非晶合金配电变压器的特性分析

非晶合金配电变压器的特性分析风非晶合金配电变压器的特性分析风非晶合金配电变压器的特性分析摘要随着国家对能源的需求越来越大，节能环保理念也在不断深入人心。而非晶合金铁芯变压器由于在节能性方面十分优异，受到大众广泛认可，但是人们对于它与硅钢变压器在铁芯材料、变压器结构等方面之间的异同，以及它们在不同环境下损耗差异的程度及原因并不十分了解。不仅如此，由于非晶合金材料的自身特性等缺点，导致其空载损耗可能会在许多因素（如设计、生产、安装、运输和运行等环节）下产生不同影响，降低其节能性。本文针对非晶合金配电变压器，主要完成了以下几方面的工作：（1）介绍了非晶合金背景、发展概况，总结了非晶合金的材料特性，非晶合金铁心变压器的特点，并对比了传统硅钢片变压器。（2）介绍了非晶合金配电变压器的电磁设计原则，并通过Solidworks软件对非晶合金变压器进行设计。最后，把变压器电气参数输入到ANSYSElectronicsDesktop2016下Maxwell3D组件中，进行仿真测试。（3）在主要参数设计完之后，在Maxwell3D进行非晶合金变压器的特性分析，即空载特性、负载特性、短路特性。最后，对比仿真结果和理论计算值，做出结论。关键词：非晶合金变压器、变压器理论计算、ansys仿真、特性分析AbstractDifferentfromthesiliconsteeltransformer,theamorphousalloycoretransformeriswidelyrecognizedbythepublicduetoitsexcellentperformanceinenergysaving.However,thedifferencesbetweenitandthesiliconsteeltransformerinironcorematerial,transformerstructureandotheraspects,aswellasthedegreeandreasonofthelossdifferencebetweenthemhavenotbeenthoroughlyexplored.Notonlythat,duetothecharacteristicsofamorphousalloymaterialsandothershortcomings,itsno-loadlossmayhavedifferenteffectsinmanyfactors(suchasdesign,production,installation,transportationandoperation,etc.),reducingitsenergyconservation.Inthispaper,theamorphousalloydistributiontransformer,mainlycompletedthefollowingaspects:(1)thebackgroundanddevelopmentofamorphousalloyareintroduced,thematerialcharacteristicsofamorphousalloyandthecharacteristicsofamorphousalloycoretransformeraresummarized,andthetraditionalsiliconsteelsheettransformeriscompared.(2)theelectromagneticdesignprincipleofamorphousalloydistributiontransformerisintroduced,andtheamorphousalloytransformerisdesignedwithSolidworkssoftware.Finally,thetransformerelectricalparameterswereinputintotheMaxwell3DcomponentunderANSYSElectronicsDesktop2016forsimulationtest.