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一种变压器线圈设计方法及装置与流程

  • 国知局
  • 2024-12-06 12:54:29
  • 58

本发明属于配电设备设计,具体涉及一种变压器线圈设计方法及装置。

背景技术:

1、变压器是输配电的基础设备,广泛应用于工业、农业、交通、城市社区等领域。其中,轨道交通用变压器用于先进的能馈式变电站,支持600v到1500v的直流电网,所带负载为大功率igbt双向变流器,可在系统中实现双向运行模式,在牵引模式下提供机车牵引功率,在制动模式下实现能量回收。

2、轨道交通用变压器所带负载特殊,负载电流不仅有大量高次谐波,且不同次数谐波在两个副边绕组中的相位是反向180°的。因此,不仅要考虑高次谐波带来的附加杂散损耗的影响,还要考虑不同相位电流带来的漏磁产生附加损耗的影响。在产品设计上,需要保证变压器在实际运行条件下的绕组温度不超过绝缘体系的限值,以确保其能长期安全运行。

3、然而一般工厂试验室的测试电流都是工频条件,无法输入实际含谐波和不同时刻、不同相位的负载电流,因此无法在工厂试验室测试实际负载条件的变压器温升,需要做成样机后发至用户端进行联调测试。如果样机带载联调测试失败,还需要重新修改变压器设计,制造新设计的样机后再进行测试,多次重复的修改及测试会导致测试成本高、测试效率低和开发周期长。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺点,本发明的目的是提供一种结合电磁热仿真的变压器线圈设计方法及装置。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:

3、第一方面,本发明提供了一种变压器线圈设计方法,所述方法包括:

4、建立变压器线圈仿真试验模型;

5、建立电流磁场的边界条件,对所述变压器线圈仿真试验模型在所述电流磁场的边界条件下进行仿真试验,得到负载电流的总发热量;

6、建立除变压器线圈外的变压器整体仿真试验模型,所述变压器整体仿真试验模型包括铁芯的仿真试验模型,将所述变压器线圈仿真试验模型套设于所述铁芯的仿真试验模型的外侧;

7、进行温升仿真计算,将所述负载电流的总发热量作为所述变压器线圈仿真试验模型的发热量,并对所述铁芯的仿真试验模型的发热量进行赋值,计算得到所述变压器整体仿真试验模型的运行温度;

8、将所述运行温度的数值与预先设置的温度限值进行比较求差,得到差值参数;

9、根据所述差值参数优化所述变压器线圈仿真试验模型的尺寸参数;

10、重复上述过程,直到所述运行温度的数值小于所述预先设置的温度限值。

11、作为一种优选的实施方式,所述变压器线圈仿真试验模型通过以下步骤建立:

12、获取变压器线圈的实际尺寸参数;

13、根据所述变压器线圈的实际尺寸参数进行全尺寸建模,得到所述变压器线圈仿真试验模型。

14、作为一种优选的实施方式,在所述建立电流磁场的边界条件,对所述变压器线圈仿真试验模型在所述边界条件下进行仿真试验,得到负载电流的总发热量的步骤中:

15、基于所述变压器线圈包括原边绕组、副边绕组和第三绕组的结构特征,结合所述变压器线圈仿真试验模型,进行电磁场分析计算,并评估漏磁和谐波带来的影响。

16、作为一种优选的实施方式,在所述根据所述差值参数优化所述变压器线圈仿真试验模型的步骤后,还包括,根据优化后的所述变压器线圈仿真试验模型更改所述变压器线圈的实际尺寸参数。

17、作为一种优选的实施方式,在所述根据所述变压器线圈的实际尺寸参数进行全尺寸建模的步骤中,基于所述变压器线圈包括原边绕组、副边绕组和第三绕组的结构特征,分别按所述原边绕组、所述副边绕组和所述第三绕组的结构建立导体部分的全尺寸模型。

18、第二方面,本发明还提供了一种变压器线圈设计装置,包括:

19、模型仿真模块,用于建立变压器线圈仿真试验模型以及除变压器线圈外的变压器整体仿真试验模型;

20、边界设置模块,用于建立电流磁场的边界条件;

