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基于ANSYS软件的漏磁检测有限元仿真
章合滛;薛建彬;方灿娟
【期刊名称】《无损检测》
【年(卷),期】2015(037)003
【摘要】通过ANSYS二维电磁场仿真进行漏磁检测的原理验证.采用三维有限元方法分析漏磁场,建立了漏磁检测三维模型,基于ANSYS各种模型求解结果,得出试件无缺陷状态下磁感应分布规律和有缺陷状态下的漏磁场三维各分量的分布规律.同时研究了缺陷几何参数对漏磁场总磁感应强度和轴向分量的影响以及电流强度对漏磁场总磁感应强度的影响.根据ANSYS有限元分析结果,发现测试件端部存在检测盲区.提出了一种在端部添加试件引体的方法来解决端部的检测盲区问题,并用仿真方法验证了试件整体检测的效果.
【总页数】6页(P8-13)
【作者】章合滛;薛建彬;方灿娟
【作者单位】南京航空航天大学机电学院,南京 210016;南京航空航天大学机电学院,南京 210016;南京航空航天大学机电学院,南京 210016
【正文语种】中文
【中图分类】TG115.28
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大型电力变压器漏磁场的A N SY S有限元分析陈玉庆蔡斌(曲阜师范大学电气信息与自动化学院，山东日照276826)研究与开发摘要首先，讨论了电力变压器中漏磁场的基本问题。
然后，运用电磁场理论和有限元法，对其进行了系统的研究，分别建立了二维和三维漏磁场计算模型，准确计算了油箱中的漏磁场分布情况，给出了详细的分析方法，并得出有关结论。
变压器容量越大，漏磁场也越强，油箱中损耗就不能忽略。
如果不采取措施，油箱壁出现局部过热点能影响变压器性能。
传统的计算方法是根据经验公式来估算，这就具有相当大的误差，于是更加准确的有限元法被引进到漏磁场计算中。
关键词：变压器；漏磁场；有限元分析T he Fi ni t e E l em ent A na l ys i s of L e akage M agne t i cFi e l d of L ar ge-Scal e E l ect r i c T r a ns f or m erC he n Y uq i ng C ai B i n(S chool of E l ect r i ca l I nfor m at i on and A ut om at i o n，Q uf u N or m a l U ni ver si t y,R i zhao，Sh andong276826)A bs t r act Fi r st，t he bas i cp r obl em of l eak age m agn et i c f i el d i n t r ans for m er s ar e di s cus se d．Then，t he l eak age m agne t i c f i el d i s i nt e ns i ve w hen pow e r is bi gg eL SO t he l os ses i n t an k ar e hi gh．If nom e asur em en t s hav e be en t ak en．t he t ank w al l m ay have l oca l hot s po t t hat can det er i ora t e t het r ans f or m er per for m ance．I t i S neces s ar y t o c al c ul a t e accur at el y t he l O SS i n t he t ank．2一D and3．Dl eak age m agn et i c f i e l d m ode l of t r ans for m er ar e bui l t us i ng FEM．R e sul t s show s3．D m ode l iS m or ea cc u r a t e and pr ov i de hel p f or t aki ng bet t e r s hi e l di ng m eas ur es．T he det ai l ed a na l ys i s is gi v en．So m enew r e sul t s w hi c h have bot h t heore t i ca I and pr ac t i ca l s i gni f i can ce a r e drow n．K ey w or ds t t r ans f or m er；l eakage m agn et i c fi el d；f i ni t e el e m ent a na l ys i s1引言电力变压器是电力网中的主要设备，其总容量达到发电设备总容量的5～6倍。
基于ANSYS的漏感变压器仿真计算0 引言随着微波炉的普及，微波炉的需求越来越多，大量制造时需要考虑节约成本以及性能要求，漏感变压器作为微波炉核心器件之一，影响着微波炉整体性能以及制造费用。
漏感变压器作为一种特殊的变压器，他不但能起到变压的作用；同时由于漏感的存在，还能起到稳定电压的作用，这是由于当初级电压变化时产生的磁通量没有全部锁定在铁芯中形成主磁通，而是有一部分分布在线圈与空气之间。