(3)afterthedesignofmainparameters,thecharacteristicsofamorphousalloytransformer,namelyno-loadcharacteristics,loadcharacteristicsandshortcircuitcharacteristics,wereanalyzedinMaxwell3D.Finally,aconclusionisdrawnbycomparingthesimulationresultswiththetheoreticalcalculationvalues.Keywords:amorphousalloytransformer,transformertheoreticalcalculation,ansyssimulation,characteristicanalysis目录摘要…………………...1Abstract…………...…2目录…………………...31绪论…………...……61.1课题研究背景与意义……………………...….61.2非晶合金变压器发展概况………………...….71.2.1国外发展概况………….71.2.2国内发展概况………….71.3题目研究方法………………….81.4本文研究的主要内容………….82非晶合金变压器的结构特点与性能概述……………….………102.1非晶合金材料简介…………………….…….102.1.1非晶合金结构与性能………….…….102.1.2非晶合金与硅钢对比………………..102.2非晶合金变压器简介…………………..……112.2.1非晶合金变压器介绍………………..112.2.2非晶合金变压器的结构特点………………….…….122.3非晶合金变压器与传统硅钢变压器的区别………………..132.4本章小结…………………….133非晶合金变压器的电磁设计及建模………….…143.1电磁设计计算……………….143.1.1设计流程………..……143.1.2设计理论依据………..163.1.3变压器参数的计算………..…………163.2使用SolidWorks绘制模型…………………..173.2.1绘制零件…………………...…………183.2.2整体模型…………………….………..213.3完成模型的电气参数设置……………...……223.3.1导入装配体…………………….…..…223.3.2材料设置………...……223.4本章小结………………...234非晶合金变压器特性分析……….244.1空载特性……………….……..244.1.1瞬态场介绍…………...244.1.2激励源设定…………...254.1.3仿真求解设置……………...…………294.1.4仿真结果……….……304.2负载特性…………………….324.2.1电阻性负载……………………..……324.2.2电感性负载……………4.2.3电容性负载……………..4.3短路特性……………………….4.3.1单相短路………………..4.3.2两相短路………………..4.3.3三相短路………………..4.4本章小结………………………..结论………………….………………36参考文献………………….…………37致谢………….………381绪论1.1课题研究背景与意义改革开放以来，中国对电力需求迅猛发展，电压等级，用电量，输电网规模均在世界前列。然而，目前我国发电形式主要为火力发电，电力生产过程产生大量污染，如粉尘、二氧化碳、噪音等，极大污染环境。因此，如果可以减少电能损耗并使用清洁能源，则既可有效解决电力的快速增长问题又可节能环保，减少污染。