【变压器电磁特性性仿真探究开题报告3000字】

变压器电磁特性性仿真研究开题报告一、本课题设计（研究）的目的近年来，我国的经济高速发展，电力系统也随之发展的越来越庞大和复杂。电力系统的安全稳定运行是经济发展的重要保障。电力变压器是电力系统中输电和变电的重要设备，因此对变压器电磁暂态过程的研究是十分必要的。随着变压器单机容量的越来越大，电压等级不断升高，对于变压器的电磁特性分析也成为众多国内外学者的重要研究对象而电力系统数字仿真是研究电力系统暂态过程的一种重要手段。特高压变压器结构复杂，造价成本高，难以直接通过试验方法来研究变压器直流偏磁响应机制，目前，国内外学者鲜有开展特高压变压器直流偏磁问题研究，为了探明特高压变压器直流偏磁物理效应，给出特高压变压器直流偏磁评价指标，为特高压变压器抗偏磁改造奠定理论和技术依据，有必要进行特高压变压器直流偏磁电磁特性与涡流损耗计算分析，对于研究特高压变压器直流偏磁具有重要意义。二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）1、设计现状从麦克斯韦方程组的建立开始，电磁场和电磁波的相关领域的研究开展的越来越广泛，分析相关产品设备的电磁特性已经成为设计制造的重要组成部分。1964年，Winslow在求解二维矢量磁场问题中采用了有限差分法。进入七十年代，Chari和Silvester等人采用有限元方法开展了电磁场的相关数值研究工作，有限元方法开始占据着电磁场分析计算的主导地位。1972年，Trowbridge对有关电磁场分析中的二维和三维领域做了大量研究，成功推导出二维、三维场问题的离散形式，并提出了积分方程法的思想。此后，英国的卢瑟福实验室将积分方程和微分方程结合起来，提出了求解三维静磁场的双标量位法。华南理工大学冯超运用磁路法计算分析了非金合金变压器的铁心磁场分布，并使用有限元方法进行了相关验证磁路法计算的结果。沈阳工业大学康雅华博士对变压器叠片铁心主磁场瞬变过程进行了研究，分析了铁轭磁密饱和度对空载损耗带来的影响。我国对于变压器振动的研究相对于国外稍晚，上世纪八十年代后相关高等院校和变压器厂才在变压器振动领域开展实验和研究，并取得了一定的成果，进而制定了变压器振动相关的行业标准。上海交通大学李旭光等研究人员采用干式变压器振动实验研究对干式变压器振动异常增大的原因开展了研究，实验方案上通过变频扫描法以及敲击法对变压器振动的模态和频谱做了大量分析研究，为有限元方法分析此类问题提供了强有力的实验依据。2010年华南理工大学钟星鸣对非金合金干式变压器支撑边界和铁心振动的联系性做了相关研究，提出了相应减振降噪的一些建议，此外还通过实验和仿真对干式电抗器的铁心进行了固有频率的研究分析。2、发展趋势：美国Ansoft公司研发的HFSS仿真软件英文全称为:HighFrequencySimulatorStructure，它是一款基于电磁场有限元方法(FhM)来分析微波工程问题的三维电磁仿真软件，它拥有友好而方便的操作界面、以其超高的精度和速度，独特的自适应网格剖分技术很快成为三维电磁场设计和分析的工业标准。AnsoftHFSS仿真软件可计算出三维射频以及微波器件的电磁场分布，也可以计算由于材料以及辐射引起的的损耗。并且可直接得应用于产品的特征阻抗、电压驻波比(VSWR),S参数、电磁场、辐射场、增益、天线方向图等结果。基于以上特点，该软件已被广泛地应用于产品的设计和产品的计算，例如:天线、馈线、多工器、滤波器、环形器、功分器、隔离器;电磁兼容、天线布局、电磁干扰和互祸等问题。AnsoftHFSS能实现全面的参数化设计，从产品的材料特性、几何结构，再到对产品的所有分析和控制以及所有的处理。AnsoftHFSS强大的三维建模能力，以及超大的图形数据库，减短了工程师们的设计周期。该软件直观的分析设置和高级的分析控制确保在全自动化方式下获得设计师所希望的设计结果。变压器作为电力系统中的重要的设备，在系统运行的过程中经常承受着长期不间断带电运行重任，同时也经常会出现短时过电压和过负载的作用。