大电流母排三维涡流场-温度场耦合分析

利用有限元方法建立大电流开关柜母排的三维涡流场——温度场耦合分析模型,计算三维涡流场,得到磁感应强度和焦耳损耗的大小及分布规律;将焦耳热作为热源,通过顺序耦合方式计算出母排的温度场分布情况.实验结果验证了计算模型的准确性.在此基础上深入探讨不同工作电流对母排产生的温度场的变化规律,对设计大电流开关柜有参考价值.     

基于磁场-流场-温度场耦合计算的母线槽热性能分析

作为大电流输配电设备，母线槽的发热温升和散热问题是影响其工作稳定性的重要因素之一，为此本文建立了母线槽的磁场－流场－温度场耦合分析模型，首先计算了三相四线空间绝缘型母线槽的工频磁场、涡流场和焦耳热，然后将焦耳热作为体积热源，通过间接接耦合方法分析了母线槽内部气流场和温度场，母排间距对母线温升影响显著，存在一个使母排温升最小的最优母排间距，增大外壳高度或宽度能够降低母排温升。     

大功率电力电子装置母排参数提取方法

母排参数是大功率电力电子装置传导噪声模型的重要组成部分。准确提取母排电阻、电感、电容值对精确建立传导模型及主电路结构优化均具有重要意义。基于损耗叠加原理改进了母排电阻的提取方法,并推导复杂波形电流流过母排时的电阻计算公式;总结适用于求解母排电感、电容值的简单解析及有限元仿真方法,并建立实物模型;通过计算、仿真、实测进行对比,验证了求解方法的正确性。     

基于解析数值法的配电房母排磁场屏蔽

鉴于室内配电房广泛使用的平板形大电流母排,根据母排实际尺寸、位置参数等构建了其工频磁场分布的计算模型,将解析法与数值分析相结合求得空间各点的磁感应强度,以便于磁场屏蔽效能的研究.考虑了配电房母排普遍采用的两种排列方式,着重讨论第一种排列方式对应三种屏蔽方案的屏蔽效果,经计算得出第三种方案的屏蔽效果较为理想.接着研究第三种方案对应屏蔽材料、屏蔽板和母排间距离、屏蔽板厚度和高度等对屏蔽效能的影响.结果显示通过增大材料的磁导率、增加屏蔽板厚度和高度、减小屏蔽板与母排间距离,屏蔽效能呈明显增大趋势.最后针对上述特征给出了提高屏蔽效能的可行建议,以降低配电房周围的磁污染,从而减小对电子设备的干扰和人体健康的影响.     

密集型母线槽磁场-温度场综合有限元分析

利用ANSYS有限元软件建立了密集型母线槽的磁场-温度场耦合分析模型,在计算涡流场的基础上得到焦耳热损耗,随后将焦耳热作为体积热源,通过顺序耦合方法准确地计算了密集型母线槽的温度场。耦合过程中引入了预估-校正法,以确保预估的母排和外壳温升值的合理性,从而保证焦耳热损耗和外壳对流散热系数的准确性。母排和外壳温升的计算结果与实验结果吻合得很好,误差在1.2K之内。     

实心转子电磁轴承涡流损耗分析

电磁轴承支承的实心转子在高速旋转时，除由于空气摩擦产生损耗外，转子内还将产生相当大的铁损耗，而且主要是涡流损耗。该文首先通过等效的面电流分布和轴承简化模型，给出了轴承、气隙和转子内电磁场的解析解，并在此基础上计算了作用在转子上的电磁力和转子内的涡流损耗。然后用有限元法（FEM）分析了转子内涡流场的分布及其对磁极和气隙中主磁场的影响。分析表明转子中在磁极后缘附近将产生较大的涡流，随着转速的增加，涡流场将向磁极的后缘和表面集中。解析解与有限元对实际轴承结构的计算结果相比误差很小，表明对定子控制电流的面电流分布的等效假设是合理的。另一方面，考虑磁化曲线饱和时的有限元分析表明，在高速情况下线性模型的误差较大，精确的涡流分析必须考虑磁化曲线的饱和非线型。     

基于全碳化硅功率组件的变流器母排杂散电感解析计算方法

碳化硅(SiC)器件的高开关速度使得其对杂散参数更为敏感,容易激发高频振荡和超调.因此需要对功率回路杂散电感进行准确计算,其中以母排电感最为关键.该文首先对现有母排电感计算方法分析比较,并提出一种考虑趋肤效应影响的母排电感计算方法;在此基础上,结合有限元仿真定量分析空间几何参数、器件布局和母排开孔等因素对母排电感的影响,并通过最小二乘逼近得到多异结构母排电感解析计算公式.最后,使用该方法计算1200V/423A SiC MOSFET测试平台的母排电感,并分别与Ansys Q3D仿真提取结果和实验测试结果对比,结果表明,该方法计算大功率变流器叠层母排杂散电感具有较高的实用性和准确性,可为SiC MOSFET的应用研究和叠层母排的布局设计提供有益支撑.     

