基于ANSYS的松耦合变压器三维仿真研究
ANSYS10.0软件在松耦合变压器中的三维仿真分析过程介绍
ANSYS10.0 软件在松耦合变压器中的三维仿真分析
过程介绍
当今变压器领域已经发展到很成熟的阶段，轻量、高效、高密度是当今变压器发展目标。
在变压器产品研发中，利用有限元仿真软件，可以方便地改变变压器的结构参数，观察这些参数对变压器的影响。
ANSYS 是世界上着名的大型通用有限元分析软件，也是中国用户最多、应用最广泛的有限元分析软件，它融结构、热、流体、电磁、声学等专业的分析于一体，可广泛应用于机械制造、石油化工、轻工、造船、航天航空、汽车交通、电子、土木工程、水利、铁道等各种工业建设和科学研究。
引言
作为旋转导向智能钻井系统核心部件的可控偏心器，其原理是利用电机泵产生推动翼肋伸缩的动力，当采用电机泵动力时，电机泵的能量来源于井下涡轮发电机。
由于可控偏心器的机械结构决定了电机泵要安装在不旋转套上，而发电机要安装在旋转的主轴上，这样就涉及到旋转和不旋转之间的能量传输问题。
以前一直采用的是接触式滑环能量传输方式，由于接触式滑环存在安装不方便、旋转时易磨损、易受到井下钻井液、水的腐蚀以及泥浆的影响等缺陷，迫切需要一种新的非接触式能量传输方式松耦合电能传输技术。
作为松耦合电能传输技术的核心部分松耦合变压器，对它的研究则显得尤为重要。
基于PSCAD-ANSYS的变压器绕组振动特性仿真研究
基于PSCAD-ANSYS的变压器绕组振动特性仿真研究杨贤;王丰华;何苗忠;林春耀【摘要】To further understand the vibration mechanism of transformer winding,the whole simulation of winding vibration response under short circuit was made based on the co-simulation of PSCAD and ANSYS software.The short-circuit current was obtained based on the electro-magnetic transient analysis of PSCAD software under sudden short-circuit impact.Then the simulation of magnetic field and mechanical field excited by the short circuit current was achieved and the transformer vibration characteristics excited by the electro-dynamic force was acquired.The data communication mechanism has been elegantly designed and implemented to combine the electrical model and vibration model,which makes the co-simulation more intergratded and rigorous.With the developed simulation model,the vibration response of a power transformer in the 110kV substation was calculated and the effectiveness of the proposed simulation method was verified.When sudden short-circuit was occurred,the vibration response of transformer winding was increased greatly and then reduced gradually,which was similar to the variation trend of short-circuit current.The frequency component of vibration signals are more complicated.%为进一步理解和掌握短路冲击下变压器绕组的振动特性,本文基于PSCAD-ANSYS联合仿真实现了变压器突发短路下振动响应的全过程分析,即根据PSCAD软件计算得到的变压器绕组短路电流,在ANSYS软件中使用电磁场和机械场模块计算了变压器绕组的电动力和振动响应.其中,两个软件之间的电流和时间等关键信息的交换通过数据通信接口方式实现.以某110kV变电站为例对变压器突发短路下的振动响应进行计算分析,结果表明,所提出的联合仿真方法能够有效计算突发短路时变压器绕组的振动特性.突发短路时,变压器振动响应与短路电流变化趋势类似,绕组振动在短路故障发生后先达到最大值,然后伴有一定的衰减分量,振动信号频谱分量更加丰富.【期刊名称】《电工电能新技术》【年(卷),期】2017(036)011【总页数】6页(P51-56)【关键词】变压器绕组;突发短路;振动响应;联合仿真;PSCAD;ANSYS【作者】杨贤;王丰华;何苗忠;林春耀【作者单位】广东电网公司电力科学研究院,广东广州510080;电力传输与功率变换控制教育部重点实验室,上海交通大学,上海200240;电力传输与功率变换控制教育部重点实验室,上海交通大学,上海200240;广东电网公司电力科学研究院,广东广州510080【正文语种】中文【中图分类】TM411变压器是电力系统中的关键设备之一，其运行可靠性与稳定性直接关系到电力系统的安全运行。
基于ANSYS Workbench的变压器铁芯——绕组振动仿真
ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｆ ｒｅｑｕｅｎｃ Nhomakorabea ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
０ 引 言 随着 电力系统容量 的增 大 ，电力变 压器 的可靠 运行 与
（Ｆａｃｕｌｔｙ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０５００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ａｎｄ ｆ ｉｎｄ ｏｕｔ ｂｒｅａｋｄｏｗｎｓ ｔｉｍｅｌｙ，ｉｔ ｉｓ ｎｅｅｄｅｄ ｆｏｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｃｏｒｅ—ｗｉｎｄｉｎｇ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｐｏｉｎｔ
电 力 系 统 的 安 全 密 切 相 关 。 电 力 变 压 器 铁 芯一绕 组 故 障 已经成为导致变压 器损坏的最主要原 因 ，因此 ，需 要对变 压 器铁芯一绕组进行仿 真分析 ，选择 振动最强点作为 测点对 变 压器工作状态进行 实时监测 ，及 时排除故障 ，使 变压器可 以安全稳定工作 。
