电感集成式大容量高频变压器精细化设计方法

针对固态变压器用电感集成式大容量高频变压器进行优化设计,分析了高频变压器漏电感参数、磁芯高频损耗、绕组高频损耗以及温升的计算方法。在此基础上,利用自由参数扫描法建立了大容量高频变压器优化设计流程。按照最优设计方案制作了一台5kHz/10kW纳米晶磁芯高频变压器模型,并对其参数进行实验测试。将解析设计与有限元仿真和实验测量结果进行对比,结果表明模型漏电感、交流电阻和磁芯损耗的相对偏差分别为2.85%、1.49%和5.35%,验证了所提设计方法的有效性。     

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。     

基于热路模型的变压器内部温升计算方法研究

为解决油浸式电力变压器内部温升在运行中难以获取的难题,针对运行工况及环境因素,提出了一种计算变压器实时损耗和散热热阻的方法,在此基础上建立了基于平均油温计算变压器顶油及热点温升的热路模型,分别对3台变压器的内部温度进行了计算,并与实测温度数据进行了比对分析。结果表明:计算得到的顶油温升最大误差不超过3 K,热点温升最大误差为4.3 K,均在工程应用误差范围内,验证了新建立的热路模型的准确性,可应用于现场实际运行变压器内部温度的预测。     

变压器热-磁三维有限元计算

为使高漏抗、多绕组电力机车主变压器的漏磁场计算更加准确,建立了高速电力机车主变压器油箱热-磁三维有限元计算模型及物理方程,采用边单元有限元法对主变压器的油箱损耗进行了计算,同时按照磁-热弱耦合方法,计算出采取屏蔽措施前后油箱稳态温度场的分布。经试验得到该台变压器损耗为31.245 kW,三维有限元计算值为30.478 kW;同时在采用屏蔽措施后,油箱壁左侧与右侧铜屏蔽最高温度均降低3℃,其温度场分布更加均匀,为电力机车主变压器的优化设计提供了参考。     

SF_6气体绝缘变压器三维温度场的数值分析

本文详细推导了变压器内三维温度场的数学模型。用该模型对一台SF_6气体绝缘原型变压器进行了温度分布计算。计算结果和实测值吻合较好。用这个数学模型对影响最热点温升与平均温升之比的各种参数进行了计算。结果发现,绕组高度是影响绕组最热点温升与平均温升之比的最重要参数,而层间绝缘厚度,两冷却气道之间的层数只有很小影响。在设计SF_6气体绝缘变压器时必须充分考虑这一点。     

油浸式变压器顶层油温热路模型计算分析与检验

介绍了传统变压器内部热场的有限元方法模拟热路模型,并在此基础上,增加平均油温、太阳辐射等条件参数,对原有模型进行改进,利用光纤光栅温度测量系统,对变压器样机进行现场温升试验,并将热路修正模型计算结果与几台变压器实测温升数据进行对比,结果验证了该热路修正模型的精确性。     

高速永磁电机的设计与磁热耦合温升计算

高速永磁电机转速高、体积小,因此其温升计算相较于常规电机更为重要。针对此问题,设计一台150kW的高速永磁电机,以有限元法和解析法对高速电机的各部分损耗进行计算。建立电机的温升分析模型,在有限元流体场进行电机三维温升计算、应用磁热耦合的分析方法对所设计电机进行温升分析,分别进行单向和双向的耦合温升计算,计算结果表明耦合温升计算与流体场温升计算所得的温升分布存在一定差异。相较于常规温升计算,磁热耦合温升计算可以更为准确地得到高速永磁电机的各部分的温升情况,保证电机更为安全可靠地运行。     

深海环形变压器的热路模型研究

深海环境为散热提供了有利条件,因此水下机器人装配的环形变压器可以具备更高的功率密度和损耗.为研究环形变压器在水下环境的温升情况,结合热路理论及其散热结构,建立相应的稳态热路模型.以14.3 kVA的单相中频环形变压器为研究对象,将热路模型计算所得结果与Fluent有限元软件仿真和温升试验结果进行比较.结果 表明:热路模型计算结果与二者之间的误差在6％以内,同时与有限元仿真相比,使用热路模型计算的分析过程更为简单.所提出的热路模型适用于深海环形变压器的温升分析.     

