【變壓器電磁特性性仿真探究開題報告3000字】

變壓器電磁特性性仿真研究開題報告一、本課題設(shè)計（研究）的目的近年來，我國的經(jīng)濟高速發(fā)展，電力系統(tǒng)也隨之發(fā)展的越來越龐大和復(fù)雜。電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行是經(jīng)濟發(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，因此對變壓器電磁暫態(tài)過程的研究是十分必要的。隨著變壓器單機容量的越來越大，電壓等級不斷升高，對于變壓器的電磁特性分析也成為眾多國內(nèi)外學者的重要研究對象而電力系統(tǒng)數(shù)字仿真是研究電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的一種重要手段。特高壓變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價成本高，難以直接通過試驗方法來研究變壓器直流偏磁響應(yīng)機制，目前，國內(nèi)外學者鮮有開展特高壓變壓器直流偏磁問題研究，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價指標，為特高壓變壓器抗偏磁改造奠定理論和技術(shù)依據(jù)，有必要進行特高壓變壓器直流偏磁電磁特性與渦流損耗計算分析，對于研究特高壓變壓器直流偏磁具有重要意義。二、設(shè)計（研究）現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢（文獻綜述）1、設(shè)計現(xiàn)狀從麥克斯韋方程組的建立開始，電磁場和電磁波的相關(guān)領(lǐng)域的研究開展的越來越廣泛，分析相關(guān)產(chǎn)品設(shè)備的電磁特性已經(jīng)成為設(shè)計制造的重要組成部分。1964年，Winslow在求解二維矢量磁場問題中采用了有限差分法。進入七十年代，Chari和Silvester等人采用有限元方法開展了電磁場的相關(guān)數(shù)值研究工作，有限元方法開始占據(jù)著電磁場分析計算的主導(dǎo)地位。1972年，Trowbridge對有關(guān)電磁場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、三維場問題的離散形式，并提出了積分方程法的思想。此后，英國的盧瑟福實驗室將積分方程和微分方程結(jié)合起來，提出了求解三維靜磁場的雙標量位法。華南理工大學馮超運用磁路法計算分析了非金合金變壓器的鐵心磁場分布，并使用有限元方法進行了相關(guān)驗證磁路法計算的結(jié)果。沈陽工業(yè)大學康雅華博士對變壓器疊片鐵心主磁場瞬變過程進行了研究，分析了鐵軛磁密飽和度對空載損耗帶來的影響。我國對于變壓器振動的研究相對于國外稍晚，上世紀八十年代后相關(guān)高等院校和變壓器廠才在變壓器振動領(lǐng)域開展實驗和研究，并取得了一定的成果，進而制定了變壓器振動相關(guān)的行業(yè)標準。上海交通大學李旭光等研究人員采用干式變壓器振動實驗研究對干式變壓器振動異常增大的原因開展了研究，實驗方案上通過變頻掃描法以及敲擊法對變壓器振動的模態(tài)和頻譜做了大量分析研究，為有限元方法分析此類問題提供了強有力的實驗依據(jù)。2010年華南理工大學鐘星鳴對非金合金干式變壓器支撐邊界和鐵心振動的聯(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，此外還通過實驗和仿真對干式電抗器的鐵心進行了固有頻率的研究分析。2、發(fā)展趨勢：美國Ansoft公司研發(fā)的HFSS仿真軟件英文全稱為:HighFrequencySimulatorStructure，它是一款基于電磁場有限元方法(FhM)來分析微波工程問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，獨特的自適應(yīng)網(wǎng)格剖分技術(shù)很快成為三維電磁場設(shè)計和分析的工業(yè)標準。AnsoftHFSS仿真軟件可計算出三維射頻以及微波器件的電磁場分布，也可以計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、輻射場、增益、天線方向圖等結(jié)果?；谝陨咸攸c，該軟件已被廣泛地應(yīng)用于產(chǎn)品的設(shè)計和產(chǎn)品的計算，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題。AnsoftHFSS能實現(xiàn)全面的參數(shù)化設(shè)計，從產(chǎn)品的材料特性、幾何結(jié)構(gòu)，再到對產(chǎn)品的所有分析和控制以及所有的處理。AnsoftHFSS強大的三維建模能力，以及超大的圖形數(shù)據(jù)庫，減短了工程師們的設(shè)計周期。該軟件直觀的分析設(shè)置和高級的分析控制確保在全自動化方式下獲得設(shè)計師所希望的設(shè)計結(jié)果。