用ANSYS为变压器简单建模-图文

ANSYS10.0 软件在松耦合变压器中的三维仿真分析
过程介绍
当今变压器领域已经发展到很成熟的阶段，轻量、高效、高密度是当今变压器发展目标。

在变压器产品研发中，利用有限元仿真软件，可以方便地改变变压器的结构参数，观察这些参数对变压器的影响。

ANSYS 是世界上着名的大型通用有限元分析软件，也是中国用户最多、应用最广泛的有限元分析软件，它融结构、热、流体、电磁、声学等专业的分析于一体，可广泛应用于机械制造、石油化工、轻工、造船、航天航空、汽车交通、电子、土木工程、水利、铁道等各种工业建设和科学研究。

引言
作为旋转导向智能钻井系统核心部件的可控偏心器，其原理是利用电机泵产生推动翼肋伸缩的动力，当采用电机泵动力时，电机泵的能量来源于井下涡轮发电机。

由于可控偏心器的机械结构决定了电机泵要安装在不旋转套上，而发电机要安装在旋转的主轴上，这样就涉及到旋转和不旋转之间的能量传输问题。

以前一直采用的是接触式滑环能量传输方式，由于接触式滑环存在安装不方便、旋转时易磨损、易受到井下钻井液、水的腐蚀以及泥浆的影响等缺陷，迫切需要一种新的非接触式能量传输方式松耦合电能传输技术。

