Ansys电力变压器解决方案

电力变压器设计挑战

目前面临的挑战：

1、磁场

• 非线性材料

• 涡流电流

• 磁场随时间的变化

• 瞬态激励源下的磁场变化

• 空间磁场分布

2、电场

• 介电常数的变化

• 电极的尺寸和形状

• 空间电场分布

变压器的两个类别

变压器可以分为两类进行FEA仿真：

• 电力变压器

‐ 频率50‐60Hz

‐ 功率范围kW‐MW

‐ 主要使用涡流场和静电场求解器

‐ 铁芯采用非线性硅钢片叠压而成

• 电子变压器

‐ kHz开关频率 (但是DC‐MHz都要考虑)

‐ 功率范围mW‐W

‐ 主要使用涡流求解器，但非正弦激励需要使用瞬态求解器

‐ 磁芯使用具有线性磁导率的铁氧体

‐ 绕组需建立每根导线（细化线圈模型），以考虑集肤效应和邻近效应

全面的变压器设计解决方案

对于变压器，Ansys提供电磁、多物理场和系统解决方案：

• 电磁性能 (损耗，力，阻抗等…)

• 多物理场 (磁热耦合，电磁‐结构结构，振动噪声)

• 系统级模型 (ECE 降阶模型和随频率变化的ROM模型)

Ansys提供一个可以对所有主要物理现象进行模拟的仿真平台

Ansys机电组件和系统解决方案

Ansys的主要优势

Ansys在电力变压器仿真方面的具体优势

• 强大的静态和瞬态求解器，可解决集肤效应、非线性饱和问题、损耗、多绕组的外部电路以及随时间变化的磁场

• 强大的自适应网格划分技术可生成适当、准确和有效的网格

• 高性能计算 (HPC) ，通过参数化和优化来解决数值（矩阵）较大的仿真问题

• 用于多绕组和瞬态分析的场路耦合仿真

• 磁‐热、磁‐结构双向耦合的多物理场耦合分析

案例分析

油箱和结构件上的杂散损耗

夹件和拉板的杂散损耗

母排引起的油箱损耗

引出线引起的油箱损耗

变压器线圈损耗计算

短路力

绝缘系统设计

变压器套管中的电场

变压器绝缘子中的电场

负载损耗分析

绕组短路阻抗

绕组电容

并联绕组电流不平衡

壳型电力变压器杂散磁通分析

铁芯损耗

各向异性铁芯损耗模型

变压器热分析

变压器母排分析

变压器涌流

变压器系统仿真

地磁感应电流分析 (GIC)

Z型联结组别自耦变压器的系统分析

3相–6相变压器系统仿真

绕组噪声分析

磁心磁致伸缩噪声分析

总结

• Ansys为电力变压器分析提供了完整的FEA解决方案

• 集成电磁，电路，控制，多物理场和系统建模等仿真功能

• 自适应网格，高性能计算，场路耦合和高级材料模型等高级功能可确保满足当前和未来的仿真需求

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