当初级电压变化时，次级的感应电动势的变化就不会如理想变压器那么剧烈，也就起到了稳压的作用。
由于漏感分布在线圈和空气中，传统的分析方法是采用路的分析方法，无法计算漏感确切的分布位置以及强度，长期以来只能靠经验来判定。
另一方面，传统的计算方法只能得到宏观特性，不能得到精细的变压器内部结构。
再加上铁芯的材料一般都是非线性的，这使得计算求解更加困难，只能用线性B-H曲线代替求解，使得计算不准确。
要想得到变压器的精确数据，就只有依靠数值计算和计算机技术。
ANSYS是基于有限元法的一款计算软件，可用来分析电磁场领域的多项问题。
它充分利用了各种计算方法的优点，发展出了适用于不同情况的电磁分析模块，其中Emag模块主要应用于低频电磁分析，其主要特点是：非线性磁场分析和场路耦合分析，这对于计算非线性材料非常有用，尤其是磁性材料，主要应用于电击、变压器、电磁开关以及感应加热等领域。
1 变压器基本原理与漏磁场，U1为初级线圈电压，N1为初级线圈的匝数，U2为次级线圈电压，N2为次级线圈的匝数，对初级线圈加上一定的电压，按电磁感应定律，会在次级线圈上得到感应电动势，在没有电阻、漏磁及铁损的情况下，变压器是理想变压器，原线圈和副线圈的匝数比等于原电压和副电压之比。
，如果在原线圈两端外加一正弦交流电压U1，则原线圈中将有交变电流I1通过，因而在铁心中将激励一交变磁通。
为了便于分析问题，将总磁通分成等效的两部分磁通，其中一部分磁通沿着铁心闭合，同时与原、副线圈相交链，称为互感磁通或主磁通，用φ表示；另一部分磁通主要沿非铁磁材料(如空气)闭合且仅与原线相交链，称为原线圈漏磁通，表示为φ1，还有一部分只与次级线圈相交链的称为副线圈漏磁通，表示为φ2。
Journal of Electrical Engineering 电气工程, 2014, 2, 73-81Published Online December 2014 in Hans. /journal/jee/10.12677/jee.2014.24010Research on the Modeling of LeakageMagnetic Field and Short-Circuit Force ofPower Transformer’s Short Circuit FaultXiaowei Xu1, Jinglin Wang1, Guochao Qian1, Dexu Zou1, Bingyang Li2, Chunyan Zang2,Bing Luo3, Fuzeng Zhang31Institute of Power Scientific Research, China Southern Power Grid, Kunming2Institute of Electric and Electronic Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan3National Engineering Laboratory for Ultra High Voltage Engineering Technology (Kunming, Guangzhou),GuangzhouEmail: 564644245@Received: Oct. 1st, 2014; revised: Oct. 17th, 2014; accepted: Oct. 31st, 2014Copyright © 2014 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/AbstractIn recent years, the short-circuit fault of power transformer occurred frequently and seriously af-fected the reliable operation of power grid. So it is necessary to analyze the short circuit perfor-mance of transformer windings in theory. This paper has taken a three-phase three limb trans-former of 220 kV for an example, and the 2-D transient axisymmetric electromagnetic field and 3-D electromagnetic field are both studied by ANSYS. The leakage magnetic field and the short- circuit force in each winding are both calculated and analyzed during three-phase short circuit.Then the distribution rules of them are concluded. By comparing the results of transformer winding’s