作为松耦合电能传输技术的核心部分松耦合变压器，对它的研究则显得尤为重要。

基于ANSYS软件的油浸式变压器温度场有限元仿真计算薛飞;陈炯;周健聪;李忠【摘要】应用传热学和流体力学原理分析了变压器内部生热以及散热机制,建立了流固耦合的变压器温度场有限元分析模型,并在此基础上选取了适当的边界条件及求解参数,在综合考虑非线性热源以及随温度变化的油动力粘度的前提下,采用有限元分析软件ANSYS计算了变压器内部的温度场分布,确定了热点的温度及位置.【期刊名称】《上海电力学院学报》【年(卷),期】2015(031)002【总页数】5页(P113-116,126)【关键词】油浸式变压器;热点温度;温度场;流固耦合;有限元;ANSYS软件【作者】薛飞;陈炯;周健聪;李忠【作者单位】上海电力学院电气工程学院,上海200090;上海电力学院电气工程学院,上海200090;国网四川省电力公司资阳供电公司,四川资阳641300;国网四川省电力公司资阳供电公司,四川资阳641300【正文语种】中文【中图分类】TM411;TM743随着电力建设的不断推进，电力设备朝着大型化方向发展，但大型变压器的内部温升控制问题一直是近年来困扰电网运行部门的技术难题之一.《GB/T 1094.7—2008油浸式电力变压器负载导则》中明确指出:“绕组最热区域内达到的温度，是变压器负载值的最主要限制因素，故应尽一切努力来准确地确定这一温度值”.[1]当热点温度超过指定限值时，会加速绝缘老化，缩短变压器寿命，影响变压器的正常运行.因此，开发合适的温度场计算技术，准确计算绕组热点温度及位置是亟待解决的问题.目前，计算变压器热点温度的依据一般是实验结果和实践经验，但其误差较大，不能反映最热点温度和变压器内部整个温度的分布，并且难以确定热点的准确位置.[2]因此，笔者从传热学和流体力学理论出发，结合强大的有限元分析软件ANSYS，建立了油浸式变压器的有限元分析模型，分析并计算了变压器稳态运行下的温度场分布，较为准确地定位出热点的位置.1 发热及传热原理1.1 变压器的热源变压器内部的热量主要由损耗转化而来，包括绕组损耗和铁心损耗，可以表示为:[3]式中:PT——总损耗;PC——铁心损耗;PL——绕组损耗.绕组中的损耗包括直流电阻损耗、涡流损耗及杂散损耗等，其中直流电阻损耗占主要部分，可表示为:式中:I2R——绕组的电阻损耗;PW——绕组中的涡流损耗;PZ——杂散损耗.铁心损耗主要由铁心中的磁滞损耗和涡流损耗构成，可以表示为:式中:P1——铁心中的磁滞损耗;P2——铁心中的涡流损耗;δh——磁滞损耗系数;δe——涡流损耗系数;f——电流频率，Hz;Bm——磁通密度的最大值，Wb/m2.绕组的涡流损耗和直流电阻损耗产生的热量直接作用于绕组，从而引起绕组温度升高，并且也是变压器内部热量的主要来源.1.2 传热机理分析对于油浸式变压器来说，运行中所产生的热量主要以传导和对流方式进行传递，其热量散失过程如图1所示.图1 变压器内部传热原理示意热量的传递过程分为4个部分:一是铁心、绕组产生热量，经内部传导，热量传递到与油接触的外表面;二是外表面的热量经过对流传递到油，油温逐渐升高;三是变压器油向上流动，接触油箱壁，油温下降，油向下流动;四是冷油回到底部又重新流入绕组，形成了闭合的对流路线.油箱壁对空气的辐射传热可忽略不计.因此，热传递在变压器内部固体间表现为热传导，在固体与油之间表现为对流.通过适当假设以及参照能量守恒定律可得出热传导的数学模型[4]假设如下.(1)绕组为各向同性的连续介质.(2)导体的密度、比热容和导热率均为常物性.(3)导体内部有热源且均匀分布.q v为单位体积的生热率，V为导体体积，则qv=P/V.所得微分方程式如下:式中:a——热扩散率，即导温系数;λ——导热系数;c——比热;ρ——密度.在不考虑时变的稳态传热时，式(4)可简化为:对流主要取决于对流换热系数、固体与油流温度差、换热表面积，实际工程中采用牛顿冷却公式:[2]式中:hf——对流换热系数;S——换热表面积;tw——固体表面温度;tf——油流温度.由于对流过程中油的导热系数、比热及密度都是温度的函数，因此正确确定hf是计算变压器内部温度场的关键.[5]2 ANSYS模型的建立ANSYS软件是融合电场、磁场、温度场于一体的大型通用有限元分析软件.其强大的多物理场耦合计算功能使其在跨领域多变工程中得到广泛的使用.[6] ANSYS Workbench Environment(AWE)作为新一代多物理场协同 CAE仿真环境，集建模、有限元分析、优化设计3大模块于一体，为设计人员提供了系统级的解决方案.本文就是利用Workbench对油浸式变压器内部流固耦合的环境进行仿真分析.2.1 确定边界条件及物性参数本仿真过程为稳态求解，即发热和散热达到热平衡.固体所用的比热、导热系数及材料密度均为常数，油的物性参数采用拟合输入，见表1.