21、第一计算模块,用于基于所述模型仿真模块建立的变压器线圈仿真试验模型在所述边界设置模块设定的电流磁场边界条件,计算负载电流的总发热量;

22、第二计算模块,用于基于所述第一计算模块计算出的所述负载电流的总发热量,计算所述整体仿真试验模型的运行温度,并基于预先设置的温度限值,将所述运行温度的数值与所述温度限值比较求差,得到差值参数;

23、优化模块,用于根据所述第二计算模块计算出的所述差值参数对所述模型仿真模块的所述变压器线圈仿真试验模型的尺寸参数进行优化。

24、作为一种优选的实施方式,基于所述变压器线圈包括原边绕组、副边绕组和第三绕组的结构特征,所述模型仿真模块分别按所述原边绕组、所述副边绕组和所述第三绕组的结构建立导体部分的全尺寸模型。

25、作为一种优选的实施方式,所述边界设置模块还用于建立温度的边界条件;

26、基于所述变压器线圈包括原边绕组、副边绕组和第三绕组的结构特征,结合所述变压器线圈仿真试验模型和所述变压器整体仿真试验模型,在所述温度的边界条件下进行仿真试验,分别得到所述原边绕组、所述副边绕组和所述第三绕组的温度结果。

27、与现有技术相比,本发明的有益效果是:

28、基于变压器线圈设计方法及装置,解决了现有技术中存在的一般工厂试验室工频条件下无法测试漏磁以及负载电流中谐波对绕组发热影响的技术问题,达到了可便捷地对变压器线圈及用于绕设变压器线圈的铁芯进行仿真试验,快速优化变压器线圈及整体结构设计的技术效果,避免了多次制造样机再测试,提升测试效率,降低开发成本。

技术特征:

1.一种变压器线圈设计方法,其特征在于,所述方法包括:

2.根据权利要求1所述的变压器线圈设计方法,其特征在于,所述变压器线圈仿真试验模型通过以下步骤建立:

3.根据权利要求1所述的变压器线圈设计方法,其特征在于,在所述建立电流磁场的边界条件,对所述变压器线圈仿真试验模型在所述边界条件下进行仿真试验,得到负载电流的总发热量的步骤中:

4.根据权利要求2所述的变压器线圈设计方法,其特征在于,在所述根据所述差值参数优化所述变压器线圈仿真试验模型的步骤后,还包括,根据优化后的所述变压器线圈仿真试验模型更改所述变压器线圈的实际尺寸参数。

5.根据权利要求4所述的变压器线圈设计方法,其特征在于,在所述根据所述变压器线圈的实际尺寸参数进行全尺寸建模的步骤中,基于所述变压器线圈包括原边绕组、副边绕组和第三绕组的结构特征,分别按所述原边绕组、所述副边绕组和所述第三绕组的结构建立导体部分的全尺寸模型。

6.一种变压器线圈设计装置,其特征在于,包括:

7.根据权利要求6所述的变压器线圈设计装置,其特征在于,基于所述变压器线圈包括原边绕组、副边绕组和第三绕组的结构特征,所述模型仿真模块分别按所述原边绕组、所述副边绕组和所述第三绕组的结构建立导体部分的全尺寸模型。

8.根据权利要求6所述的变压器线圈设计装置,其特征在于,所述边界设置模块还用于建立温度的边界条件;

技术总结本发明属于配电设备设计技术领域,提供一种变压器线圈设计方法及装置,该方法包括:建立变压器线圈仿真试验模型,计算负载电流的总发热量,建立变压器整体仿真试验模型,进行温升仿真计算和优化变压器线圈仿真试验模型的尺寸参数,通过上述步骤,解决了现有技术中存在的一般工厂试验室工频条件下无法测试漏磁以及负载电流中谐波对绕组发热影响的技术问题,达到了可便捷地对变压器线圈及变压器整体进行仿真试验,快速优化变压器线圈及整体结构设计的技术效果,避免了多次制造样机再测试,提升测试效率,降低开发成本。技术研发人员:李霞,张秀云,李佳宇,熊家正受保护的技术使用者:顺特电气设备有限公司技术研发日:技术公布日:2024/12/2

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