,导体内高频涡流效应造成漏电感和交流电阻存在频变特性;交叉换位程度越高,漏电感和绕组损耗的降低越明显;控制绕组总匝数保持不变的情况下,降低绕组层数可以显著降低漏电感和绕组损耗。最后提出了高频变压器漏电感和绕组损耗的控制方法,该方法对于高频变压器的优化设计具有一定的指导意义。     

一种考虑频变特性的大容量高频变压器漏电感解析计算方法

绕组高频涡流效应对大容量高频变压器漏电感的影响很大,但目前还缺少计及漏感频变特性的有效解析计算方法。该文在对高频变压器漏感频变特性的产生机理和组成部分进行分析的基础上,提出一种新的考虑频变特性的漏电感解析计算方法。设计制作了一台4.5k Hz、5k VA非晶合金磁芯高频变压器试验模型,将该文方法的计算结果与有限元仿真和实验测量结果对比,结果表明新方法的全局平均相对偏差为8.14%,验证了该文方法的有效性。考虑绕组布置方式的影响,推导出绕组完全交叉换位布置下的漏电感解析计算式,明确了交叉换位对宽频区间内漏感的影响。     

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。     

基于ANSYS仿真的绕组交叉换位对高频变压器损耗的影响分析

为了探究绕组交叉换位对高频变压器绕组损耗的影响,基于高频变压器样机模型,利用ANSYS有限元软件建立了高频变压器的仿真模型,并考虑了高频下绕组的集肤和临近效应的影响,然后对比分析了绕组交叉换位前后磁心窗口内的磁感应强度、绕组电流密度分布以及绕组损耗的变化规律,得出了绕组交叉换位可以有效降低绕组损耗的结果。同时也说明了利用ANSYS软件分析高频变压器模型损耗的合理性和有效性,为高频变压器的优化设计提供了有效技术支持。     

新型换流变压器绕组电磁力的分析计算

为充分了解新型换流变压器的内部漏磁场分布和各绕组受力情况,基于边单元法建立了新型换流变压器的三维有限元模型,采用非线性求解,精确分析了变压器在稳态和短路条件下的三维漏磁场分布,并获得各绕组两种工况下的轴向和径向漏磁感应强度的分布情况;采用电磁力计算方法分析计算了新型换流变压器在稳态和短路条件下的各绕组的电磁力。该方法可完全避开传统电磁力计算方法的局限性,适用于同心式、交错式和矩形等多种绕组结构,可为变压器的绕组及垫块设计和制造、绕组承受短路的稳态、动态特性分析和绕组故障分析提供科学数据,具有一定的理论和工程应用价值。     

绕组交叉换位对高频变压器参数的影响

交叉换位技术广泛应用于高频变压器绕组设计。本文从电磁场能量的角度出发,分析了交叉换位对变压器绕组交流电阻和漏感等参数的影响。推导出了只与线圈尺寸、原副边相对位置及电流变比等结构参数有关的KR、KL等系数来表征线圈交流电阻和漏感随交叉换位技术的变化情况。实例计算结果证实线圈交流电阻、漏感的变化分别与KR、KL呈线性关系,表明这两个指标可以反映出绕组交流电阻和漏感的变化规律。     

基于有限元法的高频变压器绕组损耗研究

变压器损耗是影响变压器运行性能的重要因素。在高频效应下,邻近效应与集肤效应会增加变压器绕组损耗。文章基于高频变压器绕组的三维模型,在考虑邻近效应与集肤效应的基础上,应用有限元法对变压器绕组中的涡流效应进行仿真计算。通过计算得出了改变绕组布局可以有减少绕组损耗的结论。并得到了不同绕组布局下,绕组损耗随频率、绕组厚度以及层间距的变化趋势。     

