變壓器設計的案例
【11月15-16日 成都】ANSYS官方培訓—電源變壓器設計及多場耦合分析
電源變壓器設計及多場耦合分析
培訓背景
經過數年的發展和完善，開關電源以其體積小、重量輕、效率高等優點，廣泛應用于航空航天設備、計算機及外圍設備、通信設備及控制裝置等電子設備中。在開關電源中，變壓器擔任能量傳遞的重要角色，其設計牽涉電磁、散熱等多方面的要求。隨著近年來開關電源體積越來越小、功率密度越來越高、開關頻率越來越高的發展趨勢，對電源變壓器的電磁場及多物理場耦合分析提出了嚴峻的挑戰
本次培訓主要針對開關電源變壓器的電磁特性設計、散熱設計以及變壓器應用于電源系統中的設計的仿真方法和手段進行相關培訓，提升相關科技工作者的技術水平，普及ANSYS軟件高級功能。因此，ANSYS公司特開辦“基于ANSYS電源變壓器設計及多場耦合分析高級培訓班”。
培訓合格者發放ANSYS技術培訓認證證書。
展開 高燃點、可生物降解酯液的電力變壓器設計、制造和換油的注意事項
簡介
酯液成功地應用于配電變壓器和牽引變壓器已有多年。然而，當應用于高電壓、大容量和尺寸較大的電力變壓器時，酯液還具有其他一些特性，需要仔細考慮。在電力變壓器中酯液的可靠設計和應用中，在小型變壓器中可能不重要的問題變得極為重要。一些文獻確定了酯液在用于電力變壓器之前必須研究的幾個性能特性。下面幾節將考慮一些重要特征的影響。
2. 變壓器設計注意事項
在使用酯液設計大中型電力變壓器時，設計者需要考慮礦物油和酯液之間在性能、特性和材料參數方面的許多顯著差異。通過多年的運行和試驗經驗，對礦物油填充電力變壓器的介電性能和熱性能的設計計算和設計規則進行了研究和不斷完善。因此，在理論、分析和實驗研究的基礎上，結合多年來礦物油填充變壓器設計的經驗，制定相應的設計計算和設計規則，對設計可靠的酯液填充電力變壓器至關重要。本文的這一部分介紹了為開發酯液填充電力變壓器的設計指南和計算而進行的調查的結果。本節還介紹了酯液的不同性質和特性對變壓器的鐵芯和繞組的設計有何影響，以及在設計這些變壓器時應如何考慮這種影響，以便達到與礦物油填充電力變壓器相同或更好的性能和可靠性水平。在選擇、設計和確定用于酯液填充電力變壓器的套管和分接開關的電壓和電流額定值時必須考慮的因素見第2.3節。
2.1 絕緣設計注意事項
在由液體和固體絕緣材料組成的絕緣系統中，固體和液體介質之間的電應力分布取決于液體和固體材料的介電常數的相對值。酯類絕緣液的介電常數通常高于礦物油的介電常數，接近紙板和絕緣紙的介電常數。由于酯液/隔板系統的介電常數匹配較好，固體和液體之間的應力分布差異遠小于礦物油/隔板系統。這樣做的一個結果是，在酯液填充的絕緣系統中，局部放電發生電壓要比礦物油絕緣系統略高。測試結果還表明，對于較小的絕緣距離，酯液在AC和LI應力下的平均擊穿電壓是相似的。
展開 干貨丨如何優化PoE供電中的變壓器設計
那么PD設備的要求和變壓器的設計要求如何連接起來。
?