再考虑到气候和温度变化带来的不利影响，以及变压器在生产、制造和使用过程中的人为因素和外界干扰等影响，在变压器运行的过程中会不可避免地可能出现各种过电压、短路故障和励磁涌流等暂态过程。变压器的暂态运行过程与稳态正常运行情况有着较大的区别。多次轻微故障和非正常电压下暂态过程的损坏积累会造成变压器大型的严重故障发生。因此在变压器的设计过程中不仅需要考虑能长期承受正常工作的电压和电流，还必须考虑由各种因素导致的暂态过电压、短路电流和励磁涌流的影响。三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）经过查阅国内外多方面的相关文献，结合我国铁路送电的现状，并确定本次设计变压器的设计目标。基于电磁场有限元分析软件AnsoftMaxwell2D，建立电阻启动电容运行变压器二维模型，对电磁特性进行的一系列参数仿真，以期得到“对变压器效率提高”最有效、最灵敏的因子。为分析其电磁性能，以一台中频变压器为基础，通过精细建模，用Ansoft软件对其电磁场的分布进行研究，得出中频下变压器的高频效应不可忽略的结论。以一台非晶配电变压器为例，进行漏磁试验测量，并提出一种可以推广到中频变压器的漏磁仿真方案。同时引入移相整流变压器的能量法计算短路阻抗。（1）对变压器物理结构和电磁暂态过程进行了分析研究，在已有变压器仿真模型的基础之上，综合基于受控源原理的变压器Ansoft模型和阻尼梯形积分方法，建立了一种含有非线性励磁支路的变压器电磁仿真模型。并通过设计的变压器电磁Ansoft仿真程序验证模型的正确性。（2）利用Ansoft仿真软件建立集成多绕组感应滤波换流变压器的有限元仿真模型，对其绕组振动模态进行分析，结果表明变压器绕组结构设计合理不会由于基波或特征次谐波激励而造成共振；提取前面的电磁力计算结果，采用瞬态动力学与Ansoft相结合对感应滤波换流变压器的振动特性进行仿真研究，结果表明，变压器内部电磁环境得到极大改善，绕组振动降低。四、设计（研究）进度计划：1、第4-5周查找、翻译外文文献，了解基本理论。2、第6-7周查阅资料，做开题报告。3、第8-9周掌握系统功能，提出设计整体框架。5、第10-11周提出设计流程，编写源程序。6、第12-13周调试、改进源程序，进行电磁性仿真。7、第14-15周整理材料、写毕业论文。8、第16-17周毕业答辩。五、参考文献：贺斌.AnsoftEM在电机设计中的应用[J].工业,2016(9):00261-00261.吴香林,余小兰,刘大良.AnsoftHFSS在天馈系统教学实训中的应用[J].现代职业教育,2016(31).张迪.微波炉用漏感变压器电磁仿真与优化设计[D].电子科技大学,2016.王金东.大型变压器电磁场前后处理中的可视化与仿真[D].沈阳工业大学,2011.王燕,皇甫成,赵淑珍,等.考虑铁磁磁滞的变压器励磁涌流仿真分析[J].电力系统自动化,2009,33(15):78-83.郭蕾,高仕斌,陈小川.阻抗匹配平衡变压器的暂态仿真研究[J].变压器,2015,42(9):20-24.王晶,余涛.EMTP在变压器励磁电流仿真计算中的应用[J].电网技术,2010,24(3):39-41.符杨,蓝之达.计及铁芯动态磁化特性的单相变压器励磁涌流仿真[J].上海电力学院学报,2016,12(3):31-39.刘军,张安红.电力变压器绕组短路动稳定能力的仿真和评估[J].变压器,2012,49(6):14-25.汪金刚,毛凯,段旭,等.直流偏磁下的变压器振动仿真与试验[J].电机与控制学报,2015,19(1):58-67.徐岩,王增平,杨奇逊,等.一种变压器保护方案的仿真研究[J].华北电力大学学报(自然科学版),2013,30(6):11-16.黄振宁,高厚磊.基于EMTDC的阻抗匹配平衡变压器仿真[J].电力自动化设备,2018,28(8):113-117.俞国宾.基于规划求解法的三相变压器励磁涌流仿真分析[J].变压器,2018,45(3):19-23.张亚杰,康爱花,郭艳君.三分裂传动整流变压器短路阻抗的仿真计算[J].变压器,2015,47(08):19-23.李慕君,冯志彪.变压器数字实时仿真及在电力系统中的应用[J].电脑开发与应用,