基于ANSYS的漏感變壓器仿真計(jì)算
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2 漏感變壓器二維耦合仿真
ANSYS是以麥克斯韋方程組作為電磁場(chǎng)分析的出發(fā)點(diǎn)。在電磁場(chǎng)計(jì)算中，經(jīng)常對(duì)麥克斯韋方程組進(jìn)行簡(jiǎn)化，以便能運(yùn)用分離變量法、格林函數(shù)法等求解得到電磁場(chǎng)的解析解。在實(shí)際工程中，ANSYS利用有限元方法，根據(jù)具體情況給定的邊界條件和初始條件，用數(shù)值解法去求其數(shù)值解。有限元方法計(jì)算未知量(自由度)主要是磁位或者通量，關(guān)心的物理量可以由這些自由度導(dǎo)出。根據(jù)甩戶選擇的單元類型和單元選項(xiàng)的不同，ANSYS計(jì)算的自由度也不同，可以使標(biāo)量磁位、矢量磁位或者是邊界通量。
對(duì)于變壓器，需要研究隨時(shí)間變化的外加場(chǎng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)、次級(jí)屯壓等參數(shù)，故采用二維矢量位方法。矢量位方法每個(gè)節(jié)點(diǎn)有3個(gè)自由度，Ax，Ay，Az，表示遭x，y，z方向上的磁矢量位自由度。在電壓饋電或電路耦合分析中又為磁矢量位自由度增加了另外3個(gè)自由度：電位(VO-LT)、電流(CURR)、電動(dòng)勢(shì)降(EMF)。由矢量磁位可首先計(jì)算出磁通密度。他的值在積分點(diǎn)處由單元形狀函數(shù)計(jì)算而得。在得到了B之后，可以通過能量角度出發(fā)，得到線圈的電感，再根據(jù)電感與能量的關(guān)系求得電感。
2．1 前處理
觀察變壓器的結(jié)構(gòu)，可以發(fā)現(xiàn)變壓器屬于對(duì)稱結(jié)構(gòu)，故可利用其對(duì)稱性，只仿真它一部分，就能得到所需要的結(jié)果數(shù)據(jù)。
根據(jù)給定的尺寸、材料，建立變壓器模型選擇合適的單元，按照實(shí)際尺寸建立有限元模型，并對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分以及耦合自由度。
由于在工頻情況下，鐵芯內(nèi)磁場(chǎng)分布主要受激勵(lì)電流的約束，基本不受渦流的影響，可以得知，鐵芯主磁通在負(fù)載和空載情況下的差別很小，故可以只考慮空載情況。得到變壓器二維有限元耦合模型(如圖3所示)。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/191206.htm
本文主要是研究變壓器的磁場(chǎng)分布，尤其是漏磁，漏磁主要分布在空氣和線圈之間，故在劃分網(wǎng)格時(shí)要將空氣和線圈部分畫得較密。同時(shí)，主磁通是分布在鐵芯中，為了體現(xiàn)主磁通的分布以及確切值，也需要將鐵芯的網(wǎng)格適當(dāng)加密，見網(wǎng)格劃分的局部圖。如果只考慮走向問題，可以選用粗網(wǎng)格以縮短計(jì)算時(shí)間。
2．2 求解
由于加載的電壓頻率是50 Hz，要計(jì)算加載步個(gè)數(shù)，設(shè)置每個(gè)加載步時(shí)間間隔為1．25 ms，每個(gè)載荷步又分為間隔為0．25 ms的小步來實(shí)現(xiàn)。由于線圈電感的存在，要經(jīng)過一段時(shí)間波形才能穩(wěn)定，故要得到穩(wěn)定的結(jié)果，需要將加載時(shí)間調(diào)長(zhǎng)。
2．3 后處理
使用電磁宏可以得到各個(gè)載步或者時(shí)間點(diǎn)時(shí)刻磁力線以及磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量、以及二次線圈上的感應(yīng)電壓等參數(shù)。
當(dāng)給初級(jí)線圈加上交變電壓時(shí)，根據(jù)麥克斯韋方程，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)會(huì)穿過線圈形成閉合磁場(chǎng)，散布在線圈周圍。由于鐵芯的約束，使得磁場(chǎng)沿著鐵芯繞，形成閉合磁場(chǎng)，又稱為主磁通。
圖4、圖5顯示了模擬得到的磁場(chǎng)分布，從圖中可以明顯觀察到磁力線走向以及大小。通過觀察可以了解到，鐵芯內(nèi)的磁場(chǎng)分布較均勻，由于是1／2模型，會(huì)體現(xiàn)出鐵芯中間處磁場(chǎng)較集中，故磁感應(yīng)強(qiáng)度相對(duì)鐵芯邊緣處的值較大。鐵芯內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度在0．85～1．6 T之間，在理論計(jì)算范圍內(nèi)，從而證明模型以及計(jì)算方法的正確性。
評(píng)論