铁道牵引变压器动态温升的仿真计算
一种高铁牵引电机的温升计算方法
△ ７ ．
式 中 ：ｐ为热量 ， ，△ 为 温升 ，℃ 为热 阻 ，℃ 。 在 电机温升计算中 ，热量 Ｐ为电机的损耗 ，温升
传导热阻 Ｒ＝Ｌ／（ｋＡ ｏ式中：Ｌ为长度 ，ｍ；ｋ为材 料 的导热系数，Ｗ／（ｍ·ＫＭ 为表面面积，ｍ 。
辐射热阻 Ｒ＝Ｉ／（ｈＡ）。式中：ｈ为辐射传热系数 ， Ｗ／（ｍ ·Ｋ）；Ａ 为表 面面积 ，ｍ２；ｈ＝ｏ－８ｌ（ＴＩ４－Ｔ２４）Ｉ（Ｔ１一 ，
为斯忒藩 一玻 尔兹曼常量 ，ｗ／（ｍ２·Ｋ４） 为发射 率 ， 为热力 学温 度 ，Ｋ。
对流热阻 Ｒ＝Ｉ／（ｈＡ）。式中：ｈ为对流传热系数 ， ｗ／ｆｍ ·ｋ）；４为 表 面面积 ，ｍ 。
２０１７年 第 ｌ期
贾 程甲 ： 电机 中热阻定义的 阐述 ，完成 了对 电机 中 热路图 中要素 的定 义 ，即电机 的热路 图是 由热源 、热 阻 和散 热路径这三大要 素组成 的。如下 图 １所示。 １．２ 操作方法
通过 输 人 电机 径 向截 面 参 数 和 轴 向 截 面参 数 ， 建 立 电机 的三 维模 型 ，在 对 电机 的绕 组部 分进 行 参 数 建模完 成 整个 电机模 型 的建立 。
总 第 １３３期 ２０１７年 第 １期
０ 黪
现 代 工业 经 济 和 信 息 化
Ｍ ｏｄｅｒｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｃｏｎｏｍ ｙ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ
牵引电机定子绕组温升测试与计算方法研究
牵引电机定子绕组温升测试与计算方法研究一、定子绕组温升测试方法：1.热敏电阻法：使用热敏电阻测量定子绕组温度变化。
在定子绕组中安装多个热敏电阻，根据电阻的变化来计算温升。
2.红外线测温法：利用红外线测温仪测量电机外壳和定子绕组表面的温度。
通过测量的温度差值来计算绕组的温升。
二、定子绕组温升计算方法：ΔT = Rth * (P - Pc)其中，ΔT为定子绕组温升（℃），Rth为电机的热阻（℃/W），P 为电机有功损耗（W），Pc为电机冷却功率（W）。
2.有限元分析法：使用有限元分析软件对电机进行建模，通过模拟电流通过绕组产生的损耗来计算绕组温升。
这种方法能够考虑电机的几何形状和材料特性等因素，计算结果更准确。
三、定子绕组温升测试与计算方法的研究：1.温升测试方法：可以结合热敏电阻法和红外线测温法，通过比对两种方法得到的结果来验证测试结果的准确性。
2.温升计算方法：可以通过电机运行监测系统记录电机的实时工况数据，利用专业的数据处理软件进行温升计算和分析。
同时，还可以采用有限元分析方法对电机进行数值模拟，提高温升计算的准确度。
四、定子绕组温升的影响因素：1.运行条件：包括电机的负载大小、转速、起停次数等因素。
负载越大，电机的功耗越高，绕组温升越大。
2.冷却方式：包括自然冷却和强制冷却。
自然冷却方式下，绕组散热较差，温升较大；强制冷却方式下，能够提供更好的散热条件，温升较小。
3.绕组材料和绝缘材料：绕组和绝缘材料的导热性能和耐高温性能对定子绕组温升有很大的影响。
选用导热性能好、耐高温的材料可以降低绕组温升。
综上所述，牵引电机定子绕组温升测试与计算方法的研究是电机安全运行和寿命评估的重要内容。
通过合理选择测试方法和计算方法，结合运行监测系统和有限元分析软件等工具，能够准确评估定子绕组的温升情况，为电机的正常运行和维护提供科学依据。
牵引电机定子绕组温升测试与计算方法研究
牵引电机定子绕组温升测试与计算方法研究牵引电机定子绕组温升测试与计算方法研究随着科技的进步，牵引电机在电力领域已经发挥了重要的作用。
由于牵引电机在高速、高精度运行中，加热损耗和温度涨落也是牵引电机一大问题。
因此，对于定子绕组温升测试与计算方法研究，就变得尤为必要。
首先，要在有限的空间内，构成一个实验的系统，进而完成牵引电机定子绕组温升测试。
实验系统包括电机本体和实验室相关仪器，如电阻选择开关、量热仪、测转子温度仪等，用于测量定子绕组温升情况。
在实验前，还要将电机安装在一个固定的床上。
同时，根据牵引电机的励磁特性，调整好实验条件，如电源和定子实际电流，确保合理的励磁电流下，进行测试。
接着，就要分析测量出的温升数据，以得出定子绕组的温升情况。
其核心就是要确定牵引电机定子绕组温升的计算模型，即温度涨落的函数关系式。
该关系式可以以有限元分析的形式表示，通过有限元分析，可以得出电机内部温度分布情况，以及绕组各部分的温度值。
有了函数关系式，参数估计成为计算温升情况必不可少的环节。
需要利用共轭梯度迭代算法，结合拟合温度实验数据，来优化参数计算。
最后，就是通过求解参数，依据有限元模型来计算牵引电机定子绕组的温升情况。
