考虑磁化及磁致伸缩特性各向异性的 感应电机铁心电磁应力分析

感应电机铁心电磁应力主要来源于硅钢片的磁致伸缩以及定转子间麦克斯韦电磁应力,在正弦及谐波激励下,硅钢片均具有较强的磁各向异性。因此,为了准确计算电机铁心电磁应力,在该文首先对无取向硅钢片在正弦及谐波激励下的磁化和磁致伸缩特性曲线进行测试;然后,建立考虑磁化及磁致伸缩特性各向异性的感应电机电磁-机械耦合振动模型,并计算电机铁心电磁应力分布;最后,通过对比有无考虑磁各向异性的电机模型计算结果,分析电机铁心的应力分布的各向异性,同时,计算了5次谐波和7次谐波注入下电机定子铁心电磁应力曲线及频谱,发现在100 Hz和200 Hz频率时,谐波对应力幅值的影响较大。     

谐波激励下铁心等效磁路长度及接缝区损耗特性

为了研究谐波对变压器铁心等效磁路长度与接缝区域损耗的影响,文中基于完全按照电力变压器的标准设计和制作的叠片铁心模型,在不同谐波激励条件下,对铁心模型的等效磁路长度与接缝区域的损耗特性进行试验研究。研究表明:谐波阶次与谐波相位对铁心的磁路长度影响不是很大,在谐波条件下分析计算铁心的磁滞回环或磁化曲线时,可近似选择铁心的几何平均长度作为有效的磁路长度;不同谐波阶次与不同谐波相位激励下,铁心接缝区域比总损耗特性的变化规律大致相同:当磁通密度小于0.5 T时,接缝区的损耗近似为零;当磁通密度高于1 T时,接缝区的损耗出现明显的上升趋势。文中所用方法和所得结论对变压器产品的电磁分析和优化设计具有一定的指导意义。     

直流偏磁下的变压器振动仿真与试验

针对变压器实际运行中经常会出现振动异常现象的问题,结合变压器铁心和绕组的振动机理,给出了变压器铁心和绕组所受电磁力方程和位移方程。利用COMSOL电磁场模块中的瞬态电流源建立电场模型,然后选择感应电流单元以电场模型计算结果作为激励源建立磁场模型,实现第一次电磁场的耦合建模。利用结构力学模块中实体应力应变部分建立结构力场模型,将电磁场耦合计算出的电磁力结果作为载荷加到力场模型中,实现第二次耦合,并最终得到发生直流偏磁时变压器内部磁通密度、机械应力分布、张力分布以及位移场分布的变化规律。通过搭建变压器振动试验平台,验证了铁心振动仿真模型、绕组振动仿真模型的正确性。     

考虑铁心非线性的三相立体卷铁心变压器建模及空载特性分析

与传统三相平面叠铁心变压器相比,立体卷铁心变压器具有磁路对称、振动噪声低等优势,可应用于电力电子电能变换领域。为了提高系统整体功率密度,应尽可能提高变压器铁心工作磁通密度幅值,因此迫切需要准确评估立体卷铁心变压器在饱和边界状态的工作特性。该文主要研究考虑铁心非线性的三相立体卷铁心变压器建模。首先基于Jiles–Atherton(J-A)磁滞模型建立三相磁路模型;其次建立立体卷铁心变压器有限元（FEM）二维等效模型,相比三维FEM模型,可以缩短96.66%的仿真时间,减少92.93%的内存占用空间,在此基础上研究了非正弦激励下立体卷铁心变压器的工作特性;最后基于80kV·A立体卷铁心变压器样机建立试验平台,验证了本文模型的准确性,并分析了零序三次谐波对磁通密度幅值的影响。     

不同叠片接缝形式的换流变压器铁心电磁与振动特性分析

磁致伸缩和麦克斯韦应力是换流变压器铁心振动的主要原因，当铁心中存在气隙时，由麦克斯韦应力引起的铁心振动不可忽略。文中基于PSCAD搭建了特高压直流输电系统仿真模型，得到了换流变压器正常工作时谐波电压和谐波电流特点。建立了3种不同铁心结构的换流变压器模型，研究了不同结构铁心的磁场和麦克斯韦应力分布特点。在此基础上，从理论上推导了麦克斯韦应力与谐波电压的数学关系，研究了不同结构铁心在基波和谐波电压共同作用下麦克斯韦应力的大小关系以及在麦克斯韦应力作用下铁心表面振动加速度大小关系。研究结果表明，与传统双接缝铁心相比，六步进接缝铁心表面振动加速度最大值减少了15.44%；改进六步进接缝铁心表面振动加速度有效值减少了26.39%，最大值减少了25.68%。可见，改进六步进接缝铁心相比于传统双接缝铁心和六步进接缝铁心具有良好的减振效果。     

