基于ANSYS的漏感變壓器仿真計算
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2 漏感變壓器二維耦合仿真
ANSYS是以麥克斯韋方程組作為電磁場分析的出發(fā)點。在電磁場計算中，經(jīng)常對麥克斯韋方程組進行簡化，以便能運用分離變量法、格林函數(shù)法等求解得到電磁場的解析解。在實際工程中，ANSYS利用有限元方法，根據(jù)具體情況給定的邊界條件和初始條件，用數(shù)值解法去求其數(shù)值解。有限元方法計算未知量(自由度)主要是磁位或者通量，關心的物理量可以由這些自由度導出。根據(jù)甩戶選擇的單元類型和單元選項的不同，ANSYS計算的自由度也不同，可以使標量磁位、矢量磁位或者是邊界通量。
對于變壓器，需要研究隨時間變化的外加場產(chǎn)生的磁場、次級屯壓等參數(shù)，故采用二維矢量位方法。矢量位方法每個節(jié)點有3個自由度，Ax，Ay，Az，表示遭x，y，z方向上的磁矢量位自由度。在電壓饋電或電路耦合分析中又為磁矢量位自由度增加了另外3個自由度：電位(VO-LT)、電流(CURR)、電動勢降(EMF)。由矢量磁位可首先計算出磁通密度。他的值在積分點處由單元形狀函數(shù)計算而得。在得到了B之后，可以通過能量角度出發(fā)，得到線圈的電感，再根據(jù)電感與能量的關系求得電感。
2．1 前處理
觀察變壓器的結構，可以發(fā)現(xiàn)變壓器屬于對稱結構，故可利用其對稱性，只仿真它一部分，就能得到所需要的結果數(shù)據(jù)。
根據(jù)給定的尺寸、材料，建立變壓器模型選擇合適的單元，按照實際尺寸建立有限元模型，并對其進行網(wǎng)格劃分以及耦合自由度。
由于在工頻情況下，鐵芯內(nèi)磁場分布主要受激勵電流的約束，基本不受渦流的影響，可以得知，鐵芯主磁通在負載和空載情況下的差別很小，故可以只考慮空載情況。得到變壓器二維有限元耦合模型(如圖3所示)。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/191206.htm
本文主要是研究變壓器的磁場分布，尤其是漏磁，漏磁主要分布在空氣和線圈之間，故在劃分網(wǎng)格時要將空氣和線圈部分畫得較密。同時，主磁通是分布在鐵芯中，為了體現(xiàn)主磁通的分布以及確切值，也需要將鐵芯的網(wǎng)格適當加密，見網(wǎng)格劃分的局部圖。如果只考慮走向問題，可以選用粗網(wǎng)格以縮短計算時間。
2．2 求解
由于加載的電壓頻率是50 Hz，要計算加載步個數(shù)，設置每個加載步時間間隔為1．25 ms，每個載荷步又分為間隔為0．25 ms的小步來實現(xiàn)。由于線圈電感的存在，要經(jīng)過一段時間波形才能穩(wěn)定，故要得到穩(wěn)定的結果，需要將加載時間調(diào)長。
2．3 后處理
使用電磁宏可以得到各個載步或者時間點時刻磁力線以及磁場強度矢量、以及二次線圈上的感應電壓等參數(shù)。
當給初級線圈加上交變電壓時，根據(jù)麥克斯韋方程，變化的電場產(chǎn)生變化的磁場，磁場會穿過線圈形成閉合磁場，散布在線圈周圍。由于鐵芯的約束，使得磁場沿著鐵芯繞，形成閉合磁場，又稱為主磁通。
圖4、圖5顯示了模擬得到的磁場分布，從圖中可以明顯觀察到磁力線走向以及大小。通過觀察可以了解到，鐵芯內(nèi)的磁場分布較均勻，由于是1／2模型，會體現(xiàn)出鐵芯中間處磁場較集中，故磁感應強度相對鐵芯邊緣處的值較大。鐵芯內(nèi)磁場強度在0．85～1．6 T之間，在理論計算范圍內(nèi)，從而證明模型以及計算方法的正確性。
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