求解后又可以采用较为普遍的多项式函数进行拟合，将温升分布表示出来，从而得出牵引电机定子绕组的加热特性和温度分布。
总之，牵引电机定子绕组温升测试与计算方法研究，包括实验系统构建、温度涨落函数关系式求解、参数估计以及数据分析，是一个复杂且耗时的过程，它为进一步深入了解牵引电机的热特性和功能提供了切实的依据。
变压器温升的计算方法及公式
变压器温升的计算方法及公式
采用空气冷却的变压器，它的温升除了与磁心损耗和绕组铜损之和有关外，还和辐射表面的面积有关。
气流流经变压器，变压器的温度会降低，降低的程
度与气流速度（in(3) ／min）有关。
想要精确、系统地计算出变压器的温升是不容易的，但可以通过一些经
验曲线来得到温升值，误差只在10℃以内。
这些曲线是基于辐射表面面积的热敏阻抗这一概念得来的。
散热片热敏阻抗Rt 的定义为散热片每耗散1W 功率所带来的温升（通常以℃为单位），温升的增加dT 与耗散功率P 之间的关系为：dT＝PRt。
一些厂家还给出了不同产品的R，值，这就间接说明了磁心外表面的温
升为Rt 与磁心损耗和铜损之和的乘积，有经验的用户通常会假定内表面最热
点（一般位于磁心的中心柱）的温升比磁心外表面温升高10～15℃。
温升不仅和辐射表面的面积有关，还与磁心总的耗散功率有关。
辐射表
面的耗散功率越大，辐射表面和周围空气的温差就越大，表面也就更容易冷却，也就是说表面的热敏阻抗越低。
因此，在估算变压器的温升时，往往将变压器｀总的外表面积看成是一
个等效散热片的辐射表面积。
总的外表面积为
（2×宽度×高度＋2×宽度×厚度＋2×高度×厚度）
等效散热片的热敏阻抗可以根据总的耗散功率（磁心损耗与铜损之和）
来校正。
散热片的热敏阻抗与表面积的关系曲线如图（a）所示。
这是一条经验
曲线，它是根据大量的不同厂家、不同尺寸和不同形状的散热片的平均值得来的。
图中标出的都是1 W 功率级的热敏阻抗值，它位于双对数坐标中的直线上。
地铁车辆牵引逆变器热管散热器的温升试验及热仿真
地铁车辆牵引逆变器热管散热器的温升试验及热仿真丁杰;张平【摘要】为快速、准确地计算和分析地铁车辆牵引逆变器的热管散热器性能及其绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)模块的瞬态温度场分布,在牵引逆变器中相邻的IGBT模块间布置PT100热电阻进行温升试验,得到用于热仿真计算的输入条件和验证仿真结果准确性的试验数据;采用计算流体动力学仿真软件FLUENT对热管散热器和IGBT模块的冷却空气流场、温度场和对流换热系数的分布进行稳态热仿真;将仿真得到的对流换热系数分布插值到有限元粗糙网格模型中,以保持与仿真模型的边界条件一致,并联合采用有限元法和模型降阶法开发能够实现热管散热器和IGBT模块瞬态热仿真的快速计算程序.与试验结果的对比表明:各测温点的仿真结果误差不超过5％,仿真结果的准确性高;在保证仿真模型边界条件一致的条件下,与单纯采用有限元法相比,有限元法与模型降阶法相结合进行仿真计算,可以在保持有限元法计算准确性的基础上,通过模型降阶提升计算效率.【期刊名称】《中国铁道科学》【年(卷),期】2016(037)003【总页数】8页(P95-102)【关键词】牵引逆变器;绝缘栅双极型晶体管;热管散热器;温度场分布;计算流体动力学;有限元法;模型降阶法;地铁车辆【作者】丁杰;张平【作者单位】湘潭大学土木工程与力学学院,湖南湘潭411105;南车株洲电力机车研究所有限公司南车电气技术与材料工程研究院,湖南株洲412001;湘潭大学土木工程与力学学院,湖南湘潭411105【正文语种】中文【中图分类】U264.372牵引逆变器是地铁车辆的关键部件，而绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)模块是牵引逆变器中最为核心的器件。
根据IGBT模块的失效机理可知，其在封装时各层材料的热膨胀系数不一致，在长期高温热循环作用下可发生铝键合线断裂或脱落、硅芯片与衬板之间及衬板与基板之间的焊料层老化、栅极氧化层损坏和芯片失效等[1-3]。
牵引变压器电动力仿真分析
· １０７ ·设计应用图1 漏磁场分布云图2 绕组电动力的计算2.1 绕组电动力的计算原理分析将电磁力置于磁场中的电流元的情况，主要参照的理论依据包括有限元模型、比奥—萨伐尔定律[2] 和其微分形式。
d f x =B y j d v（1） d f y =B x j d v （2）图2 铁芯分布云图式中，B x 、B y 分别为线圈单元上的径向和轴向磁密轴向力和径向力可以分别用d f x 和f y 来表示。
j 是电流密度即体积为d v 的线圈单元上的电动力。
鉴于变压器内部漏磁场对绕组电磁力计算结果的重要影响，漏磁场的计算占据着极其重要的地位。