在发、输、配、用整个电力系统运行环节中，配电网的损耗在全网损耗的比重较大，约为70%，而在这其中的配电变压器，尤其是长期轻载或空载的变压器损耗占配电网损耗中很大一部分。在我国绝大部分的地区，其配电网轻载时间较长，季节性负荷比例较大，尤其是广大农村电网较为落后，存在负荷轻、输电线路长、电压不稳定、网损较大等现象。尽管电网公司进行大规模的电网改造，然而由于农村设备老旧，无功装置不足等原因，导致变压器的损耗仍然较大，若能大规模使用非晶合金变压器，则可大量降低农村电网损耗。变压器是一种静止的电气设备，主要由铁芯和绕组组成，其基于电磁原理来进行电能传输。变压器的损耗主要为空载损耗和负载损耗。变压器的负载损耗为绕组的电阻损耗，是一种可变损耗；变压器的空载损耗即铁损，是指绕组产生的磁通通过铁芯时的损耗，其大小和变压器铁芯材料、电压等有关。在电压稳定情况下，可认为变压器空载损耗为定值。因此，通过开发、利用新型铁芯材料来降低变压器空载损耗可有效解决上述问题。正因如此，变压器铁芯材料经历了软铁、软钢、硅钢片、非晶合金等一系列演变。如今，非晶合金配电变压器是目前电力系统较为环保节能的配电变压器之一，它的铁心是由非晶合金——一种新型导磁材料制作而成。1.2非晶合金变压器发展概况1.2.1国外发展概况1960年美国加利福尼亚大学教授在试图通过急速凝固方法合成金和硅的金属时发现一种各向同性的软磁性材料即非晶合金，其没有晶粒、晶界存在。70年代初，美国一家公司成功开发出铁基非晶合金，不久，通用电气公司发现了非晶合金的低单位损耗特性。于是，对于非晶合金用于配电变压器的研究不断深入。1978年，世界上第一台非晶合金变压器在美国诞生，其容量为10kVA。一年后，美国研制出非晶合金2605SC、2605S2，这种材料已具有生产价值。从此以后，非晶合金配电变压器迅猛发展：1982年，通用电气公司与美国一家电力研究公司联合研制的非晶合金变压器成功投入运行。4年后，量产型非晶合金变压器在美国研制完成。非晶合金材料优异的节能特性吸引了资源匮乏的国家如日本的关注与重视。多家日本公司（日立公司、东京电力公司等）对非晶合金变压器的短路冲击和寿命老化做了十分全面深入的研究。1988年，日本日立公司利用特殊的快淬技术制造出铁基纳米软磁非晶合金，其铁基纳米非晶合金产品在整个非晶合金材料领域具有重要地位。时至今日，世界上非晶合金带材主要生产商为日立金属公司。1991年，全美国已有超过4万台非晶合金变压器运行。1992年印度批量生产三相非晶合金变压器,而且在政府的资助下,农网大力投入建设，如今的印度农网中五分之一的变压器为非晶合金变压器。1996年，美国成功研制出容量为2000kVA的非晶合金变压器。1999年及2000年，日本重新修订关于配电变压器的损耗标准，当时还有两项大奖均授于给了关于非晶合金变压器方面。如今，美国已有超过100万台非晶合金变压器在上网运行，同时还采取各种措施来进一步利用非晶合金变压器，据估计，非晶合金变压器占总电网配电变压器的20%。而日本新投入的配电变压器也约有20%为非晶合金变压器。1.2.2国内发展概况我国生产和加工非晶合金变压器发展起步时间较晚，上世纪80年代才刚刚开始研制，整个非晶合金带材行业从无到有，逐渐快速成长。1985年，上海变压器厂成功装配一台容量为30kVA非晶合金变压器，不过铁心仍然是国外引进的。1986年，上海与宁波两地的钢铁研究所及变压器厂合作，成功生产出国内第一台国产非晶合金配电变压器。九年后，几家变压器厂联合完成容量为500kVA、315kVA、200kVA及160kVA的6台样机，通过鉴定。2000年开始,国内生产非晶合金变压器的公司开始逐渐增多,产业链配套也在逐步齐全,生产技术水平有了很大的提高，2006年开始，国家出台相应政策，市场需求进一步提高，非晶合金变压器的年生产容量不断提高。如今，全国绝大多数省市都有使用非晶合金变压器，其中以江苏、上海、福建等发达省市应用数量最多，主要用于日负荷变化或季节性负荷较大的农网。