設計要點1
：
變壓器高頻化減小尺寸
在一個電路板子，可以看到體積做大的就是變壓器，那么減小變壓器尺寸就能節約板子大小。高頻化能減小變壓器尺寸，變壓器功率傳輸，所以頻率從200 KHZ ->300 KHZ ->500KHZ，能減小變壓器體積。
? 設計要點2：CCM工作模式減小器件尺寸
? 設計要點3：原邊反饋減小尺寸
*圖片來源于網絡
EMC衡量的是噪聲源對敏感設備產生的干擾，包括傳導和輻射組成，一方面要減小干擾源，另一方面就是要優化耦合路徑。
為了減小EMI，首先要確認電路中的噪聲來源，噪聲源分為傳導噪聲源和輻射噪聲源。傳導噪聲源一般是30MHZ以內的低頻噪聲，由電場的變化產生；傳導噪聲源主要是功率管的開關動作會導致MOS源級電壓產生突變，會導致變壓器將電壓的突變傳遞到副邊，提高MOS的驅動電阻能夠降低開關速度，但是驅動損耗會上升；或者增加吸收電路，減小高頻振蕩。變壓器的雜散參數對EMI影響較大，比如變壓器Cp（原邊繞組電場）就影響電壓尖峰和電流紋波。
輻射噪聲源則是30M以上的噪聲，是空間磁場的干擾，由高頻的電流環路組成，高頻環路是指變壓器原邊環路和副邊環路，PCB layout時候要減小環路路徑，減小噪聲，或者加并聯小的電容。
順絡電子擁有強大的變壓器設計團隊，在PoE供電的變壓器設計中，從尺寸，效率以及EMC角度全面優化變壓器的設計，滿足客戶的定制化需求。
展開 儲能系統中變壓器常見失效分析
儲能系統中變壓器常見失效分析
摘要
介紹了變壓器在儲能系統應用中的常見故障及形成原因，提出了變壓器選型設計要素，為儲能系統變壓器設計選型提供一些參考依據。
干式變壓器設計基本原理（可領取）
掃碼關注“電力變壓器視界”
公眾號后臺回復
“PPT”
，獲取領取方式
來
源：網絡
Ξ
視頻號Vol.92
變壓器零件及功能介紹
Ξ DWG圖紙合集領取
Ξ 合集資料領取
Ξ 掃碼關注
Ξ 線上廣告入駐
【免責聲明】文章為作者獨立觀點，不代表電力變壓器視界立場。如因作品內容、版權等存在問題，請于本文刊發30日內聯系電力變壓器視界進行刪除或洽談版權使用事宜。
???點擊“原文鏈接”
標注&
領取“中國電力變壓器企業分布圖（紀念版）”
展開 【設計】一文了解油浸地下組合變壓器的設計！
其中，地下式變壓器是地埋式產品中的一個重要組成部分。
地下式組合變壓器的設計制造成為系統供電質量及安全的關鍵。
地下式變壓器一般安裝在地溝的檢修孔以及小型地坑中。針對其特殊的運行環境，其密封防水，絕緣，防腐防銹及溫升控制問題是產品設計的關鍵部分。設計產品的性能一般按國內配電變壓器的最先進水平要求，設計成S15 型非晶合金鐵心變壓器，S11、S13 型節能環保型變壓器。在負荷變化大的場合，可將有載調容調壓變壓器用于地下，更加節能。
隨著電網的協調發展，科技和信息化、自動化、互動化水平的提高，實現電網智能化是電網發展的關鍵一步，變電設備實現智能控制勢在必行。
本文作者根據多年設計其產品的經驗撰文，供大家參考。
展開 干式變壓器設計基本原理（可領取）
導讀
本次【PPT】系列推薦為“干式變壓器設計基本原理”
如需領取PPT原件，在公眾號后臺回復關鍵詞“PPT”即可獲取領取方式。
變壓器的碳足跡和減少二氧化碳排放的潛力
結 論
根據四種不同的損耗水平，計算了1000kVA變壓器從出生到終老的碳足跡?？梢钥闯?，在歐盟指令引入之前，符合典型設計的變壓器的壽命碳排放量為496.9噸。如果采用設計4中的高效變壓器，壽命排放降低到276.7噸，降低了44%。
本文進一步評估了采用這四種設計方案的變壓器的全球碳減排潛力。
如果繼續使用設計1方案，到2045年的CO2排放量為2.2544億噸，如果系統中所有新增變壓器都符合設計4，則2045年的CO2排放量將降至1.2013億噸
展開 基于溫度場仿真的干式變壓器散熱設計
，空氣的出風口、進風口的平均風速與壓強為1個大氣壓，因此根據散熱器的性能參數，所對應的冷空氣溫度作為入口，進行有限元的模型設計，如圖4所示。
干貨 | 電源反激變壓器設計過程詳解
決定變壓器線徑及線數:
當變壓器決定后，變壓器的Bobbin（骨架）即可決定，依據Bobbin（骨架）的槽寬，可決定變壓器的線徑及線數，亦可計算出線徑的電流密度，電流密度一般以6A/mm2為參考，電流密度對變壓器的設計而言，只能當做參考值，最終應以溫升記錄為準。
變壓器有效的骨架寬度：
LX為原邊繞組層數，在這里采用4層。
M為線圈每端需要的爬電距離，在這里取2mm。
(爬電距離是沿絕緣表面測得的兩個導電零部件之間或導電零部件與設備防護界面之間的最短路徑。)
骨架繞線寬度:Bw=11.9mm
計算原邊繞組導線允許的最大直徑（漆包線）：
根據上述計算數據可采用裸線徑DIA=0.23mm的漆包線繞置，其帶漆皮外徑為0.27mm，剛好4層可以繞下。
根據所選線徑計算原邊繞組的電流密度：
