【變壓器電磁特性性仿真探究開(kāi)題報(bào)告3000字】

變壓器電磁特性性仿真研究開(kāi)題報(bào)告一、本課題設(shè)計(jì)（研究）的目的近年來(lái)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，電力系統(tǒng)也隨之發(fā)展的越來(lái)越龐大和復(fù)雜。電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障。電力變壓器是電力系統(tǒng)中輸電和變電的重要設(shè)備，因此對(duì)變壓器電磁暫態(tài)過(guò)程的研究是十分必要的。隨著變壓器單機(jī)容量的越來(lái)越大，電壓等級(jí)不斷升高，對(duì)于變壓器的電磁特性分析也成為眾多國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重要研究對(duì)象而電力系統(tǒng)數(shù)字仿真是研究電力系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程的一種重要手段。特高壓變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)成本高，難以直接通過(guò)試驗(yàn)方法來(lái)研究變壓器直流偏磁響應(yīng)機(jī)制，目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者鮮有開(kāi)展特高壓變壓器直流偏磁問(wèn)題研究，為了探明特高壓變壓器直流偏磁物理效應(yīng)，給出特高壓變壓器直流偏磁評(píng)價(jià)指標(biāo)，為特高壓變壓器抗偏磁改造奠定理論和技術(shù)依據(jù)，有必要進(jìn)行特高壓變壓器直流偏磁電磁特性與渦流損耗計(jì)算分析，對(duì)于研究特高壓變壓器直流偏磁具有重要意義。二、設(shè)計(jì)（研究）現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)（文獻(xiàn)綜述）1、設(shè)計(jì)現(xiàn)狀從麥克斯韋方程組的建立開(kāi)始，電磁場(chǎng)和電磁波的相關(guān)領(lǐng)域的研究開(kāi)展的越來(lái)越廣泛，分析相關(guān)產(chǎn)品設(shè)備的電磁特性已經(jīng)成為設(shè)計(jì)制造的重要組成部分。1964年，Winslow在求解二維矢量磁場(chǎng)問(wèn)題中采用了有限差分法。進(jìn)入七十年代，Chari和Silvester等人采用有限元方法開(kāi)展了電磁場(chǎng)的相關(guān)數(shù)值研究工作，有限元方法開(kāi)始占據(jù)著電磁場(chǎng)分析計(jì)算的主導(dǎo)地位。1972年，Trowbridge對(duì)有關(guān)電磁場(chǎng)分析中的二維和三維領(lǐng)域做了大量研究，成功推導(dǎo)出二維、三維場(chǎng)問(wèn)題的離散形式，并提出了積分方程法的思想。此后，英國(guó)的盧瑟福實(shí)驗(yàn)室將積分方程和微分方程結(jié)合起來(lái)，提出了求解三維靜磁場(chǎng)的雙標(biāo)量位法。華南理工大學(xué)馮超運(yùn)用磁路法計(jì)算分析了非金合金變壓器的鐵心磁場(chǎng)分布，并使用有限元方法進(jìn)行了相關(guān)驗(yàn)證磁路法計(jì)算的結(jié)果。沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)康雅華博士對(duì)變壓器疊片鐵心主磁場(chǎng)瞬變過(guò)程進(jìn)行了研究，分析了鐵軛磁密飽和度對(duì)空載損耗帶來(lái)的影響。我國(guó)對(duì)于變壓器振動(dòng)的研究相對(duì)于國(guó)外稍晚，上世紀(jì)八十年代后相關(guān)高等院校和變壓器廠才在變壓器振動(dòng)領(lǐng)域開(kāi)展實(shí)驗(yàn)和研究，并取得了一定的成果，進(jìn)而制定了變壓器振動(dòng)相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。上海交通大學(xué)李旭光等研究人員采用干式變壓器振動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究對(duì)干式變壓器振動(dòng)異常增大的原因開(kāi)展了研究，實(shí)驗(yàn)方案上通過(guò)變頻掃描法以及敲擊法對(duì)變壓器振動(dòng)的模態(tài)和頻譜做了大量分析研究，為有限元方法分析此類(lèi)問(wèn)題提供了強(qiáng)有力的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。