板式双边永磁电动悬浮电磁力计算

针对现有电动悬浮模式的缺点,研究了一种由导体板和双边Halbach永磁阵列构成的悬浮系统。相比单边电动悬浮,该系统电磁阻力更小,适用于城市轨道交通。分别采用解析法和有限元法对其产生的电磁力进行计算。首先,建立了空间矢量磁位方程,通过求解该方程可得导体板中涡流分布;其次,研究了空间磁场与涡流的相互作用,得到了电磁力的2D解析表达式,建立了2D和3D有限元模型,计算了不同速度下的电磁力、磁场与涡流,并得出解析法与2D有限元法的平均相对误差为1.7%;最后,通过与单边电动悬浮对比,证明了该悬浮模式可有效提高浮阻比,减小阻力损耗。     

谐波电流对27.5kV干式所用变压器负载损耗的影响

基于场路耦合法,建立干式所用变压器的二维结构模型,考虑绕组的集肤效应和涡流效应,对其漏磁场分布及谐波负载损耗进行仿真分析。通过实例分析了谐波电流对干式所用变压器负载损耗的影响。     

用镜像法计算大型电力变压器漏磁场的研究

大型电力变压器漏电抗及电磁力的计算实际上就是变压器漏磁场的计算,采用镜像电流法对变压器铁心窗中的漏磁场进行了计算,给出了场点处磁感应强度与最高镜像电流次数奇偶性的关系,用最高镜像次数相邻的镜像电流及实际电流算得的场点处磁感应强度的平均值近似场点处磁场感应强度的实际值。用此方法计算变压器的漏磁场,在编程及计算工作量相对较小的情况下,可获得具有很高精度的磁感应强度。     

高压自耦变压器的涡流损耗计算与屏蔽措施

为应对大型电力变压器漏磁场及杂散损耗问题,采用三维非线性涡流场有限元分析方法,以1台高压自耦变压器为研究对象,引入B-H曲线来描述非线性材料的磁特性,对变压器结构件进行了漏磁场及涡流损耗计算。采用屏蔽措施之前,油箱及夹件等结构件涡流损耗及涡流损耗密度较大,容易引起局部过热问题并且影响变压器正常运行。通过进一步分析,给出了油箱磁屏蔽、夹件L型磁屏蔽和肺叶式磁屏蔽等降低杂散损耗的措施,以及多种屏蔽形式对漏磁场及结构件涡流损耗的影响。结果表明对电力变压器油箱、夹件等结构件采取合理的磁屏蔽措施能够有效地降低杂散损耗并消除热点,不同屏蔽形式对其周围结构件涡流损耗及漏磁场具有不同影响。     

Geometry optimization to reduce enclosure losses and outer magnetic field of gas insulated busbars

The magnetic field produced by an alternating current flowing in the busbars of gas insulated substations induces eddy currents in the metal parts nearby. The metal enclosure is exposed to this magnetic field as well, therefore power loss within it is unavoidable. The eddy current losses and the outer field can be reduced by optimizing the substation geometry. This paper deals with the influence of enclosure distance, thickness and material on the losses and outer field of substations having separately enclosed busbars. These results are based on a general 1D analytical model, and as an example, on the 2D finite element simulation of a particular busbar configuration.     

磁力泵磁性联轴器的磁场分析及性能计算

磁力泵磁性联轴器的转矩和涡流损耗对磁力泵性能有重要影响.假设磁转子的气隙远小于其轴向尺寸,可忽略边端效应,磁性联轴器的磁场求解简化为二维平面磁场.采用ANSYS软件,对磁性联轴器的磁场分布进行了数值模拟,得到磁力线分布图和隔离套中感应电流密度矢量图;计算出不同转角状态下的转矩和涡流损耗.分别研究了不同气隙、内外轭铁厚度、内外永磁体厚度及磁极数目对转矩和涡流损耗的影响,以期对磁性联轴器的设计和应用提供参考.     