姚 敏 ，赵振 刚 ，高丽慧 ，郭丽君 ，李 英娜 ，李 川
（昆 明 理 工 大 学 信 息 工 程 与 自动 化 学 院 。云 南 昆 明 ６５０５００）
基于ANSYS软件的油浸式变压器温度场有限元仿真计算
基于ANSYS软件的油浸式变压器温度场有限元仿真计算薛飞;陈炯;周健聪;李忠【摘要】应用传热学和流体力学原理分析了变压器内部生热以及散热机制,建立了流固耦合的变压器温度场有限元分析模型,并在此基础上选取了适当的边界条件及求解参数,在综合考虑非线性热源以及随温度变化的油动力粘度的前提下,采用有限元分析软件ANSYS计算了变压器内部的温度场分布,确定了热点的温度及位置.【期刊名称】《上海电力学院学报》【年(卷),期】2015(031)002【总页数】5页(P113-116,126)【关键词】油浸式变压器;热点温度;温度场;流固耦合;有限元;ANSYS软件【作者】薛飞;陈炯;周健聪;李忠【作者单位】上海电力学院电气工程学院,上海200090;上海电力学院电气工程学院,上海200090;国网四川省电力公司资阳供电公司,四川资阳641300;国网四川省电力公司资阳供电公司,四川资阳641300【正文语种】中文【中图分类】TM411;TM743随着电力建设的不断推进，电力设备朝着大型化方向发展，但大型变压器的内部温升控制问题一直是近年来困扰电网运行部门的技术难题之一.《GB/T 1094.7—2008油浸式电力变压器负载导则》中明确指出:“绕组最热区域内达到的温度，是变压器负载值的最主要限制因素，故应尽一切努力来准确地确定这一温度值”.[1]当热点温度超过指定限值时，会加速绝缘老化，缩短变压器寿命，影响变压器的正常运行.因此，开发合适的温度场计算技术，准确计算绕组热点温度及位置是亟待解决的问题.目前，计算变压器热点温度的依据一般是实验结果和实践经验，但其误差较大，不能反映最热点温度和变压器内部整个温度的分布，并且难以确定热点的准确位置.[2]因此，笔者从传热学和流体力学理论出发，结合强大的有限元分析软件ANSYS，建立了油浸式变压器的有限元分析模型，分析并计算了变压器稳态运行下的温度场分布，较为准确地定位出热点的位置.1 发热及传热原理1.1 变压器的热源变压器内部的热量主要由损耗转化而来，包括绕组损耗和铁心损耗，可以表示为:[3]式中:PT——总损耗;PC——铁心损耗;PL——绕组损耗.绕组中的损耗包括直流电阻损耗、涡流损耗及杂散损耗等，其中直流电阻损耗占主要部分，可表示为:式中:I2R——绕组的电阻损耗;PW——绕组中的涡流损耗;PZ——杂散损耗.铁心损耗主要由铁心中的磁滞损耗和涡流损耗构成，可以表示为:式中:P1——铁心中的磁滞损耗;P2——铁心中的涡流损耗;δh——磁滞损耗系数;δe——涡流损耗系数;f——电流频率，Hz;Bm——磁通密度的最大值，Wb/m2.绕组的涡流损耗和直流电阻损耗产生的热量直接作用于绕组，从而引起绕组温度升高，并且也是变压器内部热量的主要来源.1.2 传热机理分析对于油浸式变压器来说，运行中所产生的热量主要以传导和对流方式进行传递，其热量散失过程如图1所示.图1 变压器内部传热原理示意热量的传递过程分为4个部分:一是铁心、绕组产生热量，经内部传导，热量传递到与油接触的外表面;二是外表面的热量经过对流传递到油，油温逐渐升高;三是变压器油向上流动，接触油箱壁，油温下降，油向下流动;四是冷油回到底部又重新流入绕组，形成了闭合的对流路线.油箱壁对空气的辐射传热可忽略不计.因此，热传递在变压器内部固体间表现为热传导，在固体与油之间表现为对流.通过适当假设以及参照能量守恒定律可得出热传导的数学模型[4]假设如下.(1)绕组为各向同性的连续介质.(2)导体的密度、比热容和导热率均为常物性.(3)导体内部有热源且均匀分布.q v为单位体积的生热率，V为导体体积，则qv=P/V.所得微分方程式如下:式中:a——热扩散率，即导温系数;λ——导热系数;c——比热;ρ——密度.在不考虑时变的稳态传热时，式(4)可简化为:对流主要取决于对流换热系数、固体与油流温度差、换热表面积，实际工程中采用牛顿冷却公式:[2]式中:hf——对流换热系数;S——换热表面积;tw——固体表面温度;tf——油流温度.由于对流过程中油的导热系数、比热及密度都是温度的函数，因此正确确定hf是计算变压器内部温度场的关键.[5]2 ANSYS模型的建立ANSYS软件是融合电场、磁场、温度场于一体的大型通用有限元分析软件.其强大的多物理场耦合计算功能使其在跨领域多变工程中得到广泛的使用.[6] ANSYS Workbench Environment(AWE)作为新一代多物理场协同 CAE仿真环境，集建模、有限元分析、优化设计3大模块于一体，为设计人员提供了系统级的解决方案.本文就是利用Workbench对油浸式变压器内部流固耦合的环境进行仿真分析.2.1 确定边界条件及物性参数本仿真过程为稳态求解，即发热和散热达到热平衡.固体所用的比热、导热系数及材料密度均为常数，油的物性参数采用拟合输入，见表1.热源密度为常数，环境温度及初始油温为20℃.表1 变压器油物性参数油的物性数拟合公式动力粘度μ μ=11.71exp(－0.02T)密度ρ ρ=894－0.6(T－273)比热 C C=807.163+3.58T本文所模拟的油浸式变压器只考虑自然对流，并且忽略油箱壁对空气的辐射散热，因此用到两类边界条件，即第1类边界条件和第3类边界条件.油与铁心、绕组及油箱壁之间是典型的对流换热，属第3类边界条件，满足:式中:λ——导热系数;n——法方向.由于油箱的几何形状比较规则，因此自然对流换热系数hf可取均值.式中:Nu——努塞尔数;Ra——瑞利数，Ra=GrPr;G r——格拉晓夫数;α——热膨胀系数，α =1/T;β——运动粘度，m2/s;H——特征尺寸，m;Δt——温差，℃;C，n——比热和法方向，数值由试验确定;Pr——普郎特数.油流与绕组的对流散热比较复杂，由于各绕组的生热率、几何形状及空间位置都不同，使得它们与油之间的hf相差较大，不能采用均值.事实上，油流可分为层流和湍流，两者换热效果相差较大，可通过雷诺系数Re来判断:式中:v——流体流速;ρ——流体密度;L c——特征尺寸;μ——动力粘度.当Re＜2 300时，流动为层流，反之为湍流.对于油箱壁面则用到了传热学中的第1类边界条件，即规定流体边界上的温度为常数20℃.2.2 仿真模型及网格划分本文所选变压器为三相对称，且各相关量的变化成轴对称，即温度场的分布在变压器内部沿圆周方向没有梯度变化，这里选用其中一相，作1/4三维轴对称圆柱体模型进行温度场计算.模型的参数如下:油箱尺寸为820 mm×800 mm×500 mm;铁心导热系数为40 W/mK;生热率为9 651.39 W/m3;绕组导热系数为336W/mK;低压绕组平均生热率为28 954.17 W/m3;高压绕组平均生热率为12 578.81 W/m3.网格划分的方式对分析结果影响较大，本模型为流固耦合模型，因此采用完全非结构化分段划分方法，[7]在耦合交界面以及温度梯度较大的部位网格较细，这样在保证精度的前提下又不至于过分影响系统的计算效率.网格划分后的局部模型如图2所示.