然而，非晶合金变压器的应用比例仍较低。据统计，截至2007年，江苏省农网中非晶合金变压器的应用只占全省低压变压器的7.62%。随着国际能源紧张及低碳环保不断提高，国家电网公司近些年来在低压变压器招标中，非晶合金变压器的比例逐步提高。不仅如此，在新能源领域中，由于其超低空载损耗的优势，10kV及35kV电压等级的非晶合金变压器作为升压变压器开始应用。1.3题目研究方法非晶合金变压器近年来得到了大范围应用。非晶合金高效节能的优越性毋庸置疑，但又其物理结构不同，自身淬火后形成了硬，脆，易碎的物理特点，导致非晶合金变压器抗短路能力差，这又给电网可靠运行带来了极大挑战。国内外有关主要研究内容有（1）非晶合金变压器设计，主要采用场路结合的方法；（2）非晶合金变压器多物理场分析。1.4本文研究的主要内容本文的主要研究内容是以非晶合金配电变压器为对象，采用场路结合的方法，研究非晶合金变压器的特性，这将有助于提高非晶合金变压器的可靠性。在掌握非晶合金变压器工作原理的基础上，利用SolidWorks搭建非晶合金变压器模型，并采用ANSYS有限元分析软件对非晶合金变压器特性仿真。本论文一共分为四章，各章内容大致如下：第一章主要介绍非晶合金研究背景与意义，非晶合金配电变压器发展概况以及它目前所存在的问题。第二章主要介绍了非晶合金材料结构与性能，详细对比非晶合金材料与硅钢材料，以及介绍非晶合金变压器的结构特点，以及其与硅钢变压器的区别。第三章主要介绍了非晶合金变压器的尺寸参数，介绍了SolidWorks与ANSYSElectronicsDesktop2016下Maxwell3D组件进行的非晶合金变压器模型绘制与初步设定方法。第四章主要介绍了非晶合金变压器的空载、负载、短路特性。2非晶合金变压器的结构特点与性能概述2.1非晶合金材料简介2.1.1非晶合金结构与性能非晶合金——一种被誉为21世纪的“绿色材料”，是以铁、碳、硅、硼和钴等元素为原料，采用快速急冷凝固生产工艺，导致其物理状态表现为金属原子呈无序非晶体排列，也正因为它独特的物理状态使其更利于磁化和去磁。所以，将非晶合金用于变压器铁心，磁化过程变得相当容易，从而大幅度降低变压器的空载损耗。同时非晶合金薄带的生产过程比硅钢片的节省了几道工序，生产效率高，消耗能源较少，所耗能源低于硅钢片材料生产的四分之一，且不排放污染物。非晶合金主要含铁、硼、硅等元素，另外还含微量的镍和钴等其他金属元素，带材表面呈银灰色，具有金属色泽。非晶合金自动化生产流程如下图2-1。图2—1非晶合金的自动化生产流程示意图非晶合金可分为三大类，即铁基、铁镍基以及钴基非晶合金。其中用作变压器铁芯的非晶合金材料为铁基非晶合金，其成分报告包括铁、镍、、钴、锰等金属，同时还加入一定配比的硼、碳、硅等元素合成，具有良好的铁磁性。而在要求较高的中低频变压器中，则使用铁镍基非晶合金，因为它导磁率高，磁性却较弱。钴基非晶合金由于成本很高，其磁性较弱，但导磁率很好，一般只在军工设备使用。2.1.2非晶合金与硅钢对比由上述可知，非晶合金材料在工艺、原材料等方面与硅钢都不相同，使得非晶合金变压器与传统硅钢变压器在性能上也截然不同。非晶合金有以下几大优缺点：非晶合金材料维氏硬度达到900kgf/mm2，约为硅钢材料的五倍，抗拉强度是硅钢片的2倍，铁心剪切加工较困难。非晶合金对机械应力很敏感,很容易会影响其磁性。由于非晶合金脆性大，常温下切割容易使边缘变形、起层、破碎，适合高温流塑。与硅钢材料相比，非晶合金材料的磁致伸缩要高，因此非晶合金变压器噪声比硅钢变压器的要大。由于非晶合金没有晶格和晶界存在,因此,其磁化功率小,励磁特性以及单位损耗都低于硅钢材料，并具有良好的温度稳定性。非晶合金材料厚度薄，是硅钢片的1/10，所以其涡流损耗降低，而且其填充系数小，约为0.75～0.86，因此机械加工难度大。