1.35kV/300kVA中频变压器的电磁场计算

摘要

现代铁路牵引系统面临着节能减排的迫切要求。电子电力牵引变压器具有体积小、重量轻的优势，已成为当下的研究热点之一。中频变压器是电子电力变压器的关键部分。漏电感和分布电容会影响到变压器的高频性能，小型化也使绝缘设计变得更加困难。因此，准确计算中频变压器的漏感和分布电容，设计可靠的绝缘结构有着重要的意义。
　　本文主要计算了1.35kV/300kVA圆筒式绕组中频变压器的漏电感和分布电容，并设计了紧凑且可靠的主绝缘结构。从中高频变压器的等效电路着手分析，基于静电场能量存储原理，推导了分布电容计算的一般方法。考虑高频下集肤效应和邻近效应的影响，根据磁场能量存储原理，推导了变压器中磁场强度的分布，进而推出漏电感的计算公式。在有限元软件ANSYS中建立了电场和谐态磁场仿真模型，通过仿真方法分析电流、磁场强度和电压在变压器中的分布规律，并通过电磁宏得出漏感和分布电容。忽略分布电容的影响，在二次侧短路的情况下用数字电桥测出不同频率下的漏电感。比较了三种分布电容的测量方法，选用谐振法用阻抗分析仪测出模型分布电容的值。通过公式法、有限元仿真、实验测量法得到的分布电容数值和漏电感曲线基本一致，验证了三种方法的可行性和正确性。通过分析，分布电容不仅与变压器绕组高度、绝缘厚度、匝间距离等结构因素有关，还与电压在绕组内的分布有关;漏电感不仅与结构参数有关，而且随频率的增大而减小。为设计更为紧凑的主绝缘结构，在ANSYS中建立忽略匝间绝缘的电场仿真模型，在端部加入一个角环以分隔油隙，通过扫描法分析各尺寸参数对变压器局部最大场强Emax的影响，得到端部绝缘结构的最佳尺寸，将原副边绕组间距离减小到12mm，将副边绕组端部到铁轭的距离减小到11mm。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 中频变压器的发展现状和研究趋势

1．3 本文的主要研究内容

第二章 分布电容的计算、仿真和测量

2．1 引言

2．2 变压器等效电路分析

2．3 分布电容的计算

2．3．1 分布电容计算的一般方法

2．3．2 模型分布电容的计算

2．4 分布电容的仿真’

2．4．1 有限元电场计算原理

2．4．2 仿真模型建立

2．4．2 仿真结果分析

2．5 分布电容的测量

2．5．1 二端口网络法

2．5．2 方波响应法

2．5．3 谐振法

2．5．4 模型分布电容的测量

2．6 本章小结

第三章 变压器漏电感计算、测量和仿真

3．1 引言

3．2 漏电感在ANSYS中的仿真

3．2．1 有限元磁场计算原理

3．2．2 准静态磁场的边值问题

3．2．3 仿真模型建立

3．2．4 仿真结果分析

3．3 漏电感的计算

3．3．1 磁场强度分布的理论计算

3．3．2 磁场能量的理论计算

3．4 漏电感的实验测量

3．5 三种方法结果比较

3．6 本章小结

第四章 中频变压器绝缘结构设计

4．1 引言

4．2 变压器绝缘材料

4．3 主绝缘结构设计

4．4 端部绝缘电场仿真

4．4．1 有限元分析模型

4．4．2 不加角环时的电场仿真分析

4．4．3 加角环后的电场仿真分析

4．4．4 优化结果分析

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