基于ANSYS的漏感變壓器仿真計(jì)算
摘要:為了達(dá)到縮短漏感變壓器設(shè)計(jì)周期,節(jié)約設(shè)計(jì)成本的目的,采用有限元仿真方法,利用場路耦合的方式,首次對漏感變壓器做了的二維仿真,獲得了變壓器在空載情況下的次級電壓、鐵芯內(nèi)部磁場分布、漏感分布。當(dāng)初級電壓變化10%時(shí),次級電壓變化不超過3%,印證了漏感變壓器具有穩(wěn)壓的作用。
關(guān)鍵詞:ANSYS;變壓器;漏感;有限元仿真
0 引言
隨著微波爐的普及,微波爐的需求越來越多,大量制造時(shí)需要考慮節(jié)約成本以及性能要求,漏感變壓器作為微波爐核心器件之一,影響著微波爐整體性能以及制造費(fèi)用。
漏感變壓器作為一種特殊的變壓器,他不但能起到變壓的作用;同時(shí)由于漏感的存在,還能起到穩(wěn)定電壓的作用,這是由于當(dāng)初級電壓變化時(shí)產(chǎn)生的磁通量沒有全部鎖定在鐵芯中形成主磁通,而是有一部分分布在線圈與空氣之間。當(dāng)初級電壓變化時(shí),次級的感應(yīng)電動勢的變化就不會如理想變壓器那么劇烈,也就起到了穩(wěn)壓的作用。
由于漏感分布在線圈和空氣中,傳統(tǒng)的分析方法是采用路的分析方法,無法計(jì)算漏感確切的分布位置以及強(qiáng)度,長期以來只能靠經(jīng)驗(yàn)來判定。另一方面,傳統(tǒng)的計(jì)算方法只能得到宏觀特性,不能得到精細(xì)的變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)。再加上鐵芯的材料一般都是非線性的,這使得計(jì)算求解更加困難,只能用線性B-H曲線代替求解,使得計(jì)算不準(zhǔn)確。要想得到變壓器的精確數(shù)據(jù),就只有依靠數(shù)值計(jì)算和計(jì)算機(jī)技術(shù)。
ANSYS是基于有限元法的一款計(jì)算軟件,可用來分析電磁場領(lǐng)域的多項(xiàng)問題。它充分利用了各種計(jì)算方法的優(yōu)點(diǎn),發(fā)展出了適用于不同情況的電磁分析模塊,其中Emag模塊主要應(yīng)用于低頻電磁分析,其主要特點(diǎn)是:非線性磁場分析和場路耦合分析,這對于計(jì)算非線性材料非常有用,尤其是磁性材料,主要應(yīng)用于電擊、變壓器、電磁開關(guān)以及感應(yīng)加熱等領(lǐng)域。
1 變壓器基本原理與漏磁場
如圖1所示,U1為初級線圈電壓,N1為初級線圈的匝數(shù),U2為次級線圈電壓,N2為次級線圈的匝數(shù),對初級線圈加上一定的電壓,按電磁感應(yīng)定律,會在次級線圈上得到感應(yīng)電動勢,在沒有電阻、漏磁及鐵損的情況下,變壓器是理想變壓器,原線圈和副線圈的匝數(shù)比等于原電壓和副電壓之比如圖1、圖2所示。
如圖2所示,如果在原線圈兩端外加一正弦交流電壓U1,則原線圈中將有交變電流I1通過,因而在鐵心中將激勵一交變磁通。為了便于分析問題,將總磁通分成等效的兩部分磁通,其中一部分磁通沿著鐵心閉合,同時(shí)與原、副線圈相交鏈,稱為互感磁通或主磁通,用φ表示;另一部分磁通主要沿非鐵磁材料(如空氣)閉合且僅與原線相交鏈,稱為原線圈漏磁通,表示為φ1,還有一部分只與次級線圈相交鏈的稱為副線圈漏磁通,表示為φ2。主磁通占總磁通的絕大部分,而漏磁通只占很小的一部分(0.1%~0.2%)。
如果僅僅是依靠空氣和線圈之間的漏感,是不能達(dá)到漏感變壓器穩(wěn)定電壓的要求的,因此人為的在初、次級線圈中間加入漏磁沖片,引導(dǎo)部分磁場從這里穿過,形成高漏磁。
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