变压器铁心振动特性分析与研究

变压器铁心振动与铁心紧固状况、绝缘层损伤程度密切相关。利用振动测量系统分别测量了不同型号的变压器铁心振动情况,并得到了变压器典型位置振动的时域波形及频谱波形数据,以此研究变压器铁心的振动特性以及影响因素。分析结果表明,2台不同型号的变压器铁心振动具有相似的幅频特性,基频均为100 Hz,且1 500 Hz后谐波衰减至0,但两者主频不同。受施加空载电压大小的影响,两者振动加速度信号基频处的幅值均与施加电压的平方呈线性关系,而其它频率处的幅值与施加电压的平方不一定呈线性关系。     

谐波激励条件下变压器铁心磁性能研究

为考察复杂激励条件下变压器铁心的磁性能,文中搭建了一种磁通密度可控的实验平台。基于变压器铁心模型,通过采用可产生任意波形的谐波电源对励磁电压波形调整的方法,实现了对变压器铁心模型中磁通密度的控制。文中分别从谐波相位、谐波阶次以及谐波含量三方面考察和分析了对变压器铁心损耗的影响,发现随着谐波阶次和谐波含量的增加铁心损耗逐渐增大,且谐波相位差的增加使局部磁滞回环扩大,从而导致铁心损耗的增大,而在谐波阶次足够高时,相位对其影响减弱,因此可忽略谐波相位对铁心损耗的影响。所得结果和结论为谐波激励条件下变压器铁心电磁场数值计算提供了数据支持,有助于通过优化设计提高变压器产品的性能。     

电力变压器铁心硅钢片振动与微观变形特性研究

电力变压器本体噪声主要来源于铁心硅钢片的磁致伸缩产生的振动。依据实际50 MVA/110 kV变压器铁心结构,搭建了四角铁心模型,研究了变压器铁心不同区域,不同方向的振动情况以及铁心硅钢片磁致伸缩机理。结果表明:硅钢片中心区域的振动值明显小于硅钢片接缝区域的数值,平行方向振动值小于垂直方向;在硅钢片中心区域,垂直方向上振动峰值频率主要出现在100、200、300、400 Hz等频段,平行方向上为100、200、600 Hz等频段;在硅钢片接缝区域,垂直方向上振动峰值频率主要出现在100、200、300、500 Hz等频段;平行方向上为100、200、300、600,700 Hz等频段;铁心硅钢片在施加磁场后的平面中心区域与接缝区域磁致伸缩均由晶界移动、晶粒变形和转动行为引发。     

直流偏磁下变压器铁心搭迭区域电磁振动的分析

取向硅钢片的磁致伸缩特性是引起变压器铁心振动的主要原因,同时叠片铁心拐角搭迭区域的电磁力也会影响铁心振动,另外,直流偏磁会加剧铁心的振动。本文考虑直流偏磁工作状态的影响,针对铁心搭迭区域的电磁振动进行了分析。以定制的方圈铁心为研究对象,建立了包含搭迭缝隙的三维仿真模型,通过仿真计算得到了直流偏磁条件下不同时刻的应力和位移分布,进而分析了直流偏磁条件下由磁致伸缩力和电磁力引起的铁心振动。最后对实验室中的方圈铁心展开了直流偏磁下的振动实验,实验结果证明了仿真结果的正确性。研究结果表明,在直流偏磁条件下,对搭迭区域进行振动分析需要建立包含搭迭缝隙的三维仿真模型,同时也应该考虑电磁力对铁心振动的影响,此外,直流偏磁会使励磁电流发生畸变,铁心磁场周期分布不对称,变压器铁心搭迭区域振动增强,振动的高次谐波和奇次谐波含量增加。     

低损耗低噪声有载调压变压器

本文着重介绍大型变压器降低噪声的方法、原理及其效果。 (1)本体噪声的产生可以概括为铁心的振动经变压器油和铁心与外壳的连接处向外壳传递,并由此转变为外壳的振动而辐射噪声。铁心的振动有两个来源:一是在交变磁通作用下铁心缝隙部位及硅钢片片间的磁性周期变化力所产生的;另一是由于铁心材料在工频电压作用下的磁致伸缩引起的。 ①在设计时,合理地选择铁心的主要尺寸,使铁心的自振频率避开下列频率区:75～125Hz,165～235Hz,275～325Hz。