非晶合金带材与硅钢的主要物理性能对比如下表：表2-1非晶合金和冷轧硅钢性能指标比较性能指标冷轧硅钢非晶合金饱和磁感应强度T2.031.54矫顽力/A•m-1＞30＜4单位损耗/W•kg-11.20.18密度/g•cm-37.657.18硬度/hg•cm-2—860饱和磁致伸缩系数×10-61030最大磁导率＞10.000＞200.000厚度/mm0.30.0272.2非晶合金变压器简介2.2.1非晶合金变压器介绍非晶合金变压器是采用非晶合金材料制作成铁芯的变压器，其低空载损耗特性使得其节能效果十分优越，特别适用于日负荷变化或季节性负荷较大的发展中地区及农村电网。按电压等级、相数、调压方式、绝缘介质、铁心材质、特殊用途或特殊结构等分类方式可将非晶合金变压器分以下几类：表2-2非晶合金变压器的品种及型号品种系列型号相数电压等级/kV用途油浸无载配变SBH-15MSBH-15M•FSBH-16MDBH15-M三相三相三相单相10、20和20（10）351010城网、农网和企业用户风电场城网、农网城网、农网油浸有载配变SZBH15-M三相10终端用户、企业用户高燃点油浸配变SRBH15-M三相10城网、农网和防火要求高区域地下式变压器SBH-15M•DSBH-16M•D三相1010大桥、隧道大桥、隧道高燃点油浸地下式配变SRBH-15M•D三相10大桥、隧道干式变压器SCBH三相10户内、防火要求高区域组合式变压器ZGSBH15ZFSBH15ZGSBH16ZFSBH16ZGDBH15三相三相三相三相单相10、20和3510101010城网、农网城网、农网城网、农网城网、农网城网、农网高燃点油浸组合式配变ZGSRBH15三相10城网、农网和防火要求高区域预装式变电站YBW三相10城网、农网风电场专用预装式变电站YBF三相1035风电场风电场电力变压器型号组成是根据标准JB/T3837—1996《变压器类产品型号编制方法》来编制，以型号为SBH15-M-315/10的非晶合金变压器为例，其中“S”说明变压器为三相；“B”说明低压为箔式线圈，若此处无B则说明低压为线绕线圈；“H”则说明铁芯是由非晶合金材料制成；“15”是损耗水平代号；“M”说明此油浸式变压器油箱是密封式油箱；“315”说明额定容量为315kVA；“10”说明电压等级为10kV。2.2.2非晶合金变压器的结构特点电力变压器主要由铁芯、线圈、油箱、器身、保护装置等部件组成。与传统硅钢变压器相比，非晶合金变压器在结构上也有其特殊的方面，具体为以下几点：单相非晶合金变压器的铁心结构一般为“框”形；三相变压器的结构则由4个“框”合并成类似的三相五柱式结构，联结组别为Dyn11。与同容量的硅钢片变压器相比，铁心非晶合金铁心截面积要更大。非晶合金材料退火之后的脆性是设计制造时需关注的问题，需要采取一定的工艺措施。非晶合金变压器铁心截面为矩形，因此一、二次绕组均加工成带圆角矩形，从而提高了导线的利用率。非晶合金铁心的结构可分为五种铁芯，分别是单环式、叠片式、气隙分布式、叠环式和搭接式卷铁心。综合考虑到铁心强度、铁心和绕组的夹紧结构等因素，所以在一般情况下，铁心采用搭接式。2.3非晶合金变压器与传统硅钢变压器的区别非晶合金变压器在空载损耗、稳定性、机械应力敏感性、噪声水平等方面都与传统变压器有较大差别，具体如下：磁通密度。非晶合金的饱和磁通密度都比如今的高磁密硅钢片低，所以不得不降低工作磁通密度，因此存在变压器体积增大的缺点。容升特性。三相非晶合金变压器的铁心采用四框五柱式结构，且铁心截面积更大，又非晶合金变压器主绝缘结构距离小，因而其主电容比硅钢变压器的大得多。退火。由于非晶合金带材是在急剧冷却状态下成型的，存在严重的残余畸变，不能充分发挥低铁损特性，因此一定要对它进行消除应力的退火。机械应力敏感性。应力将影响其磁性能，所以在变压器结构设计时,需采取一些措施紧固，且避免采用以铁心作为主支承的结构设计方案。温度特性。非晶合金的磁特性随温度的变化比硅钢片还大。这是因为当磁通密度低于1.4T时，铁心损耗随温度增加而稍微增加，但当磁密高于1.4T时，铁损将随温度升高而大幅增加。