中频变压器绕组损耗有限元仿真计算方法.doc

摘要：随着我国经济实力的飞速发展，企业和人民所使用的工具对电的要求也是越来越严格。变压器是变电所和电力变换的重要枢纽，也在最近这些年内发展迅猛，变得越来越高科技。为了追赶上时代和科技的脚步，很多变压器制造商家一直致力于研发出更好的变压器模型及内部结构，不断提升它的功能。然而，为了提高变压器的容量，变压器的体积也变得越发庞大。把变压器在相同的时间内工作的次数提升时，能够让它的体型适当变小，但是变压器长期处于工作频率非常大的时候也会让绕组内产生更多的热量，进而消耗也变得非常大。所以，改变变压器内部绕组的分布情况并且控制工作频率高容量较大的变压器绕组内部发热而带来的能源损耗变得非常重要。为了解决这一问题，在理解了高频涡流条件下导体的集肤效应与临近效应，本文提出了利用绕组交叉换位技术改变绕组绕制结构来降低绕组损耗。同时，也研究了一系列参数的改变对变压器绕组损耗的影响。以此来提高变压器的工作效率。具体工作安排如下：

首先，介绍了中频变压器绕组损耗有限元仿真计算的研究背景，总结了目前国内外变压器的发展现状。

其次，介绍了有限元仿真软件Maxwell的操作，学习如何建立模型，以及一系列的设置。

再次，理解高频涡流条件下导体的集肤效应与临近效应对绕组损耗带来的影响，以及利用绕组交叉换位技术改变绕组绕制结构来降低绕组损耗。

最后，对涡流场下独立圆形导体的高频交流电阻进行仿真计算，研究绕组材料（铜、铝）、绕组厚度、电流频率对其电阻的影响；对中频变压器绕组损耗有限元仿真计算，研究绕组层数、绕组厚度、电流激励频率，绕组排布（绕组交叉换位技术）对其绕组损耗的影响。

关键词：变压器绕组损耗，Maxwell，集肤效应，邻近效应，绕组交叉换位技术

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论-1

1.1 本课题的研究背景及意义-1

1.2 国内外研究现状-1

1.3 本文主要研究内容-2

第2章 Ansoft Maxwell电磁有限元仿真软件-3

2.1 Ansoft Maxwell 电磁场分析软件简介-3

2.1.1  Ansoft Maxwell 2D电磁分析模块-3

2.1.2 Ansoft Maxwell 3D 电磁分析模块-3

2.2 Ansoft Maxwell 14 软件-3

2.2.1 Maxwell 2D 的模型绘制-3

2.2.2 Maxwell 2D 的边界条件和激励源-4

2.2.3 Maxwell 2D 的网格剖分和求解设置-6

2.2.4 Maxwell 2D 的结果查看-10

2.3 总结-11

第3章 高频交流电阻的产生机理-12

3.1集肤效应-12

3.1.1 理论-12

3.1.2 实例-12

3.2 邻近效应-13

3.2.1理论-13

3.2.2 实例-13

3.3 绕组交叉换位技术-14

3.4 总结-15

第4章 中频变压器绕组损耗有限元仿真计算-16

4.1 独立导体高频交流电阻有限元仿真计算-16

4.1.1 模型建立-16

4.1.2 仿真过程-16

4.1.3 仿真结果-19

4.1.4结果分析-20

4.2 中频变压器绕组损耗有限元仿真计算-21

4.2.1 模型建立-21

4.2.2 仿真过程-23

4.2.3仿真结果-25

4.2.4结果分析-29

4.3 总结-30

第5章 总结与展望-31

5.1 全文总结-31

5.2 未来展望-31

参考文献-32

致  谢-34