基于有限元的干式变压器散热结构优化设计

采用有限元法对容量800 kVA的10 kV干式变压器建立三维对称仿真模型,仿真计算了变压器的温度场和空气流体场的分布,并分析了不同结构参数下散热板对变压器温升的影响,为干式变压器的散热优化提供支持。     

基于磁热耦合法车用永磁同步电机温升计算及影响因素的研究

针对温升计算过程中材料的温度特性对损耗产生影响的问题,在考虑损耗分布特征的基础上,采用电磁场-温度场的双向耦合计算方法,实现两场信息的反馈并进行迭代热计算。以一台7. 5 kW电动车用永磁同步电动机为例,建立电磁场和温度场三维耦合模型,运用磁热双向耦合方法计算了电机在额定转速下的温升分布状态。以温升实验测量值为基准,与传统温度场计算采用均匀生热率的计算结果进行对比,验证了双向耦合计算方法的准确性。基于磁热双向耦合的计算方法对车用永磁同步电机温升进行优化设计,针对永磁体温升过高问题,采用永磁体沿轴向分段技术,有效的降低了永磁体上的温升;对永磁体放置方式进行优化,采用V一型转子结构替代V型转子结构,计算得到前者杂散损耗比后者降低57%,通过磁热耦合方法计算得到优化后永磁体和绕组温升分别降低14 K和23. 3 K。     

自然冷却高燃点油变压器温升计算方法

高燃点油变压器以其优越的防火减灾功能越来越受到用户的青睐。由于高燃点油的热物性与变压器油有很大的不同，粘度远高于变压器油，不能应用现有的变压器温升计算方法来计算高燃点油变压器的温升。文中根据传热学基本原理提出了一套计算高燃点油变压器温升的计算方法，用以计算高燃点油变压器平均油温升、顶油温升、绕阻温升等。计算结果与试验值吻合良好，可以满足工程设计计算需要。这为高燃点油变压器的研制开发提供了一种热设计的新方法。     

外置式散热模块对配电变压器热点温升的影响

对于电网季节性过载引起的配电变压器温升过高情况,文中提出在油浸式配电变压器的散热片上安装外置式散热模块强化变压器散热能力,以降低热点温升。为验证该方法的可行性,以一台S13-M-200/10型配电变压器为研究对象建立三维模型,在变压器模型的散热片上建立外置式散热模块。改变散热模块建立的位置与数量从而形成4个不同计算模型。通过有限体积法计算4个模型在不同负载状态下的热点温升。对部分仿真结果使用短路法温升试验验证,仿真与计算误差小于3 K。试验与仿真结果表明合理的安装外置式散热模块可以使油浸式配电变压器的热点温升降低10 K左右,为配电变压器的温升降低提供一种新的思路。     

干式车载牵引变压器列车风冷却对流传热计算与绕组区域热网络建模

利用列车风冷却的干式车载牵引变压器具有质轻、安全性高等优越性,能够助力高速动车组能效的进一步提升,但空气的高速湍流使得其热特性更为特殊与复杂。为实现干式车载牵引变压器热特性的快速准确计算,该文基于热电类比原理构建考虑风道空气热含量的专用热网络模型结构;考虑到湍流状态下风道努塞尔数的沿程变化,借助计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法进行全范围的参数扫描,提出湍流局部努塞尔数的新关联式,实现环空风道对流热阻的准确计算。热网络模型所得绕组温升计算值与仿真值和平台实验结果基本一致,尤其是能够精确获取热点位置及其温度。相比于CFD方法,热网络模型在计算资源和时间消耗上具有优势,为干式车载牵引变压器的在线监测、寿命评估及优化设计提供更为高效的技术手段。     

基于有限体积法的分体式冷却变压器热学三维仿真技术

变压器分体式冷却系统与常规冷却方式的散热器安装位置与安装方式均差别较大。由于分体式冷却系统的特殊性,在进行仿真模型研究时参数制定和模型搭建较复杂,目前对其进行热学仿真的研究较少,且仿真准确性难以验证,需要开展更加深入的仿真研究和试验比对工作。对改造的10 k V油浸式变压器进行分体式冷却方式下的模拟试验,基于模拟试验变压器及分体式冷却器的设置建立了变压器分体式冷却系统的三维流-固-热耦合仿真计算模型,采用有限体积法求解出变压器及分体式冷却器的温度场分布,得到分体式冷却器在不同布置方式下的绕组热点温度。将仿真计算结果与试验数据、IEEE导则计算结果进行比对,结果显示,仿真得到的绕组热点温升、顶层油温升的误差比IEEE导则计算结果的误差分别减小了16.6、15.15 K,验证了该仿真模型的准确性和工程实用性。分析显示,试验模型散热器中心高度增加2 m,热点温度降低了7.9 K;散热器与变压器水平距离缩短3.5 m,热点温度上升了4.1 K,从而获得了分体式冷却布置方式对变压器热点温度变化趋势的影响。     