图2 模型上端部网格划分2.3 程序计算流程仿真计算流程如图3所示.需要注意的是，要先建立流体场分析模型，在此基础上再建立固体模型，添加材料属性和划分网格.计算结束后对每一次的计算结果进行收敛性以及精度的判断，当精度未达到要求时，返回修改流场参数及网格参数，然后再次进行迭代计算，直到达到足够精度为止.[8]图3 仿真计算流程2.4 仿真结果及分析利用ANSYS软件计算了在环境温度20℃下，额定容量为2 500 kW且在额定负荷运行下的变压器的温度场分布情况，其轴截面温度场分布如图4所示.图4 温度场分布从图4可以看出，铁心及绕组的温度分布都不均匀，下部温度低，上部温度高;最低温度出现在铁心的下端部分，最热点则出现在低压绕组内侧轴向80% ～85%处，其温度为85.7℃，低于变压器所规定的参考温度98℃.[1]从传热学及流体力学的角度考虑，热量从绕组的内侧以一定的传导系数向外传热，在绕组表面与油接触后进行对流换热，沿轴向向上流动，因此要带走一部分热量;同时，绕组上端部散热效果比下端部差，从而使得上面温度高于下面温度;高压绕组在外层，散热效果比低压绕组好，因此温度低于低压绕组.3 结语本文采用ANSYS软件对油浸式变压器进行了建模与仿真，考虑油粘滞度随温度的变化及非线性的绕组发热功率，最后得到变压器内部温度场分布图，并结合传热学及流体力学的原理对所得结果进行了分析.经与经验测量结果及 IEEE推荐方法计算值对比发现，计算精度可满足工程要求，同时也为热点位置的定位提供了理论依据. 参考文献:【相关文献】[1]中国电器工业协会.GB/T 1094.7—2008油浸式电力变压器负载导则[S].北京:中国标准出版社，1994.[2]傅晨钊，汲胜昌，王世山.变压器绕组温度场的二维数值计算[J].高电压技术，2002，28(5):10-12.[3]陈伟根，苏小平，周渠，等.基于顶层油温的变压器绕组热点温度计算改进模型[J].重庆大学学报，2012，35(5):69-75.[4]曲德宇，刘文里，韩波.干式变压器绕组温度场的二维数值分析[J].变压器，2011，48(12):21-25.[5]崔伟，张喜乐，李永刚，等.基于Fluent软件的干式变压器绕组热点温度计算与分析[J].电力科学与工程，2011，27(1):32-35.[6]温波，刘爽，冯加奇，等.油浸式电力变压器绕组温度场的二维仿真分析[J].变压器，2009，46(9):35-38.[7]杜莉，王秀春.油浸式变压器内流场和温度场的数值模拟研究[J].变压器，2012，49(1):19-22.[8]李季，罗隆福，许加柱.电力机车主变压器油箱三维温度场有限元分析[J].高电压技术，2005，31(8):21-23.。
基于松耦合变压器的效率测试系统设计
基于松耦合变压器的效率测试系统设计丰江波;李岩松;赵蒙蒙;李柏江;刘君【摘要】设计能够输出频率连续可调且满足电压需求的最大传输效率测试系统,从而确定出松耦合变压器对应的最佳工作频率,对于非接触式电能传输系统的效率最大化有着重要意义.从松耦合变压器传输特性出发,对主电路,功率放大电路,高频变压器进行设计,对于整个传输效率系统进行了详细的设计计算,包括选择磁芯材料、确定磁芯结构和型号.最后,搭建实验平台,分别对功率放大电路与整个系统的输出性能和带负载能力进行了实验测试,在满足课题要求的前提下确定了松耦合变压器传输效率最高时对应的最佳工作频率.【期刊名称】《电测与仪表》【年(卷),期】2018(055)013【总页数】6页(P111-116)【关键词】松耦合变压器;高频变压器;传输效率;工作频率【作者】丰江波;李岩松;赵蒙蒙;李柏江;刘君【作者单位】华北电力大学电气与电子工程学院,北京102206;华北电力大学电气与电子工程学院,北京102206;华北电力大学电气与电子工程学院,北京102206;华北电力大学电气与电子工程学院,北京102206;华北电力大学电气与电子工程学院,北京102206【正文语种】中文【中图分类】TM4330 引言传统的电能传输方式存在着接触电火花、导线漏电、机械磨损等问题，易受粉尘、污物等环境因素影响[1-2]。
磁感应耦合式无线输电技术利用发射线圈产生的交变磁场将电能耦合到接收线圈，从而实现对负载的无线电能传输。
它因利用松耦合变压器来进行无直接接触式电能传输而具备方便、安全、适应性强等优势，已受到了电气、电工等方面的广泛关注，并已广泛应用到航空航天、石油矿井、水下作业等特殊领域[3-5]。
非接触式电能传输系统的核心部件是松耦合变压器(可分离变压器)，原、副边存在磁导率很小而磁阻很大的空气气隙，使其耦合系数远小于1，传输效率很难达到要求，而这个弊端通常需要提高输入电压的频率来改善。
基于ANSYSMaxwell的750kV自耦变压器直流偏磁仿真_刘渝根
高电压技术 第 ３ ９卷 第１期 ２ ０ １ ３年１月３ １日
，Ｖ Ｈ ｉ ｈ Ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｅ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｏ ｌ ． ３ ９，Ｎ ｏ ． １， Ｊ ａ ｎ ｕ ａ ｒ ３ １， ２ ０ １ ３ ｇ ｇ ｇ ｇ ｙ
基于 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ Ｍ ａ ｘ ｗ ｅ ｌ ｌ的７ ５ ０ｋ Ｖ 自耦变压器直流偏磁仿真
［ ］ ５ ６ －
， 直流电流通过中性点流入变压器绕组
时会产生直流偏磁现象 ， 铁芯因高度半周过饱和而
） 。 基金资助项目 ：国家创新研究群体基金 （ ５ １ ０ ２ １ ０ ０ ５ Ｐ ｒ ｏ ｅ ｃ ｔ ｓ ｕ ｏ ｒ ｔ ｅ ｄ ｂ Ｆ ｕ ｎ ｄ ｆ ｏ ｒ Ｉ ｎ ｎ ｏ ｖ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｓ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｊ ｐ ｐ ｙ ｐ （ ） ５ １ ０ ２ １ ０ ０ ５ ．
１ 变压器场路耦合模型的建立
１ ． １ 基本理论 电磁 分 析 问 题 实 际 上 是 求 解 给 定 边 界 下 的 Ｍ ａ ｘ ｗ ｅ ｌ ｌ方程组问题 ， Ｍ ａ ｘ ｗ ｅ ｌ ｌ方程组是研究和分析 变压器内部 Ｍ 电磁现象的一个基本依据 ， ａ ｘ ｗ ｅ ｌ ｌ方
］ １ ９ 程的微分形式满足［
０ 引言
我国电能资源的供需分布不均 ， 为满足大功率、 远距离跨区输电的要求 ， 高压直流输电在中国电网 中的地位越来越重要
［ ］ １ ３ －
增加了变压器的无功 使励磁电流产生较大的谐波 ， 消耗， 造成变压器振动增强 ， 金属结构件和油箱局部
］ ７ １ ０ － ， 过热， 对变压器的稳定运行带来极大影响［ 因此
Ｄ Ｃ Ｂ ｉ ａ ｓ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ７ ５ ０ｋ Ｖ Ａ ｕ ｔ ｏ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍ ｅ ｒ Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ Ｍ ａ ｘ ｗ ｅ ｌ ｌ
