平面变压器中并联绕组的均流设计

在低压大电流DC／DC模块电源中，为了增加绕组的载流能力，经常使用并联绕组。由于电磁场的高频效应（集肤效应和邻近效应），可能导致电流在各并联绕组层中不均分，产生较高的交流电阻。该文基于绕组布置的结构对称性和并联绕组两端电压相等的原理，推导得到在所有偶数层中，使电流在各并联绕组中分布一致的绕组布置方法。并通过有限元分析软件和实验证实了此绕组布置方法的正确性和有效性。     

中心抽头变压器中并联绕组的均流设计

针对带中心抽头变压器在低压大电流场合应用时,并联绕组的布置方法对均流效果以及损耗的影响进行了研究。由于中心抽头变压器副边两个绕组是分时工作的,其并联绕组设计不同于单副边绕组变压器,不仅在并联绕组中存在电流不均分问题,而且邻近效应会在不工作绕组内产生涡流损耗。基于一维绕组模型和单副边绕组变压器并联绕组的均流方法,推导得到中心抽头变压器并联绕组的布置方法。该方法中参与工作的绕组的相对位置和单副边绕组一致,从而可使电流在并联绕组中均分,同时可减小不工作绕组由于邻近效应产生的涡流损耗。通过有限元分析和实验验证了该方法的正确性和有效性。     

平面变压器绕组交流损耗分析软件的开发

随着DC-DC变换器不断向高功率密度、低压和大电流方向发展，其中平面变压器的绕组往往要采用多层并联的结构。但并联绕组间的电流分配及损耗又取决于频率、绕组的布置及厚度。到目前为止在平面变压器绕组损耗分析方面还没有一套比较方便快捷的分析工具，鉴于此，我们建立了并联绕组涡流分布的数学模型，并开发了相应的分析工具，使设计者可以快速有效地分析和比较不同绕组布置方案的交流损耗，从而选择一种最优的设计方案。     

磁通对DC/DC变换器并联绕组损耗的影响分析

在低压大电流DC/DC高频模块电源中,为了减小绕组的高频涡流损耗,通常把厚绕组分割为薄绕组的并联。详细分析了把厚绕组分割为薄绕组的并联,由于在绝缘层处存在交变磁通,将在并联绕组之间产生环流,导致绕组损耗增大。随后对一层厚绕组分割成多层薄绕组的并联情况进行了电磁场有限元分析,结果表明分割的层数越多,电流在绕组中分布越不均匀,这和理论分析一致。最后用HP4284A阻抗测试仪测得厚度为0.1mm的五层并联薄绕组的交流电阻大于厚度为0.5mm的一层厚绕组,进一步证实了理论分析的正确性。     

电力变压器设计与计算（19）

正4.3漏磁场引起的变压器附加损耗变压器的漏磁场在绕组导线里感应出电势,该电势作用下产生的电流,在各导线内部闭合,也在绕组各并联导线之间闭合;它与负载电流不同,并不流出绕组以外去。这就使得电流沿绕组导线横截面的分布及并联导线间电流分布变得不均匀了。此即所谓排挤效应,随着导线所处漏磁场位置的不同,电流排挤效应也不相同。     

三相交流电机扩大并联支路绕组降低谐波接线方法

绕组是构成电机的核心部件,电机依靠感应于绕组中的电势和通过的电流来产生电磁功率和电磁转矩,从而达到进行机电能量转换的目的。绕组的接线方式更直接影响电机的运行特性和经济性。槽电流与电机的容量、电压、并联支路数相关联,槽电流的大小直接影响电机的经济性及工艺性。绕组谐波含量是绕组性能的重要指标,绕组接线的一个重要研究方面就是降低谐波。本文提出的双层定子绕组扩大并联支路数降低谐波接线方法是:通过改变单元电机电势星形图中所选槽的位置,从而改变N-S极下构成各支路的单边绕组间的夹角,所构成的绕组可等效为每极每相槽数减半、相位相同的两套绕组。     

一种新的分段层式绕组换位方式

对于电抗器具有电流大、匝数少的特点，其绕组一般采用多根导线并联的分段层式绕制方法，而分段层式的换位方法一般采用每段每层分别完全换位，这种换位方法虽然可以达到完全换位的目的，但是大大降低了绕组绕制的效率。本文中作者针对该问题采用漏磁对导线产生的涡流进行了精确计算，优化了换位方法，以实际的电抗器作为计算实例，进行了详细的说明。     

单套定子绕组无刷双馈电机的绕组设计

提出了无刷双馈电机定子绕组的连接形式及其设计方法。当功率绕组与控制绕组为１套绕组时,该绕组在２种极数连接形式下各并联支路电压相等,不会在绕组中产生环流,提高了无刷双馈电机的运行效率。     

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。     

基于场路耦合方法的变压器绕组环流损耗计算

对电力变压器低压大电流单螺旋绕组的环流损耗进行了计算及分析,开发了计算软件,计算了一台31 500kVA变压器的低压绕组中各并联支路电流,进而计算了环流损耗。     

Electromagnetic force investigation on distribution transformer under unbalanced faults based on time stepping finite element methods