一个单元的电磁力可以以方程（1）和方程（2）为理论依据，通过更深一步的探索获取计算结果。
下面列举的即为利用积分形式的毕奥-沙伐尔定律来求解作用线圈部分上的电磁力的公式：x y d vF B j v =∫y x d vF B j v =∫各单元的电磁力可以采用有限元模型和离散化的绕组区域求解，式（5）和式（6）则详细阐述了计算绕组整体或部分的径向或轴向力的方法：y z me e lF B jv =∑z y mee l F B jv =∑其中，B e代表单元内的平均磁感应强度，单元体e 来表示，m 则表明计算电磁力区域的单元数。
单元表[ j ]中的各单元电流密度来源于三维漏磁场模图3 牵引绕组径向漏磁场分布情况图4 牵引绕组轴向漏磁场分布情况同理，可求得高压绕组、供电绕组、辅助绕组的漏磁场分布云图，如图5～图10所示。
图5 高压绕组径向漏磁场分布云图图6 高压绕组轴向漏磁场分布云图图7 供电绕组径向漏磁场分布图8 供电绕组轴向漏磁场分布图9 辅助绕组径向漏磁场分布云图10 辅助绕组轴向漏磁场分布云综上，轴向漏磁远大于径向漏磁是牵引变压器各绕组漏磁场分布情况的主要特点。
由式（5）和式（6）可知，牵引变压器的径向路磁场远大于轴向漏磁场，径向电动力起决定性作用。
牵引变流系统热设计与温升仿真研究
参数↘模块
逆变器
外观尺寸（mm）
540*350*340
散热尺寸(mm)
400*200*84
输入电压(V)
540
额定功率(kVA)
140
开关频率(Hz)
1,500
2.3 功率模块损耗计算
四象限整流器和逆变器使用的是相同的 IGBT
半桥模块，一个 IGBT 开关包括一个 IGBT 和一个并
联二极管，IGBT 的损耗包括通态损耗 PSS 和开关损
图 2 CRH3 变流器实物外形图 Fig.2 The object outside draw of CRH3 converter
CRH3 型动车组每台牵引变流器包含两组四象 限整流器和一组逆变器。在牵引操作时，单个四象 限 整 流 器 的 输 入 频 率 为 50Hz ， 输 入 功 率 约 为 1430kVA，逆变器的输出功率约为 2370kVA。图 3， 图 4 为整流器和逆变器的基本电路原理图。
图 3 四象限整流器主电路简图 Fig.3 Main circuits diagram of 4-quadrant rectifier
Vd
+
U
CD
V W
-
图 1 牵引传动系统简图
Fig.1 Diagram of traction and drive system
受电弓经 AC25kV 接触网，通过布设在车顶和 车端的高压电缆将电能输送到装在车下的牵引变 压器，变压器的副边感应出 4x1550V 的电压并通过 车辆间的连接馈线接到设在动车车下的变流器单 元。变流器单元内部的四象限斩波器将 1550V 的交 流电整流为 2700V-3600V 的中间直流电压。中间直
+
变压器的温升计算
第六章变压器的温升计算第一节变压器的发热和冷却过程 无论油浸式变压器或是干式变压器，它们在运行的过程中，由于有铁耗与铜耗在，这些损耗都将转换成热能而向外发散，从而引起变压器不断发热和温度升高。
具体而言，铁耗和铜耗所产生的热量将首先使铁芯和绕组的温度逐步升高。
最温度上升很快，但随着铁芯和绕组温度的升高，它们对周围的冷却介质(如油或空气有一定的温度差(又叫温差或温升)，这时绕组及铁芯就将一部分热量传到周围的介质去，从而使周围的介质温度升高，此时，由于绕组及铁芯有一部分热传给周围介质本身温度上升的速度将逐渐减慢。
经过一段时间后，绕组及铁芯温度最终达到稳定态，而不再升高，这时绕组和铁芯继续产生的热量将全部散到周围介质中去。
这就热平衡状态，上述过程是受“传热学”的规律所决定的。
在热稳定状态(热平衡)下，热流体所经过的路径是很复杂的。
在油浸变压器中般可有下列几个特点： (1)绕组及铁芯的损耗所产生的热量，将由绕组及铁芯的内部最热点，依靠传导传到绕组及铁芯与油接触的表面。
因而表面温度总比内部最热点的温度要低 图6—1表示了绕组的内部沿辐向方向的温差分布情况． 变压器在做绕组的温升试验及计算时，只能得出绕组的平均温升，而绕组的最比平均温升一般要高出10～15℃．如前所述，最热点温升对确定变压器的负载能力言，是很重要的数据，目前虽可以利用光纤测温等方法来测量绕组最热点的温度，装置费用昂贵，迄今尚未被广泛采用。
(2)当绕组及铁芯内部的热量传到表面以后，此时，绕组及铁芯表面的强度就会的温度要高些，从而将有一部分热量传到绕组及铁芯表面附近的油中，并使油的温渐上升。
一般绕组平均温度比油的平均温度要高出20~30℃(这就是说，绕组对油的平升一般为20~30℃)，通常在设计时，根据经验把绕组对油沮升控制为不超过25K较 (3)当绕组及铁芯附近的油被加热之后，就会自动向上流动，而冷却后的冷油则流动，这就是抽的对流作用(油的热传导性能很差，主要靠对流)，从而使整个变压器箱中的油温升高．另外，热油总向上流动，冷油向下流动，故油箱上部的油总比下沮要高些。