基于ANSYS Maxwell的耦合电感仿真研究
基于ANSYS Maxwell的耦合电感仿真研究作者：沈瑶石琳张岩亮来源：《中国教育信息化·基础教育》2020年第11期摘要：随着计算机技术的飞速发展，电路仿真软件已经成为重要的实验教学辅助手段。
文章介绍了利用仿真软件实现电路实验教学改革的思路和方法，通过制定仿真与实践相结合的实验任务，使单一的验证型实验具有研究性、探索性、开放性和设计性，变被动完成任务为主动实践验证猜想，从而有效培养学生自主学习能力，并提升其创新能力。
最后针对耦合电感实验中存在的问题，利用ANSYS Maxwell软件对线圈建模，分别通过参数扫描分析和场路耦合模型研究互感的影响因素及互感的屏蔽，直观的结果加深了学生对实验现象的理解，充分展现了仿真软件在实践教学中的积极作用。
关键词：耦合电感;互感;ANSYS Maxwell;教学改革中图分类号：TM13; ; ; ; ; ;文献标志码：B; ; ; ; ; 文章编号：1673-8454（2020）22-0093-04一、引言电路实验作为电气信息类专业的一门重要的专业基础实验课，多年来已经形成了一套完整的传统实验项目和实验方法，这些传统实验项目对培养学生的基本实验技能、巩固所学理论知识，是基本的、重要的和必不可少的。
但由于实验室条件的限制，传统实验教学方式限制了学生实践能力的培养，学生在实验过程中缺乏创新，不利于培养全方面应用型人才。
实验教师在实验教学中处于主导地位，应不断探索新的实验教学技术与教学手段，改变教学方法，弥补实验教学条件的不足，为实验教学注入活力，提高实验教学效果。
早在2004年，西安交通大学电路课程在全国同行中首批被评为国家级精品课程，实验课程建设也是精品课程建设的一部分。
2016年建立了电路实验微信公众平台，制作了一整套电路实验图文和视频信息，推进了学校信息化实践教学平台的建设，实现了实验教学资源开放共享。
2017年末实验室更新了一批老旧实验设备，但有关实验内容及教学方法的改革还未涉及，而目前我校电路实验教学中存在众多问题，学生实验积极性不够，实验内容简单，实验教学方式单一，教学效果不佳，迫切需要进行改革。
基于ANSYS Workbench的变压器铁芯—绕组振动仿真
基于ANSYS Workbench的变压器铁芯—绕组振动仿真姚敏;赵振刚;高丽慧;郭丽君;李英娜;李川【摘要】为实现对变压器工作状态的实时监测,及时排除故障,需要对变压器铁芯—绕组进行振动仿真,根据振动情况确定最优测点.利用有限元分析法对S13—12500/35型油浸式电力变压器,在夹紧和松动2种状态下,铁芯—绕组的模态特征进行仿真分析,对比夹紧状态下铁芯—绕组振动的幅频特征.仿真结果表明:铁芯—绕组振动最强的位置主要分布在上夹件的中部和下表面左右两侧的4个端角、上铁轭的中部及三相绕组的上部;在正常预紧力下的主要响应频带在300 Hz以上,振幅频谱能量主要集中在100,300~350 Hz附近.本文为变压器振动情况的测点选择和阈值设定提供了理论依据.%In order to realize real-time monitoring on transformer working condition,and find out breakdowns timely,it is needed for transformer core-winding vibration simulation to determine the optimal measuring point according to vibration.So use finite element analysis(FEA)method on modal characteristics of S13—12500/35 type of oil-immersed power transformer core-winding in clamping state and loose state,and contrast amplitude-frequency characteristics of core-winding vibration in clamping state.The simulation results show that the strongest position of core-winding vibration mainly distributed in clamp center and the four sides of lower surface angle of the left and right and the middle of upper iron yoke and the upper part of the three-phase windings. The main response frequency band is above 300 Hz under normal preload,amplitude spectral energy is concentrated at 100 Hz and near 300~350 Hz.It providesa theoretical basis for selecting of measuring point and setting of threshold of the transformer vibration.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2018(037)003【总页数】3页(P62-64)【关键词】有限元分析;变压器;振动;铁芯—绕组;模态特征;幅频特征【作者】姚敏;赵振刚;高丽慧;郭丽君;李英娜;李川【作者单位】昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650500【正文语种】中文【中图分类】TP212.90 引言随着电力系统容量的增大，电力变压器的可靠运行与电力系统的安全密切相关[1～5]。
基于ANSYS的大型电力变压器地震仿真分析
基于ANSYS的大型电力变压器地震仿真分析摘要：依据GB 50260-2013，GB50011-2010和Q/GDW 11132-2013标准仿真计算了变压器在地震、自重、变压器内部油压的各种可能的工况，对静力学、模态、响应谱、时程动力进行分析，对变压器承受的应力分布进行评估。
得出经验系数，地震反应谱的最大峰值加速度为水平地面加速度的2.5倍，对所有可能承受强烈地震作用力的部件，按响应谱峰值加速度进行保守的静力学计算。
关键词：ANSYS；电力变压器；地震；仿真分析；模态分析；响应谱分析；时程动力分析1 引言变压器作为变电站中的关键设备，一旦发生破坏将导致相关线路的失效，进而影响整个输配电系统的正常运行。
为了提高输配电系统的安全性，保障其在震中和震后的正常运行，进行变压器的抗震性能和减震技术的研究已经成国内外地震工程研究的重要课题之一。
本论文针对220kV大型油浸式电力变压器力学强度的有限元分析。