热源密度为常数，环境温度及初始油温为20℃.表1 变压器油物性参数油的物性数拟合公式动力粘度μ μ=11.71exp(－0.02T)密度ρ ρ=894－0.6(T－273)比热 C C=807.163+3.58T本文所模拟的油浸式变压器只考虑自然对流，并且忽略油箱壁对空气的辐射散热，因此用到两类边界条件，即第1类边界条件和第3类边界条件.油与铁心、绕组及油箱壁之间是典型的对流换热，属第3类边界条件，满足:式中:λ——导热系数;n——法方向.由于油箱的几何形状比较规则，因此自然对流换热系数hf可取均值.式中:Nu——努塞尔数;Ra——瑞利数，Ra=GrPr;G r——格拉晓夫数;α——热膨胀系数，α =1/T;β——运动粘度，m2/s;H——特征尺寸，m;Δt——温差，℃;C，n——比热和法方向，数值由试验确定;Pr——普郎特数.油流与绕组的对流散热比较复杂，由于各绕组的生热率、几何形状及空间位置都不同，使得它们与油之间的hf相差较大，不能采用均值.事实上，油流可分为层流和湍流，两者换热效果相差较大，可通过雷诺系数Re来判断:式中:v——流体流速;ρ——流体密度;L c——特征尺寸;μ——动力粘度.当Re＜2 300时，流动为层流，反之为湍流.对于油箱壁面则用到了传热学中的第1类边界条件，即规定流体边界上的温度为常数20℃.2.2 仿真模型及网格划分本文所选变压器为三相对称，且各相关量的变化成轴对称，即温度场的分布在变压器内部沿圆周方向没有梯度变化，这里选用其中一相，作1/4三维轴对称圆柱体模型进行温度场计算.模型的参数如下:油箱尺寸为820 mm×800 mm×500 mm;铁心导热系数为40 W/mK;生热率为9 651.39 W/m3;绕组导热系数为336W/mK;低压绕组平均生热率为28 954.17 W/m3;高压绕组平均生热率为12 578.81 W/m3.网格划分的方式对分析结果影响较大，本模型为流固耦合模型，因此采用完全非结构化分段划分方法，[7]在耦合交界面以及温度梯度较大的部位网格较细，这样在保证精度的前提下又不至于过分影响系统的计算效率.网格划分后的局部模型如图2所示.图2 模型上端部网格划分2.3 程序计算流程仿真计算流程如图3所示.需要注意的是，要先建立流体场分析模型，在此基础上再建立固体模型，添加材料属性和划分网格.计算结束后对每一次的计算结果进行收敛性以及精度的判断，当精度未达到要求时，返回修改流场参数及网格参数，然后再次进行迭代计算，直到达到足够精度为止.[8]图3 仿真计算流程2.4 仿真结果及分析利用ANSYS软件计算了在环境温度20℃下，额定容量为2 500 kW且在额定负荷运行下的变压器的温度场分布情况，其轴截面温度场分布如图4所示.图4 温度场分布从图4可以看出，铁心及绕组的温度分布都不均匀，下部温度低，上部温度高;最低温度出现在铁心的下端部分，最热点则出现在低压绕组内侧轴向80% ～85%处，其温度为85.7℃，低于变压器所规定的参考温度98℃.[1]从传热学及流体力学的角度考虑，热量从绕组的内侧以一定的传导系数向外传热，在绕组表面与油接触后进行对流换热，沿轴向向上流动，因此要带走一部分热量;同时，绕组上端部散热效果比下端部差，从而使得上面温度高于下面温度;高压绕组在外层，散热效果比低压绕组好，因此温度低于低压绕组.3 结语本文采用ANSYS软件对油浸式变压器进行了建模与仿真，考虑油粘滞度随温度的变化及非线性的绕组发热功率，最后得到变压器内部温度场分布图，并结合传热学及流体力学的原理对所得结果进行了分析.经与经验测量结果及 IEEE推荐方法计算值对比发现，计算精度可满足工程要求，同时也为热点位置的定位提供了理论依据. 参考文献:【相关文献】[1]中国电器工业协会.GB/T 1094.7—2008油浸式电力变压器负载导则[S].北京:中国标准出版社，1994.[2]傅晨钊，汲胜昌，王世山.变压器绕组温度场的二维数值计算[J].高电压技术，2002，28(5):10-12.[3]陈伟根，苏小平，周渠，等.基于顶层油温的变压器绕组热点温度计算改进模型[J].重庆大学学报，2012，35(5):69-75.[4]曲德宇，刘文里，韩波.干式变压器绕组温度场的二维数值分析[J].变压器，2011，48(12):21-25.[5]崔伟，张喜乐，李永刚，等.基于Fluent软件的干式变压器绕组热点温度计算与分析[J].电力科学与工程，2011，27(1):32-35.[6]温波，刘爽，冯加奇，等.油浸式电力变压器绕组温度场的二维仿真分析[J].变压器，2009，46(9):35-38.[7]杜莉，王秀春.油浸式变压器内流场和温度场的数值模拟研究[J].变压器，2012，49(1):19-22.[8]李季，罗隆福，许加柱.电力机车主变压器油箱三维温度场有限元分析[J].高电压技术，2005，31(8):21-23.。