變壓器作為電力系統(tǒng)中的重要的設(shè)備，在系統(tǒng)運行的過程中經(jīng)常承受著長期不間斷帶電運行重任，同時也經(jīng)常會出現(xiàn)短時過電壓和過負載的作用。再考慮到氣候和溫度變化帶來的不利影響，以及變壓器在生產(chǎn)、制造和使用過程中的人為因素和外界干擾等影響，在變壓器運行的過程中會不可避免地可能出現(xiàn)各種過電壓、短路故障和勵磁涌流等暫態(tài)過程。變壓器的暫態(tài)運行過程與穩(wěn)態(tài)正常運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)過程的損壞積累會造成變壓器大型的嚴重故障發(fā)生。因此在變壓器的設(shè)計過程中不僅需要考慮能長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)過電壓、短路電流和勵磁涌流的影響。三、設(shè)計（研究）的重點與難點，擬采用的途徑（研究手段）經(jīng)過查閱國內(nèi)外多方面的相關(guān)文獻，結(jié)合我國鐵路送電的現(xiàn)狀，并確定本次設(shè)計變壓器的設(shè)計目標。基于電磁場有限元分析軟件AnsoftMaxwell2D，建立電阻啟動電容運行變壓器二維模型，對電磁特性進行的一系列參數(shù)仿真，以期得到“對變壓器效率提高”最有效、最靈敏的因子。為分析其電磁性能，以一臺中頻變壓器為基礎(chǔ)，通過精細建模，用Ansoft軟件對其電磁場的分布進行研究，得出中頻下變壓器的高頻效應(yīng)不可忽略的結(jié)論。以一臺非晶配電變壓器為例，進行漏磁試驗測量，并提出一種可以推廣到中頻變壓器的漏磁仿真方案。同時引入移相整流變壓器的能量法計算短路阻抗。（1）對變壓器物理結(jié)構(gòu)和電磁暫態(tài)過程進行了分析研究，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磁支路的變壓器電磁仿真模型。并通過設(shè)計的變壓器電磁Ansoft仿真程序驗證模型的正確性。（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，對其繞組振動模態(tài)進行分析，結(jié)果表明變壓器繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計合理不會由于基波或特征次諧波激勵而造成共振；提取前面的電磁力計算結(jié)果，采用瞬態(tài)動力學與Ansoft相結(jié)合對感應(yīng)濾波換流變壓器的振動特性進行仿真研究，結(jié)果表明，變壓器內(nèi)部電磁環(huán)境得到極大改善，繞組振動降低。四、設(shè)計（研究）進度計劃：1、第4-5周查找、翻譯外文文獻，了解基本理論。2、第6-7周查閱資料，做開題報告。3、第8-9周掌握系統(tǒng)功能，提出設(shè)計整體框架。5、第10-11周提出設(shè)計流程，編寫源程序。6、第12-13周調(diào)試、改進源程序，進行電磁性仿真。7、第14-15周整理材料、寫畢業(yè)論文。8、第16-17周畢業(yè)答辯。五、參考文獻：賀斌.AnsoftEM在電機設(shè)計中的應(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)教學實訓中的應(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[D].電子科技大學,2016.王金東.大型變壓器電磁場前后處理中的可視化與仿真[D].沈陽工業(yè)大學,2011.王燕,皇甫成,趙淑珍,等.考慮鐵磁磁滯的變壓器勵磁涌流仿真分析[J].電力系統(tǒng)自動化,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在變壓器勵磁電流仿真計算中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù),2010,24(3):39-41.符楊,藍之達.計及鐵芯動態(tài)磁化特性的單相變壓器勵磁涌流仿真[J].上海電力學院學報,2016,12(3):31-39.劉軍,張安紅.電力變壓器繞組短路動穩(wěn)定能力的仿真和評估[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仿真與試驗[J].電機與控制學報,2015,19(1):58-67.徐巖,王增平,楊奇遜,等.一種變壓器保護方案的仿真研究[J].華北電力大學學報(自然科學版),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].電力自動化設(shè)備,2018,28(8):113-117.俞國賓.基于規(guī)劃求解法的三相變壓器勵磁涌流仿真分析[J].變壓器,2018,45(3):19-23.張亞杰,康愛花,郭艷君.三分裂傳動整流變壓器短路阻抗的仿真計算[J].變壓器,2015,47(08):19-23.李慕君,馮志彪.變壓器數(shù)字實時仿真及在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電腦開發(fā)與應(yīng)用,