变压器三维模型、使用材料属性及质量信息均来自ABB变压器，计算工况源自GB50260-2013? GB50011-2010和国家电网公司企业标准 Q/GDW 11132-2013《特高压瓷绝缘电气设备抗震设计及减震装置安装与维护技术规程》。
我们主要计算变压器的主箱体、框架、散热器及主要附件的应力分布，对静力学、模态、响应谱进行分析。
通过有限元仿真计算，校验变压器强度。
《电气设施抗震设计规范》适用于抗震烈度6度至9度地区新建和扩建的电力设施的抗震设计，其中指出，变压器套管可以简化为悬臂多质点体系，并且要求计入法兰连接刚度。
该规范附则中还指出变压器的出线套管抗震设计应考虑变压器本体的动力响应放大作用，建议取 2.0，在这一点上，我国规范参考了IEEE693 标准。
同时还规定对变压器仅进行套管的抗震测试，再乘以变压器本体的动力响应放大系数。
根据以上的分析比较，变压器抗震设计主要规范对比对比结果如表1 所示。
表1 抗震设计方法对比表2 仿真软件主要使用了ANSYS Workbench 软件的前处理（pre-processing）、有限元分析模块（Static-structural/Modal/Response Spectrum）及有限元后处理模块（post-processing）。
基于ANSYS的松耦合变压器三维仿真研究
基于ANSYS的松耦合变压器三维仿真研究当今变压器领域已经发展到很成熟的阶段，轻量、高效、高密度是当今变压器发展目标。
在变压器产品研发中，利用有限元仿真软件，可以方便地改变变压器的结构参数，观察这些参数对变压器的影响。
ANSYS是世界上著名的大型通用有限元分析软件,也是中国用户最多、应用最广泛的有限元分析软件,它融结构、热、流体、电磁、声学等专业的分析于一体,可广泛应用于机械制造、石油化工、轻工、造船、航天航空、汽车交通、电子、土木工程、水利、铁道等各种工业建设和科学研究。
引言作为旋转导向智能钻井系统核心部件的可控偏心器，其原理是利用电机泵产生推动翼肋伸缩的动力, 当采用电机泵动力时，电机泵的能量来源于井下涡轮发电机。
由于可控偏心器的机械结构决定了电机泵要安装在不旋转套上，而发电机要安装在旋转的主轴上，这样就涉及到旋转和不旋转之间的能量传输问题。
以前一直采用的是接触式滑环能量传输方式,由于接触式滑环存在安装不方便、旋转时易磨损、易受到井下钻井液、水的腐蚀以及泥浆的影响等缺陷,迫切需要一种新的非接触式能量传输方式——松耦合电能传输技术。
作为松耦合电能传输技术的核心部分——松耦合变压器，对它的研究则显得尤为重要。
对于井下恶劣的环境以及空间等各方面因素的限制，我们对松耦合变压器的研究存在较大困难，而ANSYS的实体建模能力可以快速精确地模拟三维松耦合变压器。
ANSYS三维仿真无论是建模、网格划分还是后处理，都有它自己独特的优点，尤其是在后处理中，可以观察出各个方向的电磁力、磁感应强度、磁动势等。
下面就介绍ANSYS10.0软件在松耦合变压器中的三维仿真分析过程。
松耦合变压器的ANSYS三维仿真针对松耦合变压器，我们采用了磁矢量位方法进行仿真。
磁矢量位方法（MVP）是ANSYS 支持的三维静态、谐波和瞬态分析的两种基于节点分析方法中的一个。
ANSYS Maxwell助力电力变压器设计和仿真
用户自定义添加新的磁芯模型，包括 尺寸和材料
如果用户需要的磁芯材料不在参数输入界面上，用户可以按照如下的步骤添加: 1. 建立一个与添加的磁芯材料对应的frequency versus permeability 文件（tab格式） 2. Tab文件命名为所添加的材料名 3. 把tab文件放到如下目录 “CoreUDM /MaterialData” 4. 在Excel中打开目录“CoreUDM /MaterialData”下的“matdata.tab” 文件 5. Add a row for the material to be added and specify name and other material properties 6. 为新加的材料添加一行，并指定电导率、损耗系数和密度等其它材料参数 7. 保存文件
记录输入文件 –用于下次直接复用生成模 型
• 一个.tab格式的文件在脚本运行时被自 动记录，并保存于Maxwell默认的工程 文件目录下。
• 通过选择“core definition”输入界面上的 “Read Data from Text File”按钮，可以重 新运行已有的.tab格式输入文件(note Core Model box will remain blank)
• ETK和PExprt的区别？
“Electronic Transformer Kit”是基于Maxwell 3D 的免费脚本，提供基于预先定义的设计输 入的FEA求解模型（非解析模型），而PExprt可生成整个设计。ETK不考虑Litz线和 twisted双绞线，也不自动考虑绕组电容，除非手动生成一个额外的electrostatic design 。
哪里可以找到ETK脚本？
• 访问 Customer Portal: Knowledge Resources > Solutions
基于ANSYS的松耦合变压器三维仿真研究
环 实 际尺 寸 可 建 立 三 维 模 型 。应 用 常数和单 元类 型等参数进行设置 。 Ａ ＹＳ ００的 Ｅ ｇ模 块 对 变 压 器 ＮＳ １ ． ｍａ 对 线圈 内阻 进行 电路 模型设 置 ，
１ｋ ｚ ０ Ｈ ，磁 环 中 间 气 隙 １ ｍｍ， 负 载 １０ ， ０ Ｑ ，在 一 个 正 弦 周 期 内用 １ ６个 载荷步 ，则 每个载荷 步 的时间间 隔为
６２ ｅ６ 。每个 载荷 步 又分 为 ５个 子 ．５ ．ｓ
进行 三维场 路耦合 仿真分 析 ，变 压器 电阻 的大 小由万 用表测得 。 物理模型如图 １ 所示 。分析过程如下 ： 次 级线 圈 加负 载 Ｒ３工作 型进 模型建立 完毕如 图 ３所示 。
圈实常数设置与材料 属性 设置如表 １ 、
表 ２ 。
建 立 电 路模 型
建立 独立 电压源 ，电压 设置为 正
弦电压源 。 并设置电压源的幅度 、 频率 、
实体 建 模
体 ，结 构 为 上 下 罐 状 磁 环 ，按 照 磁
松 耦 合 变 压 器 材 料 为 锰 锌 铁 氧 相位 等参 数。 建 立绞线 圈的 电路模 型 ，对 其实 图４ 磁 感 应 强 度 矢量 图
４
０
４
—
８
—
１２
—１ ６
．
１ ５ ２
．１ ０ ５
． ２ ６ ５
． ７ ８ ５
１． Ｚ５ Ｉ
Ｔ髓 Ｉ
图２ ＡＮＳ Ｓ－维 模 型 Ｙ －
图５ 次级负载感应电动势 曲线图
世 界 电 子 元 器 件 ２ １ ６ ｇｅ ｅ ｎｃｏｍ ０ ｃ．ｃｃ Ｏ．
电动汽车无线充电松耦合变压器仿真研究