不仅如此，励磁容量随温度升高变化也很敏感，磁通密度大于1.35T时，励磁容量随温度增加。2.4本章小结本章主要介绍硅钢材料和硅钢材料之间的差异，并详细比较了非晶合金变压器和非晶合金变压器的性能，详细介绍了非晶合金变压器的分类，结构特点等，为接下来的非晶合金变压器的特性分析建立理论基础。3非晶合金变压器的电磁设计及建模3.1电磁设计计算3.1.1设计流程在计算变压器电磁参数之前，在符合相关技术规定和要求下，制定电磁设计流程可以确定合适的变压器的电磁参数及铁芯、绕组等主要尺寸。而变压器电磁设计主要步骤一般分为以下几步：选择合适的铁芯结构及形式，计算并选择铁芯柱直径，最后算出铁芯截面积。（2）计算铁芯柱中的磁通密度以及每匝电压。计算低压线圈匝数，根据整数匝，然后再重算铁心柱的磁通密度及每匝电压，最后算出高压线圈匝数。（3）选择导线规格，绝缘半径及辐向尺寸。（4）根据线圈结构型式，计算线圈轴向高度。（5）计算电压，若大于允许值，返回到(4)。（6）计算变压器高、低压线圈的温升。若大于允许值，返回到(4)。（7）计算变压器的各种损耗，若大于允许值，返回到(2)。（8）若温度、铜损、铁损等损耗以及阻抗电压调整困难，很难同时满足，返回（1）。确定变压器技术要求确定变压器技术要求选择铁心结构及形式计算线圈额定电压、电流估算铁心尺寸估算铁心工作磁密求匝电势，高低压匝数估算线圈高度选择导线规格及高低压线圈形式估算线圈绝缘半径及辐向尺寸判断电压是否满足要求N判断P0，I0满足要求Y判断温升、总损耗满足要求Y结束NN图3-1变压器的电磁设计流程图3.1.2设计理论依据依照变压器的电磁设计流程，并根据相关公式对相关的理论加以阐述，为非晶合金变压器的优化设计提供理论支持，确保设计的准确与合理。相电压、相电流的计算非晶合金铁心变压器的联接组别一般为Dyn11，所以可得高压绕组U1=U1NI1=SN3低压绕组U2=U2N3I2=SN3式中：U1、U2——分别为高、低压侧相电压，V；I1、I2——分别为高、低压侧相电流，A；U1N、U2N——分别为高、低压侧相电压，V；SN——变压器额定容量，kVA。2、铁心尺寸的确定由于非晶合金变压器采用的是口字型成型铁心，而且其本身材质的特点决定了铁心截面只能做成矩形，所以利用非晶带材宽度和厚度来计算相关参数。铁心一般采用双排放置，大小两种铁心框，每种四只的方式。铁心尺寸可根据图3-2选择，也可根据设计需要进行定制，但最大片宽应尽量控制在217mm以下。图3-2非晶合金铁心截面、尺寸及重量3、低压匝数、每匝电压从变压器原理得U=4.44×f×N×Bm×SC故et=U1W1=4.44fB取f=50Hz，则可得et=BmSc式中et——每匝电压，V/匝；Bm——铁芯柱的磁密，T；Sc4、高压匝数的计算高压或中压绕组，一般会带有分接头，所以要对各分接头的匝数分别进行结算，其计算步骤如下：（1）先算出额定相电压及各分接位置时的相电压；（2）按下式求出高压（或中压）绕组最小分接位置时的匝数WDWn'=Unet各分接的匝数∆WG'=∆U式中：Wn'——高压匝数；根据分别减去,即可分别求出其他各分接相相对应的匝数。3.1.3变压器参数的计算选择SBH-M-315/10作为本文的变压器来进行分析。并根剧3.1.1节和3.1.2节来计算有关参数。1、确定三相非晶合金变压器铁芯为三相五柱式，根据计算及生产厂家得出铁芯参数，如图3-3所示，铁芯截面积为2、高压侧线电压10kV，低压侧线电压400V。高压相电压：U低压相电压：高压相电流：I低压侧相电流：I3、初选Bm'每匝电压et'=B低压匝数WD'取整后WW1上述式中：UN1——高压相电压，kV；SN3.2使用SolidWorks绘制模型本文使用ANSYS有限元仿真软件来分析非晶合金变压器的特性，然而ANSYS有限元仿真软件比较难绘制模型，因而改为使用操作方便，广受好评的SolidWorks，使用版本为2018版。