disintegration test, the analysis results are verified. The research conclusion may pro-vide a reference to the analysis of the short-circuit fault of the power transformer.KeywordsTransformers, 2-D Axisymmetric, 3-D Model, Parametric, Short-Circuit Force电力变压器短路故障的漏磁场及短路力的建模研究徐肖伟1，王景林1，钱国超1，邹德旭1，李冰阳2，臧春艳2，罗兵3，张福增3电力变压器短路故障的漏磁场及短路力的建模研究1云南电力试验研究院(集团)有限公司电力研究院，昆明 2华中科技大学，电气与电子工程学院，武汉 3特高压工程技术(昆明、广州)国家工程实验室，广州 Email: 564644245@收稿日期：2014年10月1日；修回日期：2014年10月17日；录用日期：2014年10月31日摘 要近年来电力变压器短路故障频发，严重影响电网可靠运行，因此很有必要在理论上开展对电力变压器绕组的短路性能的研究。
133科技资讯 S CI EN CE & T EC HNO LO GY I NF OR MA TI ON 动力与电气工程电场和磁场计算是计算电磁学的两个分支。
通常认为电场计算比磁场计算容易,主要原因是:第一,至少在低频情况下,电场的描述只用一个标量位即可;第二,电场计算一般均为线性问题。
与电场数值计算相比,磁场的数值计算[2]要复杂得多,主要原因是由于控制方程复杂,材料各向异性和非线性。
磁场数值计算方法可以从多种角度予以分类。
从磁场控制方程出发,有微分方程法、积分方程法及微分积分方程法,从数值离散方法出发,有边界元法、有限元法及有限差分法等;从求解变量的类型出发,有标量位、矢量位和高阶矢量位。
1 有限元法的概念有限元法亦称为有限单元法或有限元素法,是数值计算中一种重要近似方法,其基本思想是:运用离散化的概念,将连续介质或结构划分成许多有限大小的字区域的集合,把每一个字区域称作单元和元素,将单元的集合称为网络,则实际的连续介质(或实际结构)可以看作这些单元在他们的节点上相互连接而组成的有效集合体,这是求解的基本方程将是一个代数方程组,从而将求解描述真实连续场变量的微分方程组简化为求解代数方程组,得到近似的数值解[3]。
随着计算机科技的迅速发展,有限元技术已广泛应用于解决各种实际工程问题(机械、电子、传热、电磁场、流体力学、热分析等)。
2 有关ANSYS 介绍A N SY S 软件是融机构,流体,电场,磁场,声学于一体的大型通用有限元分析软件。
A N S Y S 的多物理场耦合功能,允许在同一模型上进行各式各样的耦合计算。
利用此商业软件计算变压器内部电磁场分布,得到的结果直观清晰、全面精确。
计算过程需要以下几个步骤:(1)建立有限元模性,包括定义分析标题,定义单元类型,定义材料性能参数,创建几何模型,划分网格五个步骤;(2)加载和求解,包括定义边界条件,加电源,求解;(3)后处理,可以查看电磁场X 、Y 、Z 个方向的磁通密度、磁场强度、磁场力的等值曲线,还有总磁通密度、总磁场强度、合磁场力的等值曲线图。
基于Ansoft Maxwell的永磁磁力耦合器磁场分析杨帆,刘露露【摘要】永磁耦合器能实现电动机和风机、泵类负载间的无机械连接传动，不仅具有调速性能，而且能实现隔振、软启动、软停止，可以适应恶劣环境。
通过三维绘图软件绘制永磁磁力耦合器的传动部件，将模型导入Ansoft Maxwell 软件进行三维静态场以及瞬态场的有限元分析，得出永磁耦合器传动部件在不同气隙下，转差和关键部件的磁密分布、电涡流密度、轴向力、输出转矩的关系，为磁力耦合器的设计制造提供理论依据。
【期刊名称】煤矿机电【年(卷),期】2019(040)003【总页数】3【关键词】永磁耦合器； Ansoft Maxwell软件；有限元分析杨帆,刘露露.基于Ansoft Maxwell的永磁磁力耦合器磁场分析[J].煤矿机电,2019,40(3):26-28.doi:10.16545/ki.cmet.2019.03.0080 引言永磁磁力耦合器是实现永磁驱动技术的一种力的传递装置，主要是采用耦合传动的原理，通过导体与永磁体(涡流式)或两个永磁体之间的非刚性接触相对运动，利用磁场穿过磁路工作气隙进行运动和动力传递，并可通过主、从动体之间气隙的调整控制传递扭矩和负载速度[1]。
国内外对于永磁磁力耦合器的设计与研究还有发展空间，目前有关永磁磁力耦合器的理论还不完备，永磁磁力耦合器设备多在实验基础上研究开发，对于永磁磁力耦合器的推广使用，需要在理论研究和技术层面进行更进一步的研究探索。
本文主要基于Ansoft Maxwell软件对永磁磁力耦合器磁场进行初步分析。
1 磁力耦合器虚拟模型建模参考国外产品目录以及实际产品应用，建立简单的永磁磁力耦合器数学模型，并在三维绘图软件中绘制耦合器的传动部件：主动部件(外钢盘、铜盘)、从动部件(内钢盘、铝盘、永磁体材料),然后将文件导入Ansoft Maxwell软件中。
由于后期做有限云分析时需要模拟模型的真实运行情况，故需要在模型的运动区域设置一个band运动区域[2]。