The occurrence of short circuit faults is a major cause behind the windings deformation in the transformers. Mechanical force is proportional to the square of the current. Hence under short circuit condition, it will be very high. These stresses radially or axially affect the transformer windings. Therefore, in the transformer designing, evaluating the effects of short-circuit current and inrush current is very important. In this paper, 2-D and 3-D time stepping finite element methods (TSFEM) that improved in Ansoft-Maxwell, are utilized as Instruments to investigate the leakage flux and electromagnetic forces due to short circuit and inrush current on the windings of 1000 kV A, 10/0.4 kV three-phase, three leg, distribution transformer. Electromagnetic forces in the transformer windings are produced as a result of combination between the current density and the leakage flux density in the winding regions. The study demonstrates that, especially, under single phase-to-ground short circuit fault, leakage flux density on the windings of transformer remarkably increase. The interaction between this high leakage flux with current density, causes the significant increase in the electromagnetic forces in transformer windings.     

高频开关电源功率变压器线圈优化设计技术

高频开关电源功率变压器线圈优化设计技术能有效减小变压器损耗以及尺寸,提高开关电源功率密度。通过线圈电流谐波分解及电磁场涡流方程,建立了高频功率变压器的一维涡流损耗模型,并应用于开关波形激励的高频功率变压器线圈,特别是里兹线线圈的优化设计。一个应用于输出双半波整流电路的中间抽头变压器线圈设计实验验证了优化设计的有效性。     

变压器线圈涡流损耗的混合算法

本文通过对变压器线圈载流导体涡流损耗的解析解和数值解的对比,提出了一种既节省计算时间,又有良好精度的适合于变压器线圈涡流损耗计算的新的混合算法,并以360 000kVA和17 000kVA两台三相电力变压器为例进行了计算。     

新型不对称接线三相变两相平衡变压器

平衡变压器具有消除零序电流和抑制负序电流的重要功能。不同于现有的平衡变压器两相或三相绕组对称结构,提出了一种新型三相绕组互不对称接线的平衡变压器。阐述了该变压器的基本原理和接线方案,并建立数学模型。在此基础上,得出一次侧和二次侧绕组的电流关系,导出了一次侧中性点电流为零时的平衡条件和两相解耦条件。该变压器具有满足平衡条件后两相自然解耦的优点。通过仿真分析和1kW模型机实验,证明了理论分析的正确性和可行性。该变压器采用三相三柱式通用铁心,每相仅2~3个绕组,绕组和铁心结构简单,材料利用率高;同时两相系统中有公共点和3次谐波电流流通的回路,综合性能良好,适合于作为电气化铁道牵引变压器等需要两相或单相电源供电的应用场合。     

一种测量配电网电容电流的新方法

介绍一种从PT二次侧测量电网电流的方法。即从PT开口三角端分别注入不同频率的幅值相等的恒定电流,再分别测量开口三角端电压,经计算可得出配电网的电容电流值。这种方法可使电容电流的测量工作安全、快捷、准确、提高测量工作的效率。     

感应同步器的部分元等效电路模型

输出电势的数学模型是分析感应同步器误差及进行绕组优化设计的理论基础。传统的数学模型未考虑激磁绕组邻近效应引起的电流分布不均对输出电势的影响,从而会在高频下带来较大的谐波电势计算误差。建立了基于部分元等效电路方法的输出电势数学模型,研究激磁绕组的电流分布特性,计算了激磁绕组在不同工作频率、不同结构参数下感应绕组的输出电势,分析其位置函数的谐波成分,并提出消除谐波电势的途径。最后通过实验验证了模型的准确性。     

感应牵引电机定子绕组涡流附加损耗分析

高功率密度感应牵引电机具有结构紧凑、磁通饱和度高、工作频率高、单位体积损耗密度大等特点。高工作频率导致定子绕组趋肤效应和邻近效应明显增加,在定子绕组中感应高频涡流附加损耗,引起附加铜耗大大增加。基于感应电机内部谐波磁场理论分析定子绕组涡流附加损耗的来源、计算方法及影响因素,并对一款4极650 kW感应牵引电机进行了详细有限元分析。分析了感应牵引电机定子槽内磁场分布、槽内磁场的各次谐波、谐波幅值与距槽口深度的关系,并计算了槽内导体的涡流附加损耗。计算结果表明槽口附近导体的涡流附加损耗最大,随着距离槽口深度的增加,槽内导体的涡流附加损耗呈明显减小的趋势,通过合理设计定子槽口深度可以有效减小槽口附近导体的涡流附加损耗。     

新型不对称接线三相变四相平衡变压器

提出了一种新颖实用的三相绕组接线互不对称的三相变四相平衡变压器。阐述了该变压器的接线方案,采用三相三芯柱式结构,A相芯柱有5个绕组,B相芯柱有3个绕组,C相芯柱有5个绕组但匝数结构与A相不同,三相绕组互不相同。建立了数学模型,推导出一次侧中性点电流的平衡条件并导出了一次侧和二次侧绕组间的电流和电压关系。仿真验证了上述理论推导的正确性和可行性。该新型平衡变压器一次侧中性点可接地,二次侧由双闭合三角形构成3次谐波电流回路,能有效改善电压波形,接线较简单,材料利用率高,综合性能良好,特别适用于电气化铁道自耦变压器(AT)供电方式和四相输电系统,具有良好的应用前景。