一种基于ansys maxwell的变压器漏电感的
计算方法研究
本文研究了一种基于ansys maxwell的变压器漏电感的计算方法。

漏电感是变压器的重要指标之一，对于变压器的设计和应用具有重要意义。

在本文中，我们将通过有限元分析工具ansys maxwell来计算变压器的漏电感。

首先，我们根据变压器的结构和特点建立模型。

模型由铁芯、一次绕组、二次绕组、绕组之间的隔离壳以及绕组与隔离壳之间的空气组成。

通过ansys maxwell软件的导入功能将模型导入软件中，并依据模型结构进行网格划分，将模型离散化。

接着，我们根据变压器的工况，设置模型的计算条件，并进行计算。

通过ansys maxwell软件的仿真功能，我们可以得到变压器的磁场分布情况及漏电感值。

最后，我们对计算结果进行验证，并对计算结果进行分析和讨论。

通过对计算结果的分析，我们可以得到变压器漏电感的具体数值以及因素。

我们还可以根据计算结果，优化变压器的设计和应用，提高变压器的性能和效率。

总之，本文所提出的基于ansys maxwell的变压器漏电感计算方法具有计算精度高、计算效率高、结果可靠等优点。

这种方法在变压器的设计和应用中具有重要意义，可以为变压器的研究和应用提供理论基础和计算支持。

基于ANSYS Workbench的变压器铁芯—绕组振动仿真姚敏;赵振刚;高丽慧;郭丽君;李英娜;李川【摘要】为实现对变压器工作状态的实时监测,及时排除故障,需要对变压器铁芯—绕组进行振动仿真,根据振动情况确定最优测点.利用有限元分析法对S13—12500/35型油浸式电力变压器,在夹紧和松动2种状态下,铁芯—绕组的模态特征进行仿真分析,对比夹紧状态下铁芯—绕组振动的幅频特征.仿真结果表明:铁芯—绕组振动最强的位置主要分布在上夹件的中部和下表面左右两侧的4个端角、上铁轭的中部及三相绕组的上部;在正常预紧力下的主要响应频带在300 Hz以上,振幅频谱能量主要集中在100,300~350 Hz附近.本文为变压器振动情况的测点选择和阈值设定提供了理论依据.%In order to realize real-time monitoring on transformer working condition,and find out breakdowns timely,it is needed for transformer core-winding vibration simulation to determine the optimal measuring point according to vibration.So use finite element analysis(FEA)method on modal characteristics of S13—12500/35 type of oil-immersed power transformer core-winding in clamping state and loose state,and contrast amplitude-frequency characteristics of core-winding vibration in clamping state.The simulation results show that the strongest position of core-winding vibration mainly distributed in clamp center and the four sides of lower surface angle of the left and right and the middle of upper iron yoke and the upper part of the three-phase windings. The main response frequency band is above 300 Hz under normal preload,amplitude spectral energy is concentrated at 100 Hz and near 300~350 Hz.It providesa theoretical basis for selecting of measuring point and setting of threshold of the transformer vibration.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2018(037)003【总页数】3页(P62-64)【关键词】有限元分析;变压器;振动;铁芯—绕组;模态特征;幅频特征【作者】姚敏;赵振刚;高丽慧;郭丽君;李英娜;李川【作者单位】昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650500【正文语种】中文【中图分类】TP212.90 引言随着电力系统容量的增大，电力变压器的可靠运行与电力系统的安全密切相关[1～5]。

变压器温度场的有限元分析华北科技学院机制B091班220 kV大容量油浸式电力变压器温度场的有限元分析随着电力建设的不断发展，电力设备朝着大型化方向发展，但大型变压器在内部温升控制方面一直是近年来困扰变压器制造企业的技术难题之一。

如何开发合适的温度场计算技术，准确地计算变压器在各种运行状态下内部线圈、结构件及铁芯等部位的温度，控制内部热点温度不超过其内部绝缘材料的许用温度，从而保证变压器的热寿命，提高变压器的安全可靠性，是企业急需解决的问题。