10kV铜铝绕组干式变压器温度场分析比较

本文笔者采用有限元法对630kVA/10kV铜铝绕组干式变压器建立三维对称流-固-热耦合模型，仿真计算了绕组和铁心的温度场分布，并分析不同负载率、不同环境温度、不同风速、突发短路对铜铝绕组干式变压器绕组温升和热点温升的影响。     

10 kV油浸式立体卷铁芯变压器温度流体场分析

变压器温度流体场三维仿真是准确计算变压器绕组热点温度的重要方法.文章构建了 S13-M·RL-100 kVA/10 kV型立体卷铁芯变压器三维仿真计算模型,对变压器在不同负载率条件下的温度流体场分布进行了计算,同时采用短路法温升试验对计算结果进行了验证,试验中通过在变压器绕组内敷设光纤温度传感器来测量变压器绕组温度,在...     

高功率密度电机三维温度场计算及导热优化研究

短时工作制高功率密度永磁电机具有工作电密高、电枢绕组发热大、温升高的特点。对电机的三维温度场计算尤其是绕组端部温升的准确计算成为高功率密度电机设计的重要部分。该文对高功率密度电机的损耗进行了准确计算,着重分析端部绕组的电阻和铜损耗。在电机的三维温度场计算模型中对端部绕组进行了分层等效,计算和实验结果表明分层等效模型能够提高绕组温升计算的准确性。为降低高功率密度电机中电枢绕组的温升水平,对电机端部绕组进行导热优化,减小了端部绕组的传热热阻,电枢绕组的最高温升从80℃降至69℃。最后通过样机实验验证了理论计算的正确性。     

计算Scott牵引变压器内部温升的热路模型法

牵引变压器的绝缘寿命很大程度上取决于绕组热点温度,研究其内部温升具有重要意义。为此,针对Scott牵引变压器特殊的绕组连接、铁心结构和电气特性,利用热传输原理分析了其内部热量的产生和传输过程;参考电路原理建立了Scott牵引变压器内部热路模型;参照基尔霍夫定理推导了温升的计算式,从而建立了Scott牵引变压器的热路温升计算模型和简化的热路温升计算模型;采用两种热路温升计算模型和IEC温升计算法仿真了同一负荷下的Scott牵引变压器,仿真结果说明了模型的有效性。     

高频变压器技术研究综述

高频变压器(high frequency transformer,HFT)是一种结合电力电子技术和高频磁链技术的电能变换设备。由于与工频变压器相比,HFT具有体积小、质量轻等优点,因此HFT在现代变换器中有着广泛的应用。但是,HFT在应用过程中还存在许多问题有待解决。在介绍HFT发展历史的基础上,总结了HFT的基本原理和计算方法,介绍了漏感和分布电容等参数,归纳了绕组及磁损耗的计算方法,并对HFT的优化设计技术,如磁芯优化技术、绕组优化技术、样机设计制造技术与多物理仿真等进行了梳理和概括。最后对HFT还存在的问题以及发展方向进行归纳与展望。对于HFT相关的研究者和生产者具有一定的参考价值和学习意义。     

电力机车主变压器油箱损耗的三维有限元分析

利用基于边单元的有限元法,对一台200km/h高速电力机车主变压器的油箱损耗进行了三维有限元分析和计算。由于电力机车主变压器是高漏抗,多绕组变压器,经试验(采用放大法)得到该台变压器油箱损耗为31.245kW,使用FEM二维有限元分析法计算结果为45.791kW,而采用三维有限元分析法计算结果为30.478kW。从而表明,采用三维有限元分析能够更加准确地计算主变压器油箱的涡流分布和杂散损耗,为其采取有效的屏蔽措施提供了更加可靠的科学依据。