2010年華南理工大學(xué)鐘星鳴對(duì)非金合金干式變壓器支撐邊界和鐵心振動(dòng)的聯(lián)系性做了相關(guān)研究，提出了相應(yīng)減振降噪的一些建議，此外還通過(guò)實(shí)驗(yàn)和仿真對(duì)干式電抗器的鐵心進(jìn)行了固有頻率的研究分析。2、發(fā)展趨勢(shì)：美國(guó)Ansoft公司研發(fā)的HFSS仿真軟件英文全稱(chēng)為:HighFrequencySimulatorStructure，它是一款基于電磁場(chǎng)有限元方法(FhM)來(lái)分析微波工程問(wèn)題的三維電磁仿真軟件，它擁有友好而方便的操作界面、以其超高的精度和速度，獨(dú)特的自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)很快成為三維電磁場(chǎng)設(shè)計(jì)和分析的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。AnsoftHFSS仿真軟件可計(jì)算出三維射頻以及微波器件的電磁場(chǎng)分布，也可以計(jì)算由于材料以及輻射引起的的損耗。并且可直接得應(yīng)用于產(chǎn)品的特征阻抗、電壓駐波比(VSWR),S參數(shù)、電磁場(chǎng)、輻射場(chǎng)、增益、天線方向圖等結(jié)果?；谝陨咸攸c(diǎn)，該軟件已被廣泛地應(yīng)用于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和產(chǎn)品的計(jì)算，例如:天線、饋線、多工器、濾波器、環(huán)形器、功分器、隔離器;電磁兼容、天線布局、電磁干擾和互禍等問(wèn)題。AnsoftHFSS能實(shí)現(xiàn)全面的參數(shù)化設(shè)計(jì)，從產(chǎn)品的材料特性、幾何結(jié)構(gòu)，再到對(duì)產(chǎn)品的所有分析和控制以及所有的處理。AnsoftHFSS強(qiáng)大的三維建模能力，以及超大的圖形數(shù)據(jù)庫(kù)，減短了工程師們的設(shè)計(jì)周期。該軟件直觀的分析設(shè)置和高級(jí)的分析控制確保在全自動(dòng)化方式下獲得設(shè)計(jì)師所希望的設(shè)計(jì)結(jié)果。變壓器作為電力系統(tǒng)中的重要的設(shè)備，在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中經(jīng)常承受著長(zhǎng)期不間斷帶電運(yùn)行重任，同時(shí)也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)短時(shí)過(guò)電壓和過(guò)負(fù)載的作用。再考慮到氣候和溫度變化帶來(lái)的不利影響，以及變壓器在生產(chǎn)、制造和使用過(guò)程中的人為因素和外界干擾等影響，在變壓器運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)不可避免地可能出現(xiàn)各種過(guò)電壓、短路故障和勵(lì)磁涌流等暫態(tài)過(guò)程。變壓器的暫態(tài)運(yùn)行過(guò)程與穩(wěn)態(tài)正常運(yùn)行情況有著較大的區(qū)別。多次輕微故障和非正常電壓下暫態(tài)過(guò)程的損壞積累會(huì)造成變壓器大型的嚴(yán)重故障發(fā)生。因此在變壓器的設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅需要考慮能長(zhǎng)期承受正常工作的電壓和電流，還必須考慮由各種因素導(dǎo)致的暫態(tài)過(guò)電壓、短路電流和勵(lì)磁涌流的影響。三、設(shè)計(jì)（研究）的重點(diǎn)與難點(diǎn)，擬采用的途徑（研究手段）經(jīng)過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外多方面的相關(guān)文獻(xiàn)，結(jié)合我國(guó)鐵路送電的現(xiàn)狀，并確定本次設(shè)計(jì)變壓器的設(shè)計(jì)目標(biāo)。基于電磁場(chǎng)有限元分析軟件AnsoftMaxwell2D，建立電阻啟動(dòng)電容運(yùn)行變壓器二維模型，對(duì)電磁特性進(jìn)行的一系列參數(shù)仿真，以期得到“對(duì)變壓器效率提高”最有效、最靈敏的因子。為分析其電磁性能，以一臺(tái)中頻變壓器為基礎(chǔ)，通過(guò)精細(xì)建模，用Ansoft軟件對(duì)其電磁場(chǎng)的分布進(jìn)行研究，得出中頻下變壓器的高頻效應(yīng)不可忽略的結(jié)論。以一臺(tái)非晶配電變壓器為例，進(jìn)行漏磁試驗(yàn)測(cè)量，并提出一種可以推廣到中頻變壓器的漏磁仿真方案。同時(shí)引入移相整流變壓器的能量法計(jì)算短路阻抗。