基于Maxwell的变压器短路分析
基于Maxwell的变压器短路分析
作者：大龙猫 微信公众号：CAE_ANSYS
匝间短路是常见的电器故障,本次基于普通变压器从正常运行状态到匝间短路故障状态的电磁理论，详细分析了匝间短路的动态物理过程，并采用ANSYS Maxwell分析软件建立了变压器的瞬态分析过程
通过本实例主要了解匝间短路的设置方法，外部电路设置短路时间的控制方法，本实例对于Maxwell的爱好者有一定的指导作用
1建立模型
本次计算采用Maxwell的二维分析，首先设置求解环境，设置为轴对称方式，如图所示，建立的模型如图所示。
在正常运行期间，２个相邻的匝串联并具有相同的电流，如图所示。第ｍ 转的电流与第ｍ＋１转
的电流相同。根据安培力定律，２个相邻的匝间相互吸引而不是短路，因为它们之间具有良好的绝缘。当匝间绝缘发生故障时，绝缘故障中的两匝触点将通过电磁吸引力形成短路环，但在碰撞后会立即通过电磁排斥力分离，因为短路方向根据电磁感应定律，短路电流与正常匝数相反本次分析采用的激励线圈为完整的模型，感应线圈设置的为三段，上下两部分线圈为完好的线圈，将线圈2设置为短路状态，通过设置电路来控制是否发生短路
2.边界条件
通过在检测区域的边界上分配气球边界条件来完成边界加载。在端口和线圈分配到绕组后，可以通过将外部电路引入绕组端口来完成励磁加载。结果如图所示
3.外部电路
外部电路模型由电路编辑器构建，如图所示。电路中有四个线圈Lwinding1,2,3,4,分别代表激励线圈和感应线圈的上中下三部分
3.1激励线圈Lwinding1为独立部分，激励部分为电压源，给定外部正弦电压，设置相应的周期和峰值，频率等参数，设置电流表检测电流，并设置电阻，表示线圈的电阻
3.2中间部分Lwinding2，3，4为感应线圈的三部分，他们之间为串联，我们将中间部分通过S12导线控制来决定其是否发生短路，当指定时刻短路时候，其S12合闸，则线圈3被短接，其S12控制部分由name1模块来定义，需要定义其达到相应的电压之后则发生动作，需要注意其控制部分由电压来控制，输入相应的电压表名称既可
3.3下方部分为控制电路s12的激发的电路，其主要方式采用脉冲电路来控制，当脉冲达到指定电压的时候，则s12开关闭合，主要控制其脉冲的时间来控制
4.设置瞬态分析
设置计算的时间，本次计算采用100ms，即五个周期，设置步长为1ms，计算求解
5.结果
通过计算，我们获取相应的电压电流曲线
5.1激励线圈电压如图所示，可以看到其电压为设置的正弦结果
5.2脉冲电路部分的结果如图所示，控制其从40ms开始发生脉冲，脉冲的电压持续20ms后恢复
5.3感应线圈电流如图所示，第一、三个线圈电流始终为正弦变化，第二个线圈可以看到前期和另外两个一样，后面发生短路之后其发生变化，之后回复成原始状态，脉冲波形和感应线圈的电压如图所示，其电压变化和脉冲对应，恢复之后相应的感应电压也恢复。
通过本实例，主要可以了解一下变压器的短路设置方法，瞬态设置方法，电路开断的控制方法
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