高速动车组牵引变压器热仿真
曲线 的基 础 上 确 定 出来 。文献 Ｉ ］ 传 统 的 电 阻法 ， － 用 ２ 即 变化 来 确定 绕 组 温升 。该 断 电测 量 绕 组 温 升 时 都 会 因
自身 的缺 陷造成绕 组 温度 的损 耗 ， 而 使绕 组 的热 态 电 从
大 型 电力变压 器 常用 的冷却 方式 一 般分 为 ３种 ： 油
第 ３ １卷 第 ， 期 ｂ ２１ ０ １年 １ ２月
铁 道 机 车 车 辆
ＲＡＩ Ｗ ＡＹ Ｌ Ｉ ０ＣＯＭ ０ＴＩ ２ Ｏ１１
文 章 编 号 ：０ ８ ７ ４ （０ １ ６ ０ １ —０ １ ０ — ８ ２ ２ １ ）０ — ０ ２ ３
高速 动 车组 动力 设 备 的可靠 性 和安 全 性 提 出 了 越来 越 高 的要求 。牵引 变 压 器 是 电气 化 铁 路 中最 主 要 的 电气
设备 ， 性能 的优 劣对 电气 化铁 路 的运行 有 着决 定 性 的 其
影 响 。牵 引变压 器 是 高 速 动 车组 牵 引 传 动 系 统 的 关键 部件 ， 温升 直接 关 系到变 压器 的绝 缘 寿命 和运 行 的安 其 的， 这为 掌握 高速 动 车组 的温升 特性 及其 动 力 配置 提 供
车实 际 运 行 过 程 中 的 变 化 情 况 。而 目前 国 内变 压 器 温 升 仿 真 软 件 并 没 有 真 正 有 效 地 用 于 高 速 动 车组 主 变 压 器 上 。
为 实 时 监 测 列 车 运 行 过 程 中变 压 器 主要 部 位 温 升 的变 化 情 况 ， 文 采 用 了 发 热 时 间 常 数 法 ， 到 了牵 引 变 压 器 实 本 得 时 的 温 度 曲 线 ， 一 步 可 得 到 变压 器 的 温 升 裕 量 ， 高 速 牵 引变 压 器 热 容 量 的选 择 及 列 车 的 动 力 配 置 提 供 了依 据 。 进 为 关 键 词 高 速 动 车 组 ；牵 引 变 压 器 ； 引 负 荷 ；仿 真 模 型 ； 升 牵 温
变压器的温升计算公式
变压器的温升计算公式
于试验数据，企业本身有大量试验数据，温升问题垂手可得。
下面就温升的计算公式进行探讨，本文仅提出一个轮廓，供大家参考。
2 热阻法
热阻法基于温升与损耗成正比，不同磁心型号热阻不同，热阻法计算温升比较准确，因其本身由试验得来，磁心又是固定不变的，热阻数据由大型磁心生产厂商提供。
有了厂家提供的热阻数据，简单、实用何乐而不为。
高频变压器可采用这一方法。
而铁心片供应商不能提供热阻这一类数据，因此低频变压器设计者很难采用。
热阻法的具体计算公式如下:
式中，
温升ΔT(℃)
变压器热阻Rth(℃/w)
变压器铜损PW(w)
变压器铁损PC(w)
3 热容量法
源于早期的灌封变压器，由于开放式变压器的出现这种计算方法已被人遗忘，可以说是在考古中发现。
这种计算方法的特点是把变压器看成是一个密封的元件，既无热的传导，也无热的辐射，更无热的对流，热量全部靠变压器的铁心、导线、绝缘材料消耗掉。
这样引出一个热容量(比热)的概念，就可以利用古人留给我们的比热的试验数据，准确的计算出变压器的温升来。
不是所有的变压器都可以利用这一计算公式，唯独只有带塑料外壳的适配器可采用这一方法，这种计算方法准确度犹如瓮中捉鳖十拿九稳。
地铁牵引变电站整流器钢结构件涡流感应发热的温升计算
地铁牵引变电站整流器钢构件涡流感应发热的温升计算杨冠豪北京整流器厂摘要本文分析了引起地铁牵引变电站整流器钢构件涡流感应发热温升的因素，推出了计算大电流母排横越钢构件和固定螺栓上磁场强度的计算式；求出了两种负载条件下钢构件和螺栓的温升；提出了降低温升的措施。
关键词大电流母排磁场强度涡流感应发热温升前言变流器设计是涉及多学科的专业技术工作。
一个完善的变流器产品，必需满足电气、机械性能各个方面的技术要求，为此要进行电气设计、结构设计、机械强度校核、电动力计算、热设计以及涡流感应发热的温升计算等工作。
本文着重介绍地铁牵引变电站整流器（简称地铁电源）柜体钢构件涡流感应发热的温升计算。
地铁电源柜内有2种载流量较大的母排，即交流侧输入母排和直流测输出母排。
直流输出母排的电流为经过整流后的脉动直流电，其交流分量很小，当装置为六脉波整流时，其电压纹波系数为4.18％，当装置为十二脉波整流时，电压纹波系数仅为0.994%，因此直流输出母排的电流对钢构件的涡流感应效应小，由此引起的发热温升可忽略不计。
