電力變壓器設計挑戰

目前面臨的挑戰：

1、磁場

? 非線性材料

? 渦流電流

? 磁場隨時間的變化

? 瞬態激勵源下的磁場變化

? 空間磁場分布

2、電場

? 介電常數的變化

? 電極的尺寸和形狀

? 空間電場分布

變壓器的兩個類別

變壓器可以分為兩類進行FEA仿真：

? 電力變壓器

‐ 頻率50‐60Hz

‐ 功率范圍kW‐MW

‐ 主要使用渦流場和靜電場求解器

‐ 鐵芯采用非線性硅鋼片疊壓而成

? 電子變壓器

‐ kHz開關頻率 (但是DC‐MHz都要考慮)

‐ 功率范圍mW‐W

‐ 主要使用渦流求解器，但非正弦激勵需要使用瞬態求解器

‐ 磁芯使用具有線性磁導率的鐵氧體

‐ 繞組需建立每根導線（細化線圈模型），以考慮集膚效應和鄰近效應

全面的變壓器設計解決方案

對于變壓器，Ansys提供電磁、多物理場和系統解決方案：

? 電磁性能 (損耗，力，阻抗等…)

? 多物理場 (磁熱耦合，電磁‐結構結構，振動噪聲)

? 系統級模型 (ECE 降階模型和隨頻率變化的ROM模型)

Ansys提供一個可以對所有主要物理現象進行模擬的仿真平臺

Ansys機電組件和系統解決方案

Ansys的主要優勢

Ansys在電力變壓器仿真方面的具體優勢

? 強大的靜態和瞬態求解器，可解決集膚效應、非線性飽和問題、損耗、多繞組的外部電路以及隨時間變化的磁場

? 強大的自適應網格劃分技術可生成適當、準確和有效的網格

? 高性能計算 (HPC) ，通過參數化和優化來解決數值（矩陣）較大的仿真問題

? 用于多繞組和瞬態分析的場路耦合仿真

? 磁‐熱、磁‐結構雙向耦合的多物理場耦合分析

案例分析

油箱和結構件上的雜散損耗

夾件和拉板的雜散損耗

母排引起的油箱損耗

引出線引起的油箱損耗

變壓器線圈損耗計算

短路力

絕緣系統設計

變壓器套管中的電場

變壓器絕緣子中的電場

負載損耗分析

繞組短路阻抗

繞組電容

并聯繞組電流不平衡

殼型電力變壓器雜散磁通分析

鐵芯損耗

各向異性鐵芯損耗模型

變壓器熱分析

變壓器母排分析

變壓器涌流

變壓器系統仿真

地磁感應電流分析 (GIC)

Z型聯結組別自耦變壓器的系統分析

3相–6相變壓器系統仿真

繞組噪聲分析

磁心磁致伸縮噪聲分析

總結

? Ansys為電力變壓器分析提供了完整的FEA解決方案

? 集成電磁，電路，控制，多物理場和系統建模等仿真功能

? 自適應網格，高性能計算，場路耦合和高級材料模型等高級功能可確保滿足當前和未來的仿真需求

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