Ansys Simulation World Ansys SimulationWorld

Междисциплинарный расчёт трехфазного токоограничивающего реактора

С целью верификации и уточнения предполагаемых параметров токоограничивающего реактора была произведена серия расчётных экспериментов в среде моделирования ANSYS. Основными задачами численного эксперимента были:

  1. Определение теплового состояние реактора на номинальном токе, при условии, что реакторы размещены вертикально.
  2. Для тока динамической стойкости. Определение электромагнитных усилий для различных групп проводников и слоев проводников, а также между фазами реактора.
  3. Для тока термической стойкости. Определение теплового состояния реактора при увеличении тока номинального режима до тока термической стойкости в течении 3 секунд.

Геометрическая модель реактора для одной фазы. Эффект вытеснения тока в торцевых группах проводников.

Задача затруднялась сложной пространственной транспозицией обмоточного провода. Для определения добавочных потерь от индукционных и циркуляционных токов было принято решение моделировать обмотку в явном виде, моделируя каждый проводник по-отдельности. Это повлекло к значительному увеличению количества геометрических тел в расчётной области.

 

Работа велась поэтапно:

Первая часть работы:

Моделирование магнитного поля в ANSYS Maxwell

  • Подготовка геометрической модели, формирование фаз из транспонированных элементарных проводников.
  • Создание схемы подключения элементарных проводников для каждого реактора к источникам номинального тока амплитудного значения.
  • Нестационарный магнитный расчёт позволил определить значение токов в каждом элементарном проводнике параллельных ветвей реакторов фаз. На этом этапе было важно учесть эффект вытеснения тока и перераспределение тока между параллельными ветвями обмотки, что значительно сказывается на величине общих потерь.
  • Для понижения сложности задачи был выполнен переход их нестационарной задачи в задачу гармонического магнитного поля с определёнными токами в каждом проводнике.

Решение тепловой задачи в ANSYS Fluent.

  • Подготовка геометрической и сеточной модели. Эквивалентные геометрические и пространственные размеры необходимы для поэлементной передачи потерь из ANSYS Maxwell в ANSYS Fluent.
  • Определение установившейся температуры элементов модели с итеративным пересчётом магнитной и тепловой задачи с внесением поправок на увеличения удельного сопротивления материала.

Значения температур в расчётной области.

Поле скоростей текучей среды в верхней и нижней части верхнего реактора (фаза А).

 

Вторая часть работы:

  • Использовался подход первой части задачи с значениями токов динамической стойкости. Рассматривались реакторы фаз А и B в вертикальном расположении и их магнитной взаимодействие.
  • Постпроцессорая обработка векторных полей магнитных величин позволила определить интересуемые радиальные и осевые усилия для каждого проводника модели, а также усилия взаимодействия двух реакторов. Результаты были представлены для постоянной и переменной составляющей сил.

Векторное представление силы Лоренца

 

Третья часть работы:

  • Для решения нестационарной тепловой задачи использована геометрическая и сеточная модели из первой части расчета.
  • Для тока термической стойкости был произведен расчёт тепловыделения, используя магнитную задачу из первой части работы.
  • Нестационарная задача решалась для 3 секунд реального времени с начальными условиями температуры проводников из первой задачи, конвекция и излучение не учитывались.

Температура в области верхнего реактора на третьей секунде расчёта (фаза А).

Хотите всегда быть в курсе последних новостей и событий?
Подпишитесь на рассылку