交流侧输入母排则不同，频率为50Hz的交流电脉动大，母排载流量也较大，因此，在结构设计时，应对交流母排引起钢构件涡流感应发热进行温升计算，这一点对于以自冷方式工作的地铁电源尤为重要，因为这种装置内的电器元件、导体、母排的散热已受柜内空间的限制，若柜内钢构件因大电流母排引起感应发热将使柜内电器元件的散热更加困难，为此，必需将柜体钢构件因涡流感应发热引起的温升控制在一定范围之内。
然而，在国标GB/T3859.1-93《半导体变流器基本要求的规定》有关温升试验条款以及表14中，“变流器各部位的极限温升”没有规定变流器结构或壳体覆板的温升。
在ZBK36001-89《低压抽出式成套开关设备》和GB7251-87《低压成套开关设备》有关温升试验条款中，都规定了“可接触的外壳和覆板”“金属表面”的温升为30K，并又注明“除非另有规定，对可以接触但正常工作不需触及的外壳和覆板，允许其温升比表面的数据高10K”。
动车组异步牵引电机温升特性分析与仿真
动车组异步牵引电机温升特性分析与仿真随着交通工具的发展和技术的进步，动车组在现代交通领域的重要性日益突出。
动车组的核心部件之一是异步牵引电机，它承担着提供动力和驱动车辆运行的重要作用。
在实际运行中，牵引电机会产生一定的温升，而牵引电机的温升特性对其性能和寿命有着重要影响。
因此，对动车组异步牵引电机的温升特性进行分析和仿真是非常必要的。
首先，我们需要了解动车组异步牵引电机的工作原理。
异步牵引电机是由定子和转子组成的。
在运行过程中，电网提供给定子线圈的电压，通过电磁感应作用，产生旋转磁场。
转子中的传感器感应到这个旋转磁场，从而在转子中产生感应电动势，使转子也开始旋转。
转子的旋转带动动车组的车轮转动，实现车辆的运行。
在实际运行中，异步牵引电机会受到的负载和使用环境的影响，从而产生一定的温升。
温升会导致电机的绝缘老化，磁性材料的磁性能下降，从而降低电机的效率和性能，甚至影响电机的寿命。
因此，对动车组异步牵引电机的温升特性进行分析和仿真，有助于确定电机的工作温度范围，优化电机的设计和运行参数，提高电机的效率和寿命。
温升特性分析和仿真主要包括以下几个方面：1. 热传导和散热分析：热传导和散热是影响电机温升的重要因素。
通过对电机的结构和材料进行分析，可以确定热传导路径和散热方式，评估散热效果，并提出相应的改进方案。
同时，还可以考虑使用散热装置和材料来提高电机的热效率。
2. 载荷和运行状况仿真：电机的温升与其所承受的负载和工作状态密切相关。
通过仿真分析不同负载和运行状况下电机的温升情况，可以评估电机的热稳定性，并提出相应的改进和优化方案。
同时，还可以通过仿真分析优化电机的工作参数，如电压、频率和功率因数等，以提高电机的效率和降低温升。
3. 材料特性分析：电机的材料特性对温升有重要影响。
对电机所使用的绝缘材料、导磁材料和散热材料进行分析和测试，可以确定材料的热性能和耐高温性能，为电机的设计和运行提供依据。
同时，还可以通过分析材料特性来评估电机的绝缘性能和磁性能，预测电机的效率和寿命。
电力变压器的温升计算与散热设计
电力变压器的温升计算与散热设计电力变压器作为电力系统中至关重要的设备之一，其正常运行需要保持温度稳定，以确保设备性能和寿命。
本文将介绍电力变压器的温升计算方法以及散热设计原则，以帮助读者更好地理解和应用于实际工程。
一、电力变压器的温升计算电力变压器的温升计算主要基于电流密度和导热方程进行。
下面将分别介绍电流密度的计算和导热方程的应用。
1. 电流密度的计算电流密度是电力变压器温升计算的重要参数之一。
其计算公式如下：电流密度 = 传导电流 / 导体横截面积传导电流是指变压器中通过导体的电流总量，可以通过电压和线路电阻计算得到。
导体横截面积可以由导线的材料、尺寸等参数确定。
2. 导热方程的应用导热方程是电力变压器温度分布计算的基础，其计算公式如下：Q = k × A × ΔT / LQ：单位时间内传导的热量k：导热系数A：导热面积ΔT：温度差L：热传导路径长度通过导热方程，可以计算出变压器各部分的温度分布情况，有效指导散热设计。
二、电力变压器的散热设计电力变压器的散热设计是为了确保设备的温度稳定在安全范围内，以提高设备的可靠性和寿命。
以下是几个常见的散热设计原则。
1. 合理的散热结构设计变压器的散热结构设计应充分考虑热量传递和热量分配情况。
通常采用散热片、散热器、风扇等结构，在保证散热效果的同时要尽量减小设备的体积和噪音。
2. 散热介质的选择散热介质的选择对于电力变压器的散热效果至关重要。
常见的散热介质包括风、水和油。
根据具体情况选择合适的散热介质，并确保散热介质的流通和更替。
3. 散热性能的检测和监控对于电力变压器的散热性能应定期进行检测和监控，及时发现散热问题并采取相应的措施。
可以使用红外热像仪等设备对变压器进行温度检测，确保设备的正常运行。
三、总结电力变压器的温升计算与散热设计是电力系统中不可或缺的重要环节。
