[發明專利]一種基于多物理耦合場的變壓器繞組瞬態形變量計算方法

有效

• 申請號: 201911118543.2
• 申請日: 2019-11-15
• 公開（公告）號: CN110955990B
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 陳伯根;吳霆;蘭生
• 申請（專利權）人: 福州天宇電氣股份有限公司;福州許繼電氣有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 錢莉;蔡學俊

1.一種基于多物理耦合場的變壓器繞組瞬態形變量計算方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟S1：根據變壓器基本參數，計算出變壓器的電氣參數，電氣參數包括電阻和電感；

步驟S2：利用Simulink模塊搭建雙電源供電的電力系統模型，進行變壓器三相短路故障模擬；

步驟S3：根據變壓器實際尺寸，建立有限元仿真的幾何模型；

步驟S4：設置ANSYS Maxwell的計算類型,設置變壓器的材料，繞組為銅，鐵芯為硅鋼片，設置繞組的激勵為外部激勵；

步驟S5：利用ANSYS Maxwell計算出變壓器繞組和鐵芯所受的短路電動力的大小分布；

步驟S6：利用ANSYS Workbench，傳入ANSYS Maxwell的計算數據，進行耦合場的分析計算；

步驟S7：在ANSYS Workbench中導入暫態結構分析模塊，求解變壓器繞組的形變量的變化情況；

所述步驟S4的具體內容為：設置ANSYS Maxwell的計算類型為暫態計算，設置變壓器的材料，根據實際所用的硅鋼片設置B-H曲線，設置基本參數，賦予繞組屬性為銅，鐵芯材料屬性為硅鋼片，設置繞組的激勵為外部激勵，繞組分別為WindingA、WindingB，繞組匝數為高壓496匝，低壓174匝，分別分配給WindingA、WindingB，外部激勵通ANSYS Maxwell耦合模塊進行耦合,Simulink通過Maxwell function與Maxwell進行數據傳輸，實現聯合仿真；

所述步驟S7的具體內容為：打開ANSYS Workbench，導入步驟S5中計算完成的ANSYSMaxwell變壓器的電動力計算結果，進行耦合場的分析；更新ANSYS Maxwell的數據，在Transient structure模塊，導入Solidwork中建立的幾何模型；選中要加載負荷的變壓器繞組和鐵芯，在結果數據框查看tabular data數據框中的數據，并給予Maxwell模塊計算而來的電動力體密度，施加相應的電動力載荷于繞組和鐵芯；同時選擇繞組軸向頂部與底部的面，并固定自由度，選擇fixed約束條件，約束變壓器繞頂端和底部，在鐵芯和繞組上下軸向面固定的條件下，計算繞組瞬態的形變量變化情況。

2.根據權利要求1所述的一種基于多物理耦合場的變壓器繞組瞬態形變量計算方法，其特征在于：所述步驟S2的具體內容為：利用MATLAB中的Simulink模塊搭建雙電源供電的電力系統模型，所述雙電源采用的是三相電源，幅值為110kV,頻率為50Hz；短路故障類型選擇Simulink中三相接地故障模塊，接地電阻為0.01Ω；雙電源供電系統線路模型選擇設置PI型等值電路，等值電路的電容和電阻參數，根據線路距離參數設置在simulink中進行相關設置；

每相導線的電抗x₁，每相導線的電阻r₁，線路總阻抗Z＝(r₁+jx₁)l，線路總導納Y＝(g₁+jb₁)l，根據上式計算出PI型等效電路的線路總阻抗和線路總導納，并在Simulink中進行相關設置。

3.根據權利要求1所述的一種基于多物理耦合場的變壓器繞組瞬態形變量計算方法，其特征在于：所述步驟S3的具體內容為：根據變壓器的實際尺寸利用Solidworks建立變壓器三維幾何模型，變壓器的鐵芯根據實際硅鋼片疊加情況進行三維建模，繞組按照線餅的個數來分層搭建；SolidWorks建模完成，須保存.IGS格式，導入到ANSYS Maxwell中，進行有限元磁場的仿真。

4.根據權利要求1所述的一種基于多物理耦合場的變壓器繞組瞬態形變量計算方法，其特征在于：所述步驟S5的具體內容為：對變壓器的鐵芯和繞組分別進行網格剖分和邊界設置；設置繞組自適應的剖分，最小剖分單元為30mm,設置鐵芯自適應剖分，鐵芯的最小剖分邊長為130mm；在步長的設置，保持Simulink與Maxwell一致，Simulink短路電流開始時間為0.1s,Simulink仿真結束時間為0.3，ANSYS Maxwell時間設置計算時間為0.3s,每步步長為0.001s，Simulink的計算時間與ANSYS Maxwell一致為0.3s；聯合仿真結束后，ANSYSMaxwel計算出變壓器繞組和鐵芯所受的短路瞬態體電動力大小分布。