电动汽车无线充电松耦合变压器仿真研究李秋生;张国兴;李培英;刘伟亮;郭金伟【摘要】设计新型用于电动汽车无线充电系统的松耦合变压器,验证该松耦合变压器在电动汽车无线充电系统中的性能.阐述电动汽车无线充电系统组成和原理,分析耦合系数与系统传输效率的关系.利用Maxwell电磁场有限元分析软件对松耦合变压器进行参数化分析,讨论初级侧和次级侧相对位置变化对耦合系数的影响.采用基于Simplorer软件系统场路耦合联合仿真的方法,对松耦合变压器性能进行分析.得到耦合系数随气隙和偏移的变化曲线,获取系统电流电压参数.在200mm气隙且未发生水平偏移条件下,采用该松耦合变压器的电动汽车无线充电系统功率为3.65kW,传输效率达89.9%,该松耦合变压器满足电动汽车无线充电系统要求.%The new loosely coupled transformer used for electric vehicle wireless charging system is designed. The performance of loosely coupled transformer needs to be tested when it is used for electric vehicle wireless charging system. The Constitution and principle of wireless charging system are described in detail. The relationship between the coupling coefficient and the transmission efficiency is analyzed. Based on Maxwell parametric analysis, the proposed coupled structure is analyzed. Particularly, the relationship of the position and the coupling coefficient is needed to be concerned. The method of co-simulation based on Simplorer software is utilized to analyze the performance of the loosely coupled transformer. The curve of coupling coefficient changing with gap and misalignment is obtained , and the parameters of voltage and current are obtained. With 200mm gap and no misalignment , the power of thesystem with proposed structure reaches 3.65kW, the transmission efficiency is 90.12%. The proposed loosely coupled transformer satisfiesthe requirement of electric vehicle wireless charging system.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2017(025)008【总页数】5页(P27-31)【关键词】电动汽车;无线充电;松耦合变压器;仿真分析【作者】李秋生;张国兴;李培英;刘伟亮;郭金伟【作者单位】河北工程大学机电学院,河北邯郸 056038;河北工程大学机电学院,河北邯郸 056038;邯郸学院河北邯郸 056038;邯郸学院河北邯郸 056038;燕山大学机械工程学院,河北秦皇岛 066004【正文语种】中文【中图分类】TN03化石燃料的短缺以及空气污染的日益严重促进了电动汽车产业的蓬勃发展[1]。
ANSYS电力变压器多物理场解决方案
Force distribution on “electric arc”
Initial pos. Initial pos. Final pos. Intermediate pos. Final pos. Intermediate pos.
25 © 2012 ANSYS, Inc. January 14, 2015
Oil
TV Ph LV Ph HV Ph A A A
19 © 2012 ANSYS, Inc. January 14, 2015
HV Ph LV Ph B B
TV Ph B
Core
变压器绝缘系统设计
• • • Voltage contours between windings Reduced E-field observed in pressboard collars Peak E-field occurs on corners of static plate
Voltage Plot
E-field Plot
20
© 2012 ANSYS, Inc.
January 14, 2015
变压器模型（静磁场）
Power Cell
VARIABLE AC OUT AC in from XFMR
Power transformer
Power Cell A1 Power Cell A2 Power Cell A3 Induction or synchronous Motor Power Cell B1 Power Cell B2 Power Cell B3
变压器油既是绝缘介质又是冷却介质； 变压器结构非常复杂，包含成百上千的导体、 支架、压板以及油路等； 变压器结构尺寸比较大，但导体里的透入深 度又比较小。导体中由于集肤效应和邻近效 应产生的涡流损耗会随着位置的不同而不同。 电力变压器是一个典型的复杂电磁场 -流体-热 多域耦合问题
利用有限元软件ANSYS计算变压器内部电磁场分布
利用有限元软件ANSYS计算变压器内部电磁场分布作者：王妍来源：《科技资讯》 2011年第28期王妍(山东省电力学校山东泰安 271000)摘要:在有限元技术日趋完善的今天,随着计算机技术的普及和计算机速度的不断提高,有限元在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视,已经成为解决复杂的工程分析问题的有效途径。
作为有限元的技术载体的有限元软件也逐步成熟。
本文主要介绍了有限元软件ANSYS的特点及在工程电磁场中的使用方法。
本论文利用有限元软件ANSYS计算了变压器电磁场。
经过本次分析验证,有限元软件ANSYS是计算电磁场的可靠软件,大大提高了计算速度,并可以进行可视化图形的显示。
关键词:软件ANSYS 特点变压器有限元有限元软件ANSYS 变压器电磁场中图分类号:TM4 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)10(a)-0133-01电场和磁场计算是计算电磁学的两个分支。
通常认为电场计算比磁场计算容易,主要原因是:第一,至少在低频情况下,电场的描述只用一个标量位即可;第二,电场计算一般均为线性问题。
与电场数值计算相比,磁场的数值计算[2]要复杂得多,主要原因是由于控制方程复杂,材料各向异性和非线性。
磁场数值计算方法可以从多种角度予以分类。
从磁场控制方程出发,有微分方程法、积分方程法及微分积分方程法,从数值离散方法出发,有边界元法、有限元法及有限差分法等;从求解变量的类型出发,有标量位、矢量位和高阶矢量位。