电力变压器三维涡流场计算与屏蔽问题分析

针对大型电力变压器漏磁场及局部过热问题,笔者应用三维涡流场有限元分析方法对变压器夹件及油箱进行了漏磁场及涡流损耗计算,在此基础上分析了局部过热问题并给出了相应的屏蔽措施,对屏蔽效果的影响因素进行分析,为变压器屏蔽的合理设计提供了参考依据.     

零机械能输出感应电机

传统电机是机-电能量转换,损耗与温升是电机设计时需要削弱和避免的问题。该文从传统电机损耗与温升出发,提出了用于加热的零机械能输出感应电机。利用绕组所产生的径向磁场在实心结构的定子和转子铁心中感应产生涡流,将输入的电能全部转化为热能,具有定子、转子双边加热的特点。其独特的双边加热效果可解决挤塑类设备旋转螺杆加热瓶颈问题。建立了系统等效模型,给出了电磁功率解析表达式,采用有限元法分析了系统涡流分布与铁心端部效应。对样机进行加热实验,结果证明该种电机与传统线圈缠绕式电磁加热相比,具有节能高效、预热时间短、径向温差小等优点。     

高频轴向磁通永磁电机永磁体涡流损耗三维解析模型

针对现有二维解析模型在计算轴向磁通永磁电机永磁体涡流损耗存在精度不足的问题,该文提出一种能够精确计算该类电机永磁体涡流损耗的新型三维解析模型。该模型利用精确子域法和电阻网络模型,能够同时考虑定子开槽、定子谐波电流、涡流反作用和涡流三维分布的影响。利用有限元法验证了精确子域模型计算得到的空载和电枢磁场分布,并在理想空载下,验证了解析模型永磁体表面涡流密度和永磁体涡流损耗值,分析电机在高频运行下涡流反作用对永磁体涡流损耗的影响。最后,对1台7kW、4000rpm的轴向磁通永磁电机进行空载脉宽调制(pulsewidthmodulated,PWM)电压供电实验和空载正弦波电压供电实验,得到因PWM谐波电流引起的永磁体涡流损耗,将实验结果,有限元结果与解析结果作对比,验证了该解析模型的正确性。     

低噪声屏蔽电机定子屏蔽套激振力和受迫振动分析

三相屏蔽电机是屏蔽电泵专属特种电机,该电机的性能优劣对系统振动噪声有很大影响。屏蔽电机气隙内的旋转磁场在定子屏蔽套中感应出涡流,除产生屏蔽套涡流损耗外,该涡流还将与气隙合成磁场相互作用形成径向和切向高频电磁激振力。考虑到定子屏蔽套是薄壁件,与定子齿冠间存在一定的安装间隙,所以在电磁激振力下定子屏蔽套将产生电磁振动和噪声。首先从解析的角度推导得到了径向和切向电磁激振力的数学表达式,进而采用有限元法计算定子屏蔽套典型位置点磁通密度时间谐波和圆周方向上磁通密度空间谐波分布规律及谐波含量,得到了不同屏蔽套材质时的涡流电流密度分布。计算了定子屏蔽套采用哈氏合金时的电磁激振力变化曲线,并与解析计算结果进行了横向对比,验证了解析计算的正确性。最后,计算分析定子屏蔽套的工作模态和在电磁激振力作用下的机械形变,为后续屏蔽电机的减振降噪提供理论依据。     

大型建筑物配电房母线工频磁场计算

为了研究建筑物配电房母线产生的工频磁场,根据配电房大电流母线集肤效应显著的特点,提出了采用模拟电流法对三相母线的矢量磁位进行计算.构建了配电房圆形母线工频磁场分布计算的物理模型并对其进行了相应的简化,合理设置模拟电流和匹配点后联立线性方程组,得出模拟电流值和矢量磁位,并在校验了计算精确度的基础上计算母线周围的磁场分布.应用该方法计算了某配电房母线周围的工频磁场分布,并结合我国环保推荐的场强限值对其分布情况进行了分析.这种方法的优点在于校验误差小,其计算结果真实地反映了大电流母线运行时的磁场分布状况.     

变压器箱体涡流损耗的三维有限元分析

建立了电力变压器漏磁场及箱体涡流损耗的计算模型,计算了变压器箱体的涡流损耗分布,提出了减少箱体涡流损耗的电磁屏蔽和磁屏蔽方法.