计及磁—机耦合效应的变压器绕组短路振动特性研究

变压器短路过程中线圈位置的变化可影响漏磁场和绕组受力。为研究绕组电磁力和振动之间的耦合作用,文中基于镜像法,建立了变压器绕组漏磁场和电磁力的计算模型,计算了短路冲击下漏磁场和电动力分布。基于绕组弹簧—阻尼轴向振动模型,研究线饼的位移对绕组受力的影响,构建了变压器短路振动的电—磁—机械耦合模型。最后分析了短路电流和压紧力对振动响应的影响。计算结果表明,考虑耦合后,振动信号在频域上表现出较高的分散性,相较于静态计算,动态计算短路力修正系数为1.196。文中提及的短路振动分析模型,有助于形成变压器抗短路能力的动态评估方法,有效提升在运变压器的运行可靠性。     

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。     

三绕组电力变压器单相接地短路电流及绕组强度计算

本文针对三绕组电力变压器中压绕组单相接地短路问题,首先建立了三维有限元模型,利用场路耦合有限元方法对该模型进行三维瞬态分析;其次计算得到中压绕组单相接地时的短路电流、绕组漏磁场及电磁力分布情况;最后将计算得到的电磁力结果导入到结构场计算模型中,对变压器遭受该短路工况时线饼位移及应力变化进行瞬态动力学分析。计算结果表明,利用该方法对该工况下的电流电动力的计算较为合理且提高了计算精度,对分析变压器绕组短路强度有一定的参考价值。     

大型整流变压器绕组电流分布及性能参数的仿真研究

应用有限元场-路耦合法对大型整流变压器绕组电流分布进行了计算与分析,在此基础上为大型整流变压器绕组漏磁场、短路阻抗及短路电磁力等性能参数的计算提供了一种分析方法。     

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.     

电力变压器低压螺旋绕组导线换位结构下电流分布特性

在低压螺旋式绕组中采用换位结构未能完全消除绕组内环流,并联导线间的电流仍存在差异。分析换位结构下绕组电流分布特性是计算绕组短路电磁力的基础和前提。以往在计算短路电磁力时,往往忽略短路电流的分布特性。在考虑换位结构的基础上对两种110 k V变压器低压绕组的电流分布特性进行研究,发现低压绕组导线回路间电流差值与峰值电流平均值的比值最大可达8.67%。绕组结构变化引起的导线回路漏感抗差异是导致并联回路电流分布不均的主要原因。同时,计算获得了不同电流分布情况下低压绕组各线饼中导线受到的电磁力分布规律,发现电流分布不均匀程度越大,导线在换位前后电磁力改变量越大,最大可达5.9%。定义导线回路间电流差值与峰值电流平均值的比值为绕组电流分布不均匀系数,发现电流分布不均匀系数随高度hc、导线辐向宽度wc的增大而增大。通过比较了两种类型低压绕组中电磁力分布特点,对螺旋绕组结构设计提出了建议。该研究结果可为变压器设计过程中结构参数的选取和校核绕组短路稳定性提供参考。     

大功率中频变压器漏感计算及其校正方法

为在设计阶段对大功率中频变压器漏感值进行准确法估算,基于中频变压器一维等效模型,根据漏磁场分布特征,通过能量法进行了变压器漏感参数解析公式推导。在此基础上,根据理想漏磁场模型与实际的差异,修正了解析公式中绕组的电导率与漏磁场的计算高度。通过比较两台样机在50 Hz~10 k Hz频段下的漏感实测与计算结果,证实了对这2个参数同时进行校正,可使变压器漏感计算误差减小到5%以内,并进一步分析了仍然存在的误差产生的原因。通过样机1与样机2的漏感值对比,证明了绕组交叉换位技术可有效减小变压器漏感。     

大型变压器绕组漏磁场及短路力学性能的仿真分析

以一台120MV·A/220kV电力变压器为例建立了计算模型,利用有限元数值—解析耦合法对变压器短路情况下的绕组漏磁场、短路电磁力、机械强度及绕组轴向错位的影响进行了应用研究,并对其动、静态轴向力作了比较。计算、分析结果与该台变压器承受短路能力试验的结论一致。     