1 有限元法的概念有限元法亦称为有限单元法或有限元素法,是数值计算中一种重要近似方法,其基本思想是:运用离散化的概念,将连续介质或结构划分成许多有限大小的字区域的集合,把每一个字区域称作单元和元素,将单元的集合称为网络,则实际的连续介质(或实际结构)可以看作这些单元在他们的节点上相互连接而组成的有效集合体,这是求解的基本方程将是一个代数方程组,从而将求解描述真实连续场变量的微分方程组简化为求解代数方程组,得到近似的数值解[3]。
基于ANSYS的多场耦合问题的仿真
基于ANSYS的多场耦合问题的仿真多场耦合（multi-physics）是分析多个物理场之间的交互作⽤，例如热应⼒问题，压电分析，压阻分析，MEMS分析，流固耦合分析等等。
对于单物理场进⾏分析的软件已经很多很多，但对多物理场进⾏有效仿真的软件并不多见，⽽ANSYS就是其中之⼀。
使⽤ANSYS进⾏多物理场仿真，总体上有两种途径：基于经典界⾯的⽅式和基于WORKBENCH的⽅式。
（1）基于WOKRBENCH的多物理场仿真就⼀般⽤户⽽⾔，使⽤WORKBENCH⽅式会更容易⼀些。
例如⼀个稳态热应⼒问题，只要先创建⼀个稳态热分析，然后把分析的温度场作为热载荷加载到静态结构分析中，就可以⽅便的进⾏耦合场的仿真，如下图。
但这只限于做单向的多物理场分析。
⽽有些多物理场耦合问题属于双向耦合，例如流固耦合问题，此时如何使⽤WORKBENCH来进⾏分析呢？对于这种问题，WORKBENCH也提供了⼀种⽅法，例如流固耦合问题。
先创建⼀个结构分析，然后把结果导出为CFX流体分析，如下图。
从上图中，我们看不到是如何做双向耦合的。
的确如此。
WORKBENCH对于双向的流固耦合做了特殊的处理，我们看到上⾯的项⽬⽰意图中，对于结构分析，删去了求解单元格和结果单元格，⽽在结构分析中，添加了⼀个流固耦合交界⾯；最终的双向耦合设置，都是在CFX中进⾏的。
但是上述⽅式仅适⽤于流固耦合分析。
对于其它双向耦合问题，我们还看不到WORKBENCH是如何处理的。
总之，WORKBENCH处理单向耦合问题⾮常简单⽅便，对于双向耦合问题，它处理流固耦合问题很⽅便，⽽对于其它耦合问题则还没有看到解决办法。
但是在经典界⾯中，则提供了许多求解多物理场的⽅法，远远超过了WORKBENCH的⽀持⼒度。
（2）基于经典界⾯的多物理场仿真总体上，ANSYS经典界⾯提供了四种⽅法进⾏多物理场的仿真。
分别简述如下。
（2.1）⼀种单元的⽅式（ANSYS称之为直接法）在这种⽅法之下，使⽤⼀个单元，该单元的每⼀个节点上直接包含了所需要的多个物理场的⾃由度。
基于ANSYS的电力变压器铁芯磁场与漏磁场分布的仿真研究_闫学勤
基于ANSYS 的电力变压器铁芯磁场与漏磁场分布的仿真研究X闫学勤,杜 勇,梁岚珍(新疆大学电气工程学院,新疆乌鲁木齐830008)摘 要:介绍了应用大型有限元软件ANSYS 对三相电力变压器铁芯磁场和线圈漏磁场的仿真分析,仿真结果与技术指标基本吻合,验证了分析方法的正确性和实用价值.关键词:ANSYS;电力变压器;铁芯;磁场中图分类号:T M 411.+2;TP 391.9 文献标识码:A 文章编号:1000-2839(2005)03-0361-04Study on Simulation of the Core Magnetic Field andLeakage Field in Power Transformer Based on AnsysYAN Xue -qin ,DU Yong ,LIA NG Lan -zhen(Colleg e of E lectrical E ngineering ,X injiang University ,Ur umqi ,X inj iang 830008,China )Abstr act :T he art icle int roduces the application of finite element method (F EM ),soft-war e ANSYS in themagnet ic field of core and the leakage field of coil about power t ransfor mer .T he simulation r esults ar e similar tothe qualificat ion and pr ove the cor rectness of the method and t he pr actical value.Key wor ds :ANSYS;power tr ansformer ;core;magnetic field 电磁场和损耗的研究是讨论变压器中电、磁、热力各种因素及其相互作用的基础.目前铁芯磁场及铁芯损耗、漏磁场及结构件中附加损耗的分布是变压器电磁场研究的主要内容之一.由于漏磁场的路径完全不同于铁心磁场(主磁场),其漏磁场的磁路大部分由非铁磁材料组成,有的是通过绕组部分空间油隙闭合,有的是通过绕组部分空间油隙在经过油箱壁闭合等,所以随着变压器容量的增大,漏磁场引起的各种附加损耗增加,若设计不当,最终会导致绝缘材料的热老化与击穿,出现安全问题.本文以三相电力变压器S9-3150/35为仿真对象,介绍ANSYS 软件在电力变压器铁芯磁场和电力变压器的线圈漏磁场仿真分析中的方法以及分析结果.1 ANSYS 求解电力变压器的铁芯磁场与铁芯损耗1.1 基本假设在工频情况下,对模型做适当简化.铁芯主磁场分布主要受励磁电流的约束,基本不受涡流影响,因此铁芯主磁场在负载与空载情况下的差别非常小,所以只考察空载情况.在空载情况下,变压器漏磁通相对主磁通来说很小,通常只占主磁通的1%左右,在主磁场计算时,也可以忽略不计.基于上述原因,在仿真铁芯主磁场时可作如下假设:1)忽略铁芯中涡流效应对主磁场的影响.2)按空载磁场计算.3)不考虑磁屏蔽以及油箱的影响.4)忽略变压器漏磁通的影响.5)不计铁芯磁场的磁滞效应,认为磁化曲线是单值函数.1.2 物理模型本文采用基于节点的磁场分析单元类型库和相应的图形界面,取铁芯柱的几何中心为参考坐标原点,根据铁芯结构对称性,现将铁芯叠片的一层取出,作为变压器铁芯电磁场分析的对象,求解场域模型如图1(a)所示.其中,铁心区硅钢片牌号DQ130-30,铜导线电阻率为2.135*10-88/m,变压器油及铜导线的第22卷第3期新疆大学学报(自然科学版)Vol.22,No.32005年8月Journal of Xinjia ng University(Natur al Science Edition)Aug.,2005X 收稿日期:2005-01-10作者简介:闫学勤(1978-),女,助教,在读硕士研究生,研究方向为计算机智能控制与仿真.相对磁导率L=1.选择线圈区域为自由度是AZ,CURR,EMF的PLANE53单元,远场区为INFIN110远场单元,其余区域为AZ自由度的PIANE53单元.并通过“电磁-路”耦合给线圈外加电源和载荷,原、副边与外电路的连接如图1(b)所示.当改变外电路的连接方式及负载的阻值时,就可以模拟变压器在空载、负载和短路等状态的运行状况.根据Maxwell方程并结合A NSYS的特点,本例采用平面场,用矢量磁势AZ作为辅助函数.