通过合理地计算电流密度和应用导热方程，可以有效地预测变压器温升情况。
高速列车牵引变压器系统隔振仿真计算
ＩｘＹ
Ｉｖｚ
ｌｘｚ
０．１８
１．６５
ｌ９．８ｌ
３．质心 坐标 （哪 ）（图 ４坐 标 系 ）
Ｘ
Ｙ
Ｚ
ｌ３．５
—２ｌ２
４．质 量（ｋｇ）
—３．６
２６５０
３．２自振 频率 与振 型 对 系统模 型进 行模 态 分析 ，即可 得 到隔 振 系统 的频 率 和振 型 ，见 表 ５。 在此 ，我 们 定 义沿 着 Ｘ轴 平移 为 伸缩 ，沿 着 Ｙ平移 为 浮 沉 ， 沿 着 ｚ平 移 为横 移 。绕 着 ｘ轴 转 动为 侧 滚 ，绕 着 Ｙ转 动 为摇 头 ， 绕 着 ｚ转 动为 点头 。
为 ｘ轴 ，沿车体垂向为 Ｙ轴 ，沿车体横向为 ｚ轴 。
２．４悬挂 点位 置 在 网 ４所 示 坐标 系下 各 悬挂 点 相 对 于原 点 的坐 标值 如 表 ３
刁 。
表 ３ 悬 挂点 坐标
３ 结果及 分 析
３．１静力 分析 在静 力平 衡 状态 下 ，通 过对 系统 的静 力分 析 可算 ｍ各悬 挂
－
一
图 ２ 坐 标 系 Ｏ—ＸＹＺ
在 该坐 标 系下 的质量 参 数值 见表 ｌ。 表 １坐标 系 Ｏ—ＸＹＺ下 的质 量参 数值
１．转 动惯量 （图 ４坐 标 系、（ｋｇ＊ｍ 、
Ｉｘｘ
ｙ
Ｉｚｚ
５８６．３２
９ｌ ８．１８
４７６．０４
２．惯性 积 （图 ４坐 标系 下 ，ｋｇ＊ｍ＾２）
表 ５ 模 态计算 结 果
注 ：第二主振型括号 内数字为该振型参与 系数。
３－３传 递率 分析 在 变压 器稳 定运 转 时 ，其一 阶激 扰 频率 为 ５０Ｈｚ。 通 过 对传 递 率 曲线 进 行分 析 ，该 参 数 的 橡胶 减 振器 能 够 起 到较 好 的 隔振效 果 。 ４ 结 论 ４．１设 计 减振 器 垂 向静 刚 度 为 １０００￣１５０Ｎ／ｍｍ，可 满 足静 扰 度不小 于 ６ｍｍ设 计 要求 。 ４．２在激 扰 频率 ５０Ｈｚ时 ，隔振 系统 传 递率 均 非 常小 ，能起 到 很好 的隔振 效 果 。 ４．３建议设 计 减振 器垂 向的动 静 比为 １．８￣０．３，可 满 足浮 沉频 率在 ８Ｈｚ一９Ｈｚ范 围内 。
变压器仿真算法 python
变压器仿真算法通常涉及到电路模拟和数值计算。
在Python中，可以使用诸如`scipy`、`numpy`和`matplotlib`等库来模拟和分析变压器的电气行为。
以下是一个简单的示例，展示如何使用Python来模拟一个理想变压器的电气特性。
理想变压器的公式是`V1/V2 = N1/N2`，其中`V1` 和`V2` 分别是初级和次级的电压，`N1` 和`N2` 分别是初级和次级的匝数。
```pythonimport numpy as np# 定义变压器的匝数N1 = 100 # 初级匝数N2 = 200 # 次级匝数# 定义初级电压V1V1 = 220 # V# 计算次级电压V2V2 = V1 * N1 / N2print(f"次级电压V2: {V2} V")# 如果我们想要模拟一个实际的变压器，可能需要考虑电阻、电感和电容等因素# 这时，我们可以使用电路仿真库如CircuitPython 或SPICE 模拟器来进行更复杂的仿真```对于更复杂的变压器模型，可能需要考虑铁心损耗、绕组损耗、漏感和容抗等因素。
这些因素可以通过建立一个详细的电路模型来模拟。
使用SPICE仿真器，如`pyspice`，可以进行这样的模拟。
以下是使用`pyspice`进行变压器仿真的一个基本示例：```pythonfrom pyspice.circuit import Circuitfrom pyspice.spice import spice_parser# 创建一个电路对象cir = Circuit()# 添加组件，例如变压器的初级和次级绕组cir.add(spice_parser.parse('R1 1 2 100')) # 假设的电阻值cir.add(spice_parser.parse('L1 1 2 1e-6')) # 假设的漏感值cir.add(spice_parser.parse('C1 2 3 1e-6')) # 假设的容抗值# ... 更多的组件和连接# 设置仿真参数cir.setup(temperature=25, supply_voltage=V1, initial_condition='DC', step_size='10m', number_of_points=100) # 运行仿真cir.run(sim_type='DC', analysis='transient', transient_step=1e-6, transient_time=1e-3)# 获取结果v_primary = cir.get_value('v(1)') # 初级电压v_secondary = cir.get_value('v(2)') # 次级电压print(f"仿真初级电压V1: {v_primary} V")print(f"仿真次级电压V2: {v_secondary} V")# 绘图显示结果（如果需要）# cir.plot()```这段代码只是一个非常基础的示例，实际的变压器仿真会涉及到更多的细节和计算。
