电力机车主变压器油箱损耗的三维有限元分析
发布时间:2019-07-13 17:18:44来源:
虽然电力机车主变压器在原理上与普通变压器有太大差别,但是,篼速电力机车主变压器是高漏抗、多绕组变压器,当采用饼式、分裂式绕……组时,由于横向漏磁场大,因此油箱的损耗也篼。
若不采取措施,较大的损耗会使油箱局部过热。因此,较精确的计算油箱损耗非常必要。传统的计算方法是根据普通变压器的经验公式进行估算,对高漏抗(漏抗大于40%)变压器来说,误差较大,利用经验公式对本文研究的变压器进行计算得剖的结构损耗为63.MKW;而使用FEM二维有限元分析法虽然能够提篼计算精度,但是由于漏磁场扩散区域大,常常很不规则,不宜做二维分析。并且FEM的功能有限,所以二维分析不可避免地会产生较大误差。因此需要采用更为准确的三维有限元方法来计算电力机车主变压器的涡流分布和杂散损耗。
2油箱损耗的理论分析变压器的全部磁场可以看成两个部分,其磁势所建立的。这个由合成磁势建立的磁场,按照全电流定律,不可能包含与变压器所有磁场都交链的磁通,仅可能包含与一个线圈或多个线圈逐次或完全交链的磁通,这个磁场就叫做变压器的漏磁场……
有限元法中的边单元13法能够很好的求解变压器的漏磁场。由麦克斯韦方程和时变电磁场中电场强度£:与磁矢量势电标量势的公式关系,并且施加库仑规范,得到使用边单元的磁场有限元分析基本公式,可写成如下的磁矢量势A与电标量势的形式141油箱损耗包括涡流损耗和磁滞损耗两部分,其中主要为涡流损耗。油箱损耗的计算是建立在变压器漏磁场分析基础上的。按照洛果夫斯基的定义,对于多绕组变压器,磁势方程为密度,涡流密度Je写为如下形式:油箱中的涡流损耗W按下式计算:式(2)获得的涡流密度。
3有限元计算实例3.1FEA型的建立应用ANSYS/MULTIPHICS多物理场FEA分析软件包对?台高速电力机车主变压器进行三维有限元分析与计算。该主变压器的绕组结构是采用交错式的,分别为篼压,牵引,供电和辅助4种线圈。该变压器篼电线圈额定电压为25KK,额定电流为278;牵引线圈额定电压为1.471AT,额定电流为974d:供电线圈额定电压为0.860AT,额定电流为581.:辅助线圈1额定电压为0.860尤F,额定电流为232. 5辅助线圈2额定电压为0.220,额定电流为914.属于篼漏抗、多绕组、交错式变压器。
变压器油箱采用如所示的结构:箱体采用6mm不绣钢板,左侧、箱盖和箱底采用3mm整体铜屏蔽;考虑剖分的方便性,箱盖和箱底再加3mm铜全屏蔽;箱左侧和右侧锅板加3mm局部铜屏蔽,沿高度方向的长度为500mm,沿宽度方向的长度为1100mm本文分析的电力机车主变压器的FEA模型图,如所示,FEA模型为实体模型的一半(该图形中只包括铁芯与所有线圈),剖分成8节点6面体单元,相应的有限元剖分单元数为87994个、边数171926个、有效边数118942个。
3.2单元选取和边界条件近似作为无穷远处。线圈和油箱的具体参数可以在定义体属性的实常数中说明。在建立模型时,只取变压器所占空间一半,因此,在对称面上加对称的边界条件:DA,ALL,ASYM.在无穷远单元上加无穷远边界标志:DA,ALL,AZ,0,3.3结果分析采用三维有限元边单元法可以方便的得到油箱各个部分的涡流密度损耗,从而采取相应的屏蔽措施来消除局部过大的电流密度。在靠近变压器油侧的内表面的涡流密度矢量分布图如下列、所示。
铝板和局部铜屏蔽表面涡流密度矢童分布计算结果进行对比:左侧铜屏蔽表面涡流密度矢量分布现将用三维有限元边单元法计算出来的电力机车主变压器油箱损耗与