Ansys Simulation World Ansys SimulationWorld

Междисциплинарный расчёт трехфазного трансформатора

С целью верификации и уточнения предполагаемых параметров трехфазного трансформатора была произведена серия расчётных экспериментов в среде моделирования ANSYS.

Рассматривалась магнитная система сухого алюминиевого трансформатора с витым пространственным магнитопроводом. Схема соединения обмоток треугольник – звезда, номинальная мощность 100КВА.

Основными задачами численного эксперимента были:

  1. Определение характеристик трансформатора в режимах холостого хода, короткого замыкания и номинальном режиме.
  2. Определение насыщения магнитопровода и магнитного потока одного из стержней в режиме холостого хода с учётом анизотропности трансформаторной стали.
  3. Определение потерь холостого хода трансформатора.
  4. Оценить величину полей рассеяния.
  5. Повторить п. 1-3 для удвоенной мощности нагрузки.
  6. Повторить п. 1-3 для удвоенного напряжения первичной обмотки.
  7. Определить тепловое состояние трансформатора для номинального режима работы.

Перераспределение плотности тока в сечениях обмоток

Задача осложнялась необходимостью моделирования специфической шихтовки стального пакета для обеспечения анизотропного поведения магнитного поля в ленточном типе магнитопровода. Для определения установившегося тока холостого хода потребовалось моделировать десятки периодов.

Моделирование магнитного поля в ANSYS Maxwell

  1. С целью понижения размерности сеточной модели магнитной системы использовалась 1/2 симметричная её часть.
  2. Анизотропный материал задавался путем введения коэффициентов заполнения стали и указания направления шихтовки.
  3. Первичная обмотка в некоторых случаях рассматривалась как катушки с сосредоточенными параметрами, но в остальных случаях массивные проводники моделировались для определения добавочных потерь.
  4. Обмотки ВН и НН были включены должным образом посредством редактора схем с измерительным оборудованием для определения токов и напряжений в различных режимах работы.
  5. Все необходимые эксперименты были проведены в нестационарном магнитном решателе модуля ANSYS Maxwell 3D.

Напряжение первичной обмотки и наведенное напряжение вторичной обмотки в номинальном режиме.

Решение стационарной тепловой задачи в ANSYS IcePak.

  1. Подготовка геометрической и сеточной модели. Эквивалентные геометрические и пространственные размеры необходимы для поэлементной передачи потерь из ANSYS Maxwell в ANSYS IcePak
  2. В модели учитывались теплообмен излучением и естественная конвекция.
  3. Электромагнитные потери передавались поэлементно с сеточной модели ANSYS Maxwell на сеточную модель ANSYS IcePak. С этой целью был подготовлена магнитная задача без использования граничного условия симметрии.
  4. В контрольных точках определялись значения установившейся температуры элементов модели. Магнитная и тепловая задача пересчитывались итеративно с внесением поправок на увеличение удельного сопротивления материала.

Сеточная модель ANSYS IcePak

Температура магнитопровода.

Температура обмотки.

Поле скоростей течения при конвекции

Заключение:

Результаты виртуальных экспериментов сравнивались со значениями аналитических расчётов. Расхождения были выявлены в определении электромагнитных добавочных потерь и, соответственно, превышении температуры трансформатора над окружением. Даны рекомендации по снижению добавочных потерь.

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