高速动车组牵引变压器热仿真
高速动车组牵引变压器热仿真刘永欢;董侃;耍利娜;刁利军;刘志刚【摘要】牵引变压器温升直接关系到变压器的绝缘寿命和运行的安全性,故需研究高速列车牵引变压器温升随列车实际运行过程中的变化情况.而目前国内变压器温升仿真软件并没有真正有效地用于高速动车组主变压器上.为实时监测列车运行过程中变压器主要部位温升的变化情况,本文采用了发热时间常数法,得到了牵引变压器实时的温度曲线,进一步可得到变压器的温升裕量,为高速牵引变压器热容量的选择及列车的动力配置提供了依据.【期刊名称】《铁道机车车辆》【年(卷),期】2011(031)006【总页数】4页(P12-14,104)【关键词】高速动车组;牵引变压器;牵引负荷;仿真模型;温升【作者】刘永欢;董侃;耍利娜;刁利军;刘志刚【作者单位】北京交通大学电气工程学院,北京100044;北京交通大学电气工程学院,北京100044;北京交通大学电气工程学院,北京100044;北京交通大学电气工程学院,北京100044;北京交通大学电气工程学院,北京100044【正文语种】中文【中图分类】U264.3+6近年来，随着我国动车组的不断提速，铁道部门对高速动车组动力设备的可靠性和安全性提出了越来越高的要求。
牵引变压器是电气化铁路中最主要的电气设备，其性能的优劣对电气化铁路的运行有着决定性的影响。
牵引变压器是高速动车组牵引传动系统的关键部件，其温升直接关系到变压器的绝缘寿命和运行的安全性，因此对牵引变压器进行热仿真计算是非常必要的，这为掌握高速动车组的温升特性及其动力配置提供了依据。
1 牵引变压器温升模型建立1．1 模型建立的背景由于变压器空间结构的复杂性和涉及电磁学及热力学，一些工程问题无论试验或分析方法解决都相当困难，目前还缺乏有效的在线检测变压器温升的手段。
准确计算和预测变压器内部的温升一直是变压器制造与运营中的一个重要的课题。
在变压器热特性的理论研究方面，国内外的一些专家学者已做了不少的算法。
干式车载牵引变压器绕组区域动态温度计算模型
干式车载牵引变压器绕组区域动态温度计算模型
王东阳;蔡小虎;夏颖怡;朱秋月;张涛;周利军
【期刊名称】《铁道学报》
【年(卷),期】2024(46)4
【摘要】干式车载牵引变压器质量轻、安全系数高,但其内部热场随运行环境及负荷状态频繁波动。
为实现干式车载牵引变压器绕组动态温度的快速计算,基于热电类比原理搭建分布式动态热网络拓扑结构,并借助CFD模型开展仿真试验,探究运行参数和风道尺寸对散热性能的影响,提出风道出口温度计算方法;基于干式车载牵引变压器绕组温升试验平台,验证动态温度计算模型的有效性。
结果表明:针对不同结构参数和时变运行场景,所建绕组动态温度计算模型均能准确获取绕组区域温度分布及动态变化情况,相比CFD数值仿真节省99%以上的时间成本,有助于干式车载牵引变压器热容量的合理规划和设计效率的进一步提高。
【总页数】9页(P38-46)
【作者】王东阳;蔡小虎;夏颖怡;朱秋月;张涛;周利军
【作者单位】西南交通大学电气工程学院;中国建筑西南设计研究院;国家铁路局装备技术中心
【正文语种】中文
【中图分类】U264.3
【相关文献】
1.干式及油浸式变压器绕组温度及散热能力比研究
2.强迫油循环风冷式牵引变压器的动态温度场模型
3.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
4.一种简化的油浸式变压器绕组热点温度计算模型
5.动车组干式车载牵引变压器质量-热点温升均衡优化
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１ 变压器温升计算模型
变压 器工 作过 程 中由 于电磁 损 耗 ，绕组 和 铁
芯均 要产 生热 量 ． 些热 量 被 周 围 的变 压 器 油 吸 这 收后 ，油温 升 高 ，密 度 减 少． 沿 着 绕 组及 铁 芯 油 上 升 ，进入 散 热器 的管 内．通 过 对 流将 热传 给 管
行 ， 实 际 负荷 与 额 定 负 荷 之 比为 Ｋ ＝ Ｓ Ｓ ， 设 ／ 则
文献［ ］ ２ 分析 了变压器 内部的热传递过程 ， 把变
压器 看成 四阶 环节 的非 线 性 系 统 ， 出 变压 器 的 得
热摸型 ， 借助于理论和实验数据求取该模型参数．