对于该物理模型中各区域的电磁场微分方程如下:方程(1),(2)用于线圈区域求解:¨×[v]¨×{A}-¨v e¨õ{A}+[R]5A5t+[R]¨v-{V}×[R]¨×{A}={0}(1)¨õ[R]5A5t-[R]¨v+{V}×[R]¨×{A}={0}(2)方程(3)用于铁芯和场区域求解:¨×[v]¨×{A}-¨v e¨õ{A}={J S}(3)其中:v e=13tr[v]=13(v(1,1)+v(2,2)+v(3,3))[v]——磁阻率矩阵=[L]-1;{A}——磁矢量位;{J s}——电流密度矢量;V=电标量位;[R]——电导率矩阵.1.3 剖分和耦合本例中铁芯接缝处、铁窗及铁芯区和远近场区采用四边形自由剖分,线圈区进行映射法剖分,共划分出单元14126个.此时需对线圈区耦合电流(CU RR)和电动势降(EMF)自由度以使电流守恒、绕组电流均匀分布.建模完成后,在远场区边界施加远场标志(flag),将其边界设为第一类边界条件,整个场域加磁力线平行边界条件.1.4 求解本文不考虑铁芯的非线性,采用“谐态”方式,选用“波前”法(the Frontal(Wavefront)method)进行. 2 变压器铁芯磁场分布与铁芯损耗仿真结果2.1 变压器铁芯磁场分布通过调用编制的APDL宏命令流可以方便的模拟求解在工频正弦电压作用下电力变压器的各种工作状态.求解变压器铁芯磁场部分宏命令流如下:……!宏命令求解*create,load !创建宏设置载荷步u1=35000 !计算激励电压rmodif,5,2,t+120,,,1 !修改实常数值rmodif,6,2,t,,,2rmodif,7,2,t+240,,,3c=c+1 !角度递增t=c*30outres,all,1 !设置输出控制solvefinish*end……三相双绕组电力变压器S9-3150/35的额定容量为3150KV A,由以上宏命令流可得铁芯在不同时刻的磁场分布如图2所示.362新疆大学学报(自然科学版)2005年图1 三相变压器物理模型图2 三柱铁芯磁场分布2.2 铁芯空载损耗计算根据工程计算理论可得,对于给定的硅钢片,在一定频率下,每单位重的损耗取决与磁通密度,当得到铁芯重量及磁通密度后,就可算出变压器的空载损耗.空载损耗:P 0=K 1P 1G F ,W .式中:P 1-铁芯单位损耗,W/kg;G F -铁芯重量,kg;K 1-附加系数,此处K 1= 1.15;该变压器的理论计算空载损耗为3.8kW.ANSYS 求解损耗:ANSYS 软件在后处理中可计算出模型的损耗,计算公式为:P rms =12Re 6ni =1(([p i ]{J ~ti })*õ{J ~ti vol i 其中:n =单元总数目,Re {}=复量实部,[Q i ]=磁阻率张量,{J ~ti }=第I 个单元的总耦合电流密度矢量,vol i =单元体积,*=复共轭算子.通过上式最终可得空载损耗为3776W,空载电流为0.32A ,与理论计算相符.3 ANSYS 求解电力变压器的线圈漏磁场 研究变压器线圈漏磁场是计算线圈漏电抗、短路机械力和结构件涡流损耗等特性参数的前提条件,线圈漏磁场的分布是否合理,直接关系到这些参数性能的优劣.仍以S 9-3150/35电力变压器为例,采用有限元法,以矢量磁位为求解变量,仿真变压器正弦稳态漏磁场.3.1 计算模型的简化与假定1)电力变压器的漏磁场,简化为二维非线性磁场计算;2)因三相情况类同,故只分析一相;3)对称性求解区域只取剖面的一半;4)高、低压线圈高度相等,其各子区域内的安匝认为均匀分布;5)不计铁芯磁场的磁滞效应,认为磁化曲线是单值函数按照上述简化,可得如图3所示的仿真模型.取轴对称场分析,用矢量磁位为求解时,其求解方程如下:¨õv -¨A =-J z +j X R A (4)55r (1L r 5(rA )5r )+55z (1L z 5(rA )5z )=-J z +j X R rA (5) 通过仿真可得其漏磁场的分布如图4所示,并根据公式(6)可得最大的磁通密度计算值1.68T ,仿真值与它的相对误差是0.02T.油箱材料=200,其油箱的总损耗为2758W.B m =17.8A D nn Q r H k×10-4,T (6)其中:D -绕组电流密度(A/mm 2r 363第3期闫学勤,等:基于ANSYS 的电力变压器铁芯磁场与漏磁场分布的仿真研究电阻系数(8·mm 2/m).图3 仿真模型图4 变压器绕组漏磁场分布图5 变压器绕组漏磁场分布(采用磁屏蔽=800) 当油箱采用磁屏蔽将其在油箱内表面后,磁屏蔽特性取=800,磁屏蔽厚度为1cm.由于磁导率较高,原来进入油箱的磁通就进入磁屏蔽中,从而降低油箱损耗.在该情况下,油箱的总损耗是1387W,如图5所示.比较可得,油箱采用磁屏蔽后,进入油箱的漏磁通减少,有效地减少了油箱损耗,所以磁屏蔽是保护油箱过热的有效措施.由于油箱材料的性能对损耗大小及其分布影响显著,不同导磁性能的油箱其损耗也各不相同.在使用磁屏蔽后,当油箱材料=600,其油箱的总损耗为1806W.通过比较油箱导磁性能越好,进入油箱的漏磁通越多,总损耗增大,其最大损耗密度值也越大.4 结论 1)有限元软件ANSYS 对三相电力变压器磁场分布的仿真结果与理论分析相符,说明分析与仿真方法的正确性.2)ANSYS 软件利用“场-路”耦合方法可考虑到负载运行情况,并且不同负荷的取值可模拟空载、负载和短路,对分析某些电力设备的电磁场问题来说非常快速、有效.3)油箱采用磁屏蔽后,油箱损耗大大降低,可消除油箱的局部过热问题.4)油箱导磁性能越好,进入油箱的漏磁通越多,总损耗增大,其最大损耗密度值也越大.5)本分析对变压器物理模型做了假设,关于实际变压器的特性分析有待于进一步的研究、深化.参考文献:[1]闫学勤,梁岚珍,杜勇,等.基于ANSYS 的电力变压器铁芯磁场分布的仿真研究[J ].兰州大学学报.2004,40(增刊):14-18.[2]姚志松,姚磊.中小型变压器实用全书[M ].北京:机械工业出版社,2003.[3]王世山,王德林,李彦明.大型有限元软件ANSYS 在电磁学科中的使用[J].高压电器.2002,(6):27-33.[4]周剑明.电磁场有限元综合模拟方法及大型变压器漏磁场的研究[D ].华中理工大学博士论文,1995,104-109.[5]W.N.F u,P.Zhou, D.Lin,S.Stanton,and Z.J.Cendes.Modeling of Solid Conductors in T wo-DimensionalTr ansient Finit e-Element Analysis and It s Application to Electr ic Machines[J].IEEE T ransactions on M agnetics,2004,40(2):426～434.[6]刘传彝.电力变压器设计计算方法与实践[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,2002.责任编辑:陈 勇364新疆大学学报(自然科学版)2005年。
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。