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2013PLM征文:不同材料的低压升高座综合磁场分析

2013/11/17    来源:e-works    作者:王德聚      
关键字:变压器综合磁场分析  涡流损耗  MagNet  
生产制造电气产品离不开对产品电磁场的仿真分析。本文以变压器为例,通过精确的模拟仿真对比分析变压器低压升高座内部涡流损耗损耗分布,从而指导设计优化产品。

0 前言

    电力变压器是电力系统中输变电能的高压电气设备,担负着电压、电流的转换以及功率传输的任务,其性能的好坏直接影响着电力系统的安全稳定运行。近年来随着变压器公司产量逐年递增,产品问题也难免随之出现。主要问题有三个:变压器损耗超标、局部过热、雷电冲击试验失败。出现这些问题的根本原因是对变压器内部磁场和电场没有把握好。

    通过对变压器三维电磁场温度场分布的研究可以精确模拟变压器正常运行时内部损耗分布和雷电冲击试验时的电场分布。用电磁场分析软件分析变压器可以在设计阶段找到产品内部电场过大或者局部过热的区域,这对变压器设计有着重要的指导意义。

    本文的原理是用有限元理论分析变压器内部电磁场以及温度场。具体方法是以麦克斯韦方程组为基础构建数学模型,通过场域中源以及边界条件计算模型中节点的场量值,再用迭代及插值法算出节点间的物理量值最终得出整个场域内的任意点上电场、磁场值。

1 模型描述

    一台出口产品,型号为SF-570000/230的变压器,由于其容量大、低压电流大很可能导致低压升高座附近涡流损耗过大,进而导致局部过热。用磁场仿真软件MagNet分析低压升高座以及周围区域的涡流损耗,找出适合升高座的最优材料以及局部过热点,从而优化设计改进结构。

    根据变压器特点,升高座材料一般可用A3钢、无磁钢和铝合金,三个材料各有特点,分别分析三个材料的升高座损耗分布,对比三种情况的不同。图1-图3为三种情况的模型图。第一种是升高座壁用A3钢,升高座盖子用无磁钢;第二种是升高座整体用无磁钢;第三种是升高座整体用铝合金。

三种情况的实体模型

图1-图3 三种情况的实体模型

    由于只模拟升高座的涡流损耗,所以模型的选取如上图所示,忽略下部引线部分。铝合金材料型号为6A02。由于A3钢既导电又导磁且透入深度很浅,为了计算准确单独设置A3钢升高座壁用二阶计算。

2 结果分析

    计算完成后从电磁原理上深入剖析三种材料损耗差异的原因。

    2.1 三种材料涡流电流及损耗对比分析

    根据计算公式

计算公式

    列出三种材料的透入深度:A3钢0.75mm,无磁钢60mm,铝合金14mm。为了便于观察,在模型中做几个切面:

    对于A3钢做5个切面分别为图4中升高座壁内表面、内表面沿厚度方向向外0.5mm处、内表面沿厚度方向向外1mm处、内表面沿厚度方向向外4mm处(中间位置)以及外表面。

    对于无磁钢和铝合金做3个切面分别为升高座壁内表面、内表面沿厚度方向向外4mm处(中间位置)以及外表面。

白色面为升高座壁内表面

图4 白色面为升高座壁内表面

责任编辑:程玥
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