文献 ［ ］ 立 了变压器 绕 组 温 度ห้องสมุดไป่ตู้预测 和 人工 神 经 ３建 元 网络 Ｂ Ｐ模 型 ， 并验 证 了其 可 行性 和 优越 性 ． 文
严 俊
（ 青藏铁路公司 ， 青海 西宁 摘 ８ ００ １０ ０）
要： 针对铁 道牵引变压器在各种负荷条件下的温升情况 ， 进行 了深入 的仿真计算研究 ， 揭示了影响牵 引变压器温升 的因
素， 并对如何充分利用 牵引变压 器容 量提出了建议．
关键词 ： 牵引变压器 ； 温升 ； 真计算 仿
中 图分 类 号 ： ２ Ｕ２ 文 献标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ １— ５ ２ ２ ０ 】 ３— ０ ３—０ １０ ７ ４ （０ ８ ０ ０ ２ ３
牵引变压 器是 电气 化铁 道 中最 主要 的 电气设 备 ， 性能 的优 劣对 电气 化 铁 道 的运 行 有 着 决定 其 性 的影响 ． 压器 的温 升 直 接关 系 到变 压 器 的绝 变 缘寿命 和运行 的安 全性 ． 由于 空 间结 构 的复 杂性
收稿 日期 ：０ ８—０ ２０ ３—０ ５
作者简介 ： 严 俊 （９ ２一） 男 （ １７ ， 汉族）， 浙江杭州人 ， 工程师
２ ４
＝
青海师 范大学 学报 （自然科 学版 ） （ －ｙ ｍ 丁 ｒ ｋ） － （） ２
２０ ０ ８血
式 中 ：一 计算 最热点温 升用 的指数 ， ） ， 随冷却 方式 的不 同而 不 同 ， 一般可取 Ｙ ＝ ； Ｔ－ａ 绕 组对 空气 的允许温 升． ｒ ｒ 一 ｋ
何 瞬间 ｔ 的温 升可 用下式计算
７ ＝丁 ＋（ 一下） １一ｅ ） ｔ ｒ （ （） ４
式 中：一 变压 器绕 组或油对 空气 的温升 ；
任 意负荷 下 ， 绕组 最热点对 空气 的温升
ｒ ｋａ ＝ ｒ Ｔｙ ｋ ｍ
＿
而 ） ＬＩ Ｊ ｏ ｍ 一吖 ＋ ｎ
（） ３
变 压器 油或绕 组 均有 一定 的发 热 时 间常 数 ， 因此 在负荷波 动情 况 下温 升 不断 变化． 变压 器 暂
态下 的发热 近似地 可 以看 作 均匀 导体 的发 热 ， 任
壁， 然后管壁靠对流和辐射 ， 将这些热散到周围
题． 针对这方面的理论计算 ， 目前 已有相当多的算
法． 文献 ［ ］ １ 从传热学角度提 出了一种分析 自冷 变压器 油循环 流 量 、 体 和散 热 器 内油 沿 高度 的 箱
温度场 分布 以及换热 系数 的计 算方 法 ， 较 繁锁． 但
耗 之 比， 为 ２ —６ 约 ．
一
油温 指数． 自然 油循 环 变压 器 ， 对 约为
一
０ ８ —０ ９ 对 强迫 油循 环变压 器 ， ＝ １ ． ．； ．
顶层 油对 空气 的允许 温升 ．
合 理地利用 牵 引变压 器容 量和 寿命 提 出了建议 ．
任意负荷下 ， 绕组对油的温升（ 最大值）
献［ ］ ４ 采用多孔介质数值计算方法计算 了变压器 绕组 的流场 和温 度 场 ， 绕 组 热 点 温升 数 值估 算 为
提供 了新途 径 ． 总的来 看 ， 牵 引变压 器 温升和 寿 对
命 的计 算 目前处 在研 究 阶段 ， 没 有 一 个 统一 的 还 计算标 准． 本 文根据 电气化 铁 道运 营 中的实 际牵 引负荷 曲线 ， 在数 理统 计 的基础 上 ， 牵 引变压 器 的油 温 对 和绕组最 热点 进行 了仿 真 计 算 ， 而对 影 响牵 引 进
空气中．冷却后 的油密度增加 ， 沿散热管下 降， 在 底 部 又 进 入 变压 器 油 箱 ， 续 吸 热 ， 向上流 继 并
动 ，周而 复始 ， 而形 成完 整 的 自然循 环． 从 国标 Ｇ ／ １１４—９ 《 浸式 电力 变压 器 负 Ｂ Ｔ ５６ ４油 载 导则 》 中关于 变压 器 的 温升 极 限是 基 于 以下条 件来 规 定 的 ： 变压 器在 环境 温度 为 ２０ｏ ， Ｃ下 带额 定 负荷 长期 运行 ， 应 的变 压器 绕 组 最 热 点 温度 对 约 为 ９ ￣ ６ ． 变 压 器 在 非 额 定 负 荷 条 件 下 运 ８Ｃ［ 】若
２０ ０ ８血 第 ３期
青 海师范 大学 学报 （自然科 学版 ） Ｊｕ ａ ｏ ｉｇ ａ Ｎ ｒ ｌ ｎ ｅｓ ｙ Ｎ ｔｒｌ ｃ ｎ ｅ ｏｒ ｌ ｆ ｎ ｈｉ ｏｍａ Ｕ ｉ ｒ ｔ（ ａ ａ Ｓｉ ｃ ） ｎ Ｑ ｖ ｉ ｕ ｅ
２ｏ ｏ８ Ｎｏ ３ ．
铁 道 牵 引变压 器动 态 温升 的仿 真计 算
变压 器 寿命 损失 的 因素 进行 了分 析 ， 如何 充 分 对
油和 绕组 的温升 可用下 述公式 计算 ． 意负荷 下 ， 任
顶 层 油 的温升 （ 大值 ） 最
ｆ 丁 （ ） ， 【 Ｊ 一 一 雨
ｆ ， 一 —ｍ ｋ
ｔ （ １ ）
式中： ｄ一 额定 负 荷下 的短路损 耗 与空 载损