基于ANSYS的松耦合變壓器三維仿真研究
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作為旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向智能鉆井系統(tǒng)核心部件的可控偏心器，其原理是利用電機泵產(chǎn)生推動翼肋伸縮的動力, 當(dāng)采用電機泵動力時，電機泵的能量來源于井下渦輪發(fā)電機。由于可控偏心器的機械結(jié)構(gòu)決定了電機泵要安裝在不旋轉(zhuǎn)套上，而發(fā)電機要安裝在旋轉(zhuǎn)的主軸上，這樣就涉及到旋轉(zhuǎn)和不旋轉(zhuǎn)之間的能量傳輸問題。以前一直采用的是接觸式滑環(huán)能量傳輸方式,由于接觸式滑環(huán)存在安裝不方便、旋轉(zhuǎn)時易磨損、易受到井下鉆井液、水的腐蝕以及泥漿的影響等缺陷,迫切需要一種新的非接觸式能量傳輸方式――松耦合電能傳輸技術(shù)。作為松耦合電能傳輸技術(shù)的核心部分――松耦合變壓器，對它的研究則顯得尤為重要。
對于井下惡劣的環(huán)境以及空間等各方面因素的限制，我們對松耦合變壓器的研究存在較大困難，而ANSYS的實體建模能力可以快速精確地模擬三維松耦合變壓器。ANSYS三維仿真無論是建模、網(wǎng)格劃分還是后處理，都有它自己獨特的優(yōu)點，尤其是在后處理中，可以觀察出各個方向的電磁力、磁感應(yīng)強度、磁動勢等。下面就介紹ANSYS10.0軟件在松耦合變壓器中的三維仿真分析過程。
松耦合變壓器的ANSYS三維仿真
針對松耦合變壓器，我們采用了磁矢量位方法進行仿真。磁矢量位方法（MVP）是ANSYS支持的三維靜態(tài)、諧波和瞬態(tài)分析的兩種基于節(jié)點分析方法中的一個。矢量位方法在X、Y和Z方向分別具有磁矢量位AX、AY、AZ。在載壓或電路耦合分析中還引入了另外三個自由度：電流(CURR)，電壓降(EMF)和電壓(VOLT)。3-D矢量位方程中，用INFIN111遠場單元（AX、AY、AZ三個自由度）來為無限邊界建模。
單元類型選擇，實常數(shù)及材料屬性設(shè)置
場路耦合可用于2維和3維仿真，建立電路單元需要用CIRCUI24單元進行建模，將建立好的電路模型與有限元實體模型進行耦合。其中實體模型可選擇PLAN53(2D)、SOLID97(3D)和SOLIDll7(3D-20node)單元。對于節(jié)點法3-D分析，可選的單元為3D 矢量位SOLID97單元，與2D單元不同，自由度為：AX,AY,AZ，AX,AY,AZ,CUR,EMF；線圈實常數(shù)設(shè)置與材料屬性設(shè)置如表1、表2。
表1：線圈實常數(shù)
表2：材料屬性
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