（1）對(duì)變壓器物理結(jié)構(gòu)和電磁暫態(tài)過(guò)程進(jìn)行了分析研究，在已有變壓器仿真模型的基礎(chǔ)之上，綜合基于受控源原理的變壓器Ansoft模型和阻尼梯形積分方法，建立了一種含有非線性勵(lì)磁支路的變壓器電磁仿真模型。并通過(guò)設(shè)計(jì)的變壓器電磁Ansoft仿真程序驗(yàn)證模型的正確性。（2）利用Ansoft仿真軟件建立集成多繞組感應(yīng)濾波換流變壓器的有限元仿真模型，對(duì)其繞組振動(dòng)模態(tài)進(jìn)行分析，結(jié)果表明變壓器繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理不會(huì)由于基波或特征次諧波激勵(lì)而造成共振；提取前面的電磁力計(jì)算結(jié)果，采用瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)與Ansoft相結(jié)合對(duì)感應(yīng)濾波換流變壓器的振動(dòng)特性進(jìn)行仿真研究，結(jié)果表明，變壓器內(nèi)部電磁環(huán)境得到極大改善，繞組振動(dòng)降低。四、設(shè)計(jì)（研究）進(jìn)度計(jì)劃：1、第4-5周查找、翻譯外文文獻(xiàn)，了解基本理論。2、第6-7周查閱資料，做開(kāi)題報(bào)告。3、第8-9周掌握系統(tǒng)功能，提出設(shè)計(jì)整體框架。5、第10-11周提出設(shè)計(jì)流程，編寫(xiě)源程序。6、第12-13周調(diào)試、改進(jìn)源程序，進(jìn)行電磁性仿真。7、第14-15周整理材料、寫(xiě)畢業(yè)論文。8、第16-17周畢業(yè)答辯。五、參考文獻(xiàn)：賀斌.AnsoftEM在電機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].工業(yè),2016(9):00261-00261.吳香林,余小蘭,劉大良.AnsoftHFSS在天饋系統(tǒng)教學(xué)實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代職業(yè)教育,2016(31).張迪.微波爐用漏感變壓器電磁仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].電子科技大學(xué),2016.王金東.大型變壓器電磁場(chǎng)前后處理中的可視化與仿真[D].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué),2011.王燕,皇甫成,趙淑珍,等.考慮鐵磁磁滯的變壓器勵(lì)磁涌流仿真分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2009,33(15):78-83.郭蕾,高仕斌,陳小川.阻抗匹配平衡變壓器的暫態(tài)仿真研究[J].變壓器,2015,42(9):20-24.王晶,余濤.EMTP在變壓器勵(lì)磁電流仿真計(jì)算中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù),2010,24(3):39-41.符楊,藍(lán)之達(dá).計(jì)及鐵芯動(dòng)態(tài)磁化特性的單相變壓器勵(lì)磁涌流仿真[J].上海電力學(xué)院學(xué)報(bào),2016,12(3):31-39.劉軍,張安紅.電力變壓器繞組短路動(dòng)穩(wěn)定能力的仿真和評(píng)估[J].變壓器,2012,49(6):14-25.汪金剛,毛凱,段旭,等.直流偏磁下的變壓器振動(dòng)仿真與試驗(yàn)[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào),2015,19(1):58-67.徐巖,王增平,楊奇遜,等.一種變壓器保護(hù)方案的仿真研究[J].華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,30(6):11-16.黃振寧,高厚磊.基于EMTDC的阻抗匹配平衡變壓器仿真[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2018,28(8):113-117.俞國(guó)賓.基于規(guī)劃求解法的三相變壓器勵(lì)磁涌流仿真分析[J].變壓器,2018,45(3):19-23.張亞杰,康愛(ài)花,郭艷君.三分裂傳動(dòng)整流變壓器短路阻抗的仿真計(jì)算[J].變壓器,2015,47(08):19-23.李慕君,馮志彪.變壓器數(shù)字實(shí)時(shí)仿真及在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電腦開(kāi)發(fā)與應(yīng)用,