基于Ansoft的变压器突发短路有限元漏磁场分析

本文采用Ansoft电磁场有限元分析软件,建立了有限元分析模型,对CRH3高速动车组牵引变压器在突发短路情况下的三维漏磁场进行了分析,然后应用虚位移法计算了各绕组短路电磁力的分布情况,为同类型变压器的机械稳定性设计提供理论数据。     

绕组交叉换位排布方式下高频变压器阻抗建模及谐振特性分析

高频变压器设计中通常采用初、次级绕组交叉换位排布方式来降低漏电感和交流电阻,但是绕组结构改变会同时影响变压器内部寄生电容参数大小和分布情况,进而造成宽频带谐振特性发生变化。为了明确不同交叉换位排布方式对寄生电容、频变漏电感以及谐振频率的影响规律,该文首先结合绕组的排布方式和绕制方法,建立4种典型绕组结构的分布等效电容表征模型,基于能量等效原理推导出相应绕组排布方式下六集总电容表征模型的电容解析计算式。然后,为了计及宽频区间内绕组漏电感参数的频变特性,基于电磁对偶原理建立含频变参数有损电感表征模型,并给出各项参数提取方法。在此基础上,构建不同绕组布置方式下高频变压器宽频带阻抗特性分析模型。将寄生电容、漏电感参数以及开短路阻抗特性和谐振频点计算结果与仿真和实验测量结果进行对比,验证了所提方法的有效性。     

大容量高频变压器绕组损耗的计算与分析

应用有限元法对铜箔式10kW大容量高频变压器损耗进行分析,对不同绕组结构的变压器进行了损耗分析,得到了绕组交叉换位技术可减少大容量高频变压器损耗的结论,最后样机实验数据提供了有力的证明。利用绕组交叉换位技术设计开发的20kHz、10kW变压器效率最高可达99%。     

平面变压器绕组损耗改进二维混合计算方法EI北大核心CSCD

高频下绕组损耗的快速计算方法对平面变压器精细化设计和优化有着至关重要的作用。对于垂直方向与水平方向同时存在交叉换位结构的平面变压器,其绕组损耗无法通过一维解析模型计算得到。为解决这一适用性问题,该文提出一种改进二维混合计算模型,从涡流场求解角度对绕组损耗进行计算。该模型将高度方向磁场强度考虑在内,在磁准静态假设以及二维假设基础上,以电流密度与磁场强度为变量对电磁场边值问题进行完全表述,并通过矩量法将电磁场边值问题转化为线性方程组求解问题。通过该文方法所建立线性方程组系数矩阵具有阶数较低,且不随剖分节点、单元数增加而增加的优点,达到确保一定计算精度的前提下有效节约计算成本的目标。搭建原副边匝数比为2:2的交叉结构平面变压器实验模型,对该文方法的有效性进行验证。     

一种基于解析法的高频铜箔变压器漏感精确计算方法

高频变压器作为直流变换器中的核心功率部件,其漏感值的精确性对变换器工作模态及控制具有重要影响,尤其在高频工作条件下更为突出。目前针对高频变压器漏感计算,常用的一种方法是考虑高频效应的磁场能量解析法,基于磁场能量计算求解漏感。但由于该方法在计算磁场能量时采用了平均匝长的方案,磁场能量计算不准确,使得在匝比不为1的高频铜箔变压器中,漏感计算精度不够高。为此,文中提出了一种基于精确匝长的高频铜箔变压器漏感计算方法,在径向方向考虑实际匝长的变化,以此计算获得磁场能量,进而计算变压器漏感。该方法不受变压器匝比约束,在不同匝比下均可保证漏感计算精度。最后基于Ansys进行建模仿真,仿真结果验证了所提出漏感计算方法的正确性和有效性。