3.2.1绘制零件本文非晶合金变压器零件绘制过程为：（1）利用各零件尺寸数据及各部件间几何关系绘制二维草图（2）通过拉伸、抽壳、圆角等操作将二维草图变成三维，最终完成零件绘制。非晶合金变压器的尺寸数据如下表：型号：SBH-M-315/10容量：315kVA联结组号为Dyn11单位：mm图3-3非晶合金变压器的电气参数长宽高铁芯/mm258.5376284铁芯小孔/mm62.5180284铁芯大孔/mm125180284低压绕组/mm217.75337170高压绕组/mm269.75389170表3-1非晶合金变压器的尺寸参数1、铁芯两个铁芯紧贴在一起，中间挖孔，单个铁芯截面积为，圆角为98mm。铁芯各视图如下图所示：上视：前视：上下二等角轴测：左视：图3-4铁芯2、高压绕组高压绕组厚度为21.5mm，外圆角半径为52.5mm，内圆角半径为31mm，高压绕组各视图如下图所示：上视：前视：

上下二等角轴测：左视：

图3-5高压绕组3、低压绕组低压绕组厚度为16.5mm，外圆角半径为26.5mm，内圆角半径为10mm，低压绕组各视图如下图所示：前视：上视：

上下二等角轴测：左视：图3-6低压绕组

3.2.2整体模型SolidWorks可利用其强大功能将各部件组合到一个整体模型，绘制非晶合金变压器模型时利用了以下几个功能：（1）利用拉伸、抽壳、圆角等操作实现绕组穿过铁芯孔。（2）利用各零件间的相对位置参数，使两绕组之间形成相对位置关系。需要注意模型外圈是高压绕组，内圈是低压绕组，内，外圈之间气隙间隔为4.5mm，低压绕组与铁芯间的间隙为10mm。整体模型的各视图如下图所示：前视：上视：

上下二等角轴测：左视：图3-7变压器整体3.3完成模型的电气参数设置SolidWorks仅能完成绘制模型的这一任务，模型的电气参数及约束条件设置还是需要在ANSYS有限元仿真软件下完成。只有仿真分析的必要参数设置都完成时，模型才算全部建立起来。本文所有分析都是电磁性质的，所以使用了ANSYS旗下的一个专用于电磁场仿真的产品ANSYSElectronicsDesktop，它包含了各种电磁场仿真器，更能方便设置和求解复杂的电磁场仿真设计。接下来介绍使用Maxwell3D进行各种特性分析下的统一设定，完成模型的初步建立。3.3.1导入装配体首先需要在启动ANSYSElectronicsDesktop后，执行Project/InsertMaxwell3DDesign命令建立一个新的三维分析工程文件，再在Modeler项目栏里点击Export,选择我们在Solidworks上刚刚建好的模型，最后导入完成。图3-8Maxwell3D中的电机模型图3.3.2材料设置接下来对各部件进行材料选定。材料表如下：表3-2各部件选材单元名称材料铁芯Material1高压绕组copper低压绕组copper表中除了铁芯属性需要自行设定以外，其它材料均取自Maxwell3D的系统材料库。高低压绕组均采用铜材料，铁芯材料为自订材料，录入相应的的电导率、B-H曲线以后，材料建立完成，如下图所示。图3-9铁芯材料参数完成各单元材料的选定后，将模型各单元的颜色加以修改，提高辨认度。建立求解域，使用Draw/Region功能，软件将生成一个包围整个装配体的求解域。至此，模型已初步建立完成。各特性分析下的进一步设定将会在第4章阐述。3.4本章小结本章给出了非晶合金变压器的尺寸参数，介绍了本文使用SolidWorks与ANSYSElectronicsDesktop2016下Maxwell3D组件进行的非晶合金变压器模型绘制与初步设定方法。模型共分为铁芯、高压绕组、低压绕组，对这3种零件进行绘制。将零件组装成整体模型后导入到Maxwell3D中，再对各零件单元进行选材，而且自订了铁芯材料，建立模型求解域。