本课题采用有限元技术对大容量变压器的温度场进行数值模拟与分析。

主要研究内容有：1)了解和掌握大型变压器的结构与工作状况；2)建立典型的220 kV变压器的有限元分析模型；3)分析与计算变压器的温度场分布；表1 该变压器主要参数定义油和所有线圈的相对磁导率为1，油箱的磁导率为300，屏蔽材料的磁导率为2000。

表2 变压器结构参数(1)变压器几何尺寸在宽度方向与x轴对称:铁心窗口上、下边距绕组高度中心线相等油箱上、下盖的内侧距绕组高度中心线相等。

(2)忽略励磁电流和环流，一、二次侧绕组安匝平衡。

(3)油箱磁屏蔽的μ→∞，可作为边界而处理。

(4)旁扼截面可看成矩形截面。

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。

电力变压器的技术性能、经济指标直接影响着电力系统的安全性、可靠性和经济性。

随着科学技术的发展、生产技术的进步以及新型电工材料的开发应用，变压器的各项性能指标不断刷新，单机容量越来越大，变压器中的漏磁场也随之增大，引起了人们的关注。

在额定运行情况下，漏磁场的增强引起的变压器附加损耗的增加将直接影响变压器的行效率和产品的竞争力。

严重的是，由于漏磁场在一定范围内的金属结构件中产生的涡流损耗不均匀，有可能造成这些结构件的局部过热现象。

变压器的容量越大，漏磁场就越强，从而使稳态漏磁场引起的各种附加损耗增加，如设计不当它将造成变压器的局部过热，使变压器的热性能变坏最终导致绝缘材料的热老化与击穿。

基于ANSYS仿真的干式变压器绕组涡流损耗数值分析
叶俭;刘文里;吴明君;宫丽娜
【期刊名称】《黑龙江电力》
【年(卷),期】2013(35)2
【摘要】干式变压器中箔式绕组的涡流损耗占附加损耗的比重非常大,容易产生局部过热,损坏变压器.为了准确分析涡流损耗分布特点,利用ANSYS有限元分析方法,建立了干式变压器的有限元模型,分析了变压器的漏磁分布,得到了绕组的涡流分布及损耗值.算例计算与仿真分析的结果对比表明,采用有限元计算方法计算的结果与工程计算的结果相吻合,说明该计算方法可以满足工程实际需要.
【总页数】5页(P143-146,151)
【作者】叶俭;刘文里;吴明君;宫丽娜
【作者单位】哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,哈尔滨150080
【正文语种】中文
【中图分类】TM401+.1
【相关文献】
1.干式变压器绕组涡流损耗分析 [J], 曲德宇
2.电力变压器绕组漏磁场及涡流损耗的三维数值分析 [J], 王雄博;刘文里;李祎春;白仕光;李慧;李航
3.自耦变压器绕组漏磁场及涡流损耗的二维数值分析 [J], 钟燕;刘文里;白永刚;马健
4.基于ANSYS Workbench的变压器铁芯—绕组振动仿真 [J], 姚敏;赵振刚;高
丽慧;郭丽君;李英娜;李川
5.基于ANSYS Maxwell仿真变压器绕组振动受力分析 [J], 张学斌;陈长征
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利用有限元软件ANSYS计算变压器内部电磁场分布作者：王妍来源：《科技资讯》 2011年第28期王妍(山东省电力学校山东泰安 271000)摘要:在有限元技术日趋完善的今天,随着计算机技术的普及和计算机速度的不断提高,有限元在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视,已经成为解决复杂的工程分析问题的有效途径。

作为有限元的技术载体的有限元软件也逐步成熟。

本文主要介绍了有限元软件ANSYS的特点及在工程电磁场中的使用方法。

本论文利用有限元软件ANSYS计算了变压器电磁场。

经过本次分析验证,有限元软件ANSYS是计算电磁场的可靠软件,大大提高了计算速度,并可以进行可视化图形的显示。

关键词:软件ANSYS 特点变压器有限元有限元软件ANSYS 变压器电磁场中图分类号:TM4 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)10(a)-0133-01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]。