計算副邊繞組導線允許的最大直徑（漆包線）：
根據上述計算數據可采用裸線徑DIASS=0.72mm的漆包線繞置，但由于在溫度100℃、工作頻率為60KHz時銅線的集膚深度：
而0.72mm大于了2倍的集膚深度，使銅線的利用率降低，故采用兩根0.35mm的漆包線并繞。
展開 【講解】非晶變壓器設計特點及發展前景！
(3)為了使用戶能獲得免維護或少維護的好處，現把非晶合金配電變壓器的產品，都設計成全密封式結構。
二
變壓器非晶合金結構特點
利用導磁性能突出的非晶合金，來用作制造變壓器的鐵芯材料，最終能獲得很低的損耗值。但它具有許多特性，在設計和制造中是必須保證和考慮的。主要體體現以下幾個方面：
(1)非晶合金片材料的硬度很高，用常規工具是難以剪切的，所以設計時應考慮減少剪切量。
(2)非晶合金單片厚度極薄，材料表面也不是很平坦，則鐵芯填充系數較低?！ ? (3)非晶合金對機械應力非常敏感。結構設計時，必須避免采用以鐵芯作為主承重結構件的傳統設計方案。
展開 
變壓器多場耦合仿真APP
變壓器多場耦合仿真APP可開展電力變壓器的多物理場仿真，可針對變壓器熱故障開展校核，獲得不同發熱功率下變壓器內溫度場分布。
隨著電力行業的發展，電力變壓器的安全性、可靠性和效率等方面的需求越來越高。為了滿足這些需求，現代仿真技術被廣泛應用于電力變壓器的設計、測試和校核。變壓器多場耦合仿真APP是一種新型的仿真工具，可針對電力變壓器的多物理場進行仿真。
變壓器多場耦合仿真APP可以模擬變壓器內部的多種物理場，如電場、磁場和溫度場等。通過這種仿真工具，可以獲得變壓器內部的電場分布、磁場分布和溫度場分布等關鍵參數，以便進行設計和校核。
特別是對于變壓器的熱故障，變壓器多場耦合仿真APP可以提供準確的仿真結果，以便進行校核和評估。通過對不同發熱功率下變壓器內部溫度場的分布進行仿真，可以評估變壓器的熱穩定性和安全性，并對變壓器的設計和制造進行優化。
總之，變壓器多場耦合仿真APP是一種非常有用的工具，可用于電力變壓器的設計、測試和校核。隨著仿真技術的不斷發展，相信這種仿真工具將在未來得到更廣泛的應用，為電力行業的發展做出更大的貢獻。
訪問Simapps，在線計算變壓器多場耦合仿真APP：
https://www.simapps.com/v2/engineering-app/all/72988
展開 Ansys電力變壓器解決方案
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
展開 關于整流變壓器的兩件事
變頻調速系統中的整流變壓器，有兩件事情經常被 人問起：
變頻調速整流變壓器，高低壓繞組間的接地屏可不可以去掉？——對變壓器本身來說，接地屏確實沒有任何益處，因為它基本保護不了變壓器，保護的主要是低壓側的整流元件或變頻器。
三分裂整流變壓器，低壓繞組不分裂成三部分可不可以？按普通雙繞組設計，然后直接在低壓閥側接三組變頻器豈不更好？對變壓器有啥影響？——對變壓器確實沒啥影響，和第一條一樣，影響的主要是低壓側的變頻器，低壓繞組不分裂容易導致變頻器運行中燒毀。
變壓器在制造廠內只有一至幾個月的制造周期，在用戶那里卻要運行幾年至幾十年，通常，變壓器實際運行狀況在工廠內很難模擬，整流變壓器在整個服役期內，幾年至幾十年的安全穩定運行會很不容易。關注和了解變壓器運行情況，保證變壓器滿足用戶的使用條件，是變壓器設計的根本。
展開 【講解】變壓器空載關鍵參數剖析及計算講解
變壓器空載是在變壓器運行過程中的一種現象。在進行電子電路設計時，有時會需要對變壓器空載的損耗進行計算。在這對于剛剛接觸變壓器空載的設計者來說會有一些困難。本文就將對變壓器空載的損耗計算方法進行講解，幫助設計者們盡快掌握這種方法。
變壓器空載損耗計算方法是與外施電壓有很大關系，如果電壓V為一定值，則變壓器空載損耗鐵損不變，（因為f不變），又因為正常運行時U1=U1N，故空載損耗又稱不變損耗。如果電壓波動，則空載損耗即變化。變壓器的鐵損與鐵芯材料及制造工藝有關，與負荷大小無關。
空載損耗包括鐵芯中磁滯和渦流損耗及空載電流在初級線圈電阻上的損耗，前者稱為鐵損后者稱為銅損。由于空載電流很小，后者可以略去不計，因此，空載損耗基本上就是鐵損。
空載損耗
當變壓器二次繞組開路，一次繞組施加額定頻率正弦波形的額定電壓時，所消耗的有功功率稱空載損耗。算法如下：空載損耗=空載損耗工藝系數×單位損耗×鐵心重量
負載損耗
當變壓器二次繞組短路（穩態），一次繞組流通額定電流時所消耗的有功功率稱為負載損耗。算法如下：負載損耗=最大的一對繞組的電阻損耗+附加損耗
附加損耗=繞組渦流損耗+并繞導線的環流損耗+雜散損耗+引線損耗
阻抗電壓
當變壓器二次繞組短路（穩態），一次繞組流通額定電流而施加的電壓稱阻抗電壓Uz。通常Uz以額定電壓的百分數表示，即uz=（Uz/U1n）*100%。
展開 