4非晶合金变压器特性分析本章将根据非晶合金变压器的不同特性分析的要求进一步完善模型，并使用ANSYSElectronicsDesktop2016的有限元计算功能，进行相应的特性分析。4.1空载特性4.1.1激励源的设定变压器是电压源，所以毫无疑问本文选择电压作为激励源。在瞬态场求解器中，需要设定绕组匝数，绕组电流或电压。这首先需要在线圈截面上进行设定，选中高压绕组及低压绕组，点击Modeler/Surface/Section，选择XZ平面，如下图所示。之后再点击Modeler/Boolean/SeparateBodies。这样每个部件有两个截面，选择其一删除即可。图4-1截面选择本文激励源截面情况如图4-2所示图4-2绕组激励源截面根据高压绕组与低压绕组电流反向的原则，对这些截面进行分相与激励源方向设定。激励源的方向如图4-3所示。图4-3激励源方向然后选中其中一个截面，点击Maxwell3D/AddWinding，在Parameters里Type选项里选择External，选择Stranded。如下图所示。每个截面都要添加绕组，命名，并将CoilTerminal添加进绕组。图4-4绕组设定由于非晶合金变压器的联结组号一般为Dyn11，所以我们需要引入外电路来实现绕组间连接，引入高压侧正弦电压源。点击Project，选择InsertMaxwellCircuitDesign。外电路高压电压源有效值为1023kV，频率为50Hz。三个电压源相角差为120度。设置绕组时，须将绕组名字写入绕组设置中，然后按照联结组号来连接。高压绕组内阻为1ohm，低压绕组内阻为0.1ohm。由于是空载，所以将低压侧电阻设为100000000ohm。最后将电压表、电流表连接进各线路中，命名，把接地装置外电路图完成。电压源、电阻参数设置图及电路图如下所示。图4-5外电路电压源设定图4-6外电路电阻设定图4-7外电路点击MaxwellCircuit，选择EmportNetlist，输出外电路图文件。随后，退出编辑外电路图，点击Maxwell3D/Excitations/ExternalCircuit/EditExternalCircuit，选择ImportCircuitNetlist。导入外电路图文件。至此为止，激励源的设定才算正式完成。

4.1.3仿真求解设置执行Maxwell2D/AnalysisSetup/AddSolutionsetup命令，自动弹出求解设置框，设置如下图：图4-8求解设置框设定

随后点击Validate，进行工程自检，准备进行仿真测试，当出现下图时即为设定无误，可以进行仿真。图4-9仿真测试最后点击AnalyzeAll进行仿真，等待软件计算完成。4.1.4仿真结果高压侧输入电压波形如下图所示，可以看到高压侧电压有效值为10kV，最大值为14.1kV。图4-10高压侧输入电压波形低压侧相电压波形如下图所示，可以看到低压侧相电压有效值为227V，最大值为320V。图4-11低压侧相电压波形气隙磁密分布图如下图所示，可以看到第二个铁芯部分磁密达到1.2T。图4-13气隙磁密分布4.2负载特性4.2.1电阻性负载外电路高压电压源有效值为(10√2)/√3kV，频率为50Hz。三个电压源相角差为120度。设置绕组时，须将绕组名字写入绕组设置中，然后按照联结组号来连接。高压绕组内阻为1ohm，低压绕组内阻为0.1ohm，将低压侧电阻设为10ohm。最后将电压表、电流表连接进各线路中，命名，把接地装置外电路图完成。电压源、电阻参数设置图及电路图如下所示。图4-14负载外电路低压绕组相电压有效值为227V，最大值为320V。图4-15低压绕组相电压低压绕组相电流有效值为22A，最大值为32A。图4-16低压绕组相电流高压绕组电压波形图4-17高压绕组电压波形4.2.2电感性负载外电路高压电压源有效值为(10√2)/√3kV，频率为50Hz。三个电压源相角差为120度。设置绕组时，须将绕组名字写入绕组设置中，然后按照联结组号来连接。高压绕