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变压器产品设计的仿真解决方案

返回列表 来源:小编 浏览:295 发布日期:2019-08-31

仿真技术在变压器产品设计中的应用

变压器行业属于传统产业,变压器种类繁多,结构复杂,在研发过程中常涉及到强度、刚度、散热、疲劳、优化、电磁耦合等多方面的工程问题。随着现代CAE仿真技术的日趋成熟,企业完全可以将这种先进的研发手段与试验和经验相结合,形成互补,从而提升研发设计能力,有效指导新产品的研发设计,节省产品开发成本,缩短开发周期,从而大幅度提高企业的市场竞争力。下文是CAE仿真技术在解决变压器压缩机产品研发过程中部分常见工程问题的简要介绍:

 

变压器产品设计的仿真解决方案(图1)

变压器电磁场问题

ü  变压器绝缘设计和电场计算

ü  变压器中初次级线圈对电容分压信号的影响

ü  变压器线圈短路电动力计算

ü  变压器绕组环流及漏磁场计算

ü  变压器杂散损耗仿真

ü  变压器直流偏磁仿真

变压器产品设计的仿真解决方案(图2)变压器产品设计的仿真解决方案(图3) 变压器产品设计的仿真解决方案(图4)

利用ANSYS Maxwell建立变压器有限元模型,基于自动自适应的网格剖分技术,分析变压器的三维电场存在的问题和缺陷,给出变压器的电位和场强分布,以及漏磁场分布和结构件杂散损耗。针对变压器不平衡电流问题,在瞬态求解器对各个线饼内的电流进行仿真计算,以直观比较各个并联之路中的电流大小。此外,可基于Ansys workbench,自动映射Maxwell计算的各部分损耗和线圈短路电动力进行多物理场耦合计算。

 

变压器的强度、刚度问题

ü  绝缘台结构受力分析

ü  变压器油箱机械强度

变压器产品设计的仿真解决方案(图5) 变压器产品设计的仿真解决方案(图6)

利用ANSYS有限元分析软件,建立变压器绝缘台瓷瓶、桁架、钢梁、锚索等组成结构的整体有限元模型,分析变压器承重钢梁的强度和稳定性、绝缘台整体结构在静力和地震荷栽下的变形及受力情况以及锚索对整体结构的加固作用,并对结构抗震设计提出建议。

 

变压器多物理场振动噪声、地震问题

ü  变压器及套管隔震体系地震响应分析

ü  结构模态、谐响应等动力学分析

ü  阻尼隔振技术分析

ü  声学-结构耦合场分析

ü  变压器的优化设计

变压器产品设计的仿真解决方案(图7)     

变压器噪音主要来源于电磁噪音、机械噪音。借助ANSYS多物理场动力学分析功能,可以分析感应电流、结构应力应变、声压等问题,通过合理地优化变压器各部件,可以降低变压器机体的振动,减少机械噪声的产生。

 

热分析(流场、电磁场分析结果)

ü  变压器内部2D、3D流场分析

ü  变压器绕组电磁场分析

ü  变压器铁芯温度场分布

变压器产品设计的仿真解决方案(图8) 

 

变压器的绕组周围有许多油道,绕组外部可能还有有导流装置等,运用ANSYS流体动力学分析软件可对变压器整体进行分析,得到内部流场的流动和变压器整体的温度分布情况,为变压器绕组分布等设计提供参考。

多物理场耦合

ü  变压器线圈短路电动力下的屈曲分析

ü  变压器电磁振动噪声分析

ü  变压器铁心和线圈温升

变压器产品设计的仿真解决方案(图9)

变压器的运行涉及到电磁场、结构场、流体场和温度场,结合ANSYS强大的多物理场耦合仿真功能,可以得到变压器的电磁振动噪声、整体温升和温度分布等情况。整个耦合流程基于ANSYS Workbench实现,自动实现不同物理域仿真结果的传递和映射,无需其他第三方工具。

 




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