电力机车主变压器的三维漏磁场与夹板涡流损耗计算和优化.pdf

电力机车主变压器的三维漏磁场 与夹板涡流损耗计算和优化 许加柱 !， 罗隆福!， 李 季 !， 李 勇 !， 黄登威" （!#湖南大学电气与信息工程学院，湖南 长沙!"##$%$ "#株洲电力机车厂，湖南 株洲!"%##"） 摘要：建立了电力机车主变压器有限元模型， 分析了其三维漏磁场， 计算出了铁心夹板的涡流分布和涡流损 耗， 并对铁心夹板进行了优化。 关键词： 变压器； 漏磁场； 夹板； 涡流损耗 中图分类号：!"#$%文献标识码：4324508 23456 ?364;9 :;4324508<"?:） ，但它们存在如下问 题： （’） 在材料界面和导体表面强加边界条件不方 便； （%） 在不均匀介质中， 基于节点的有时不能准确 计算出/@磁场问题。 这些缺点可以通过边单元法来消除。边单元 （AB13 A83C324， 又称棱边元） 将自由度赋给棱边而 不是单元节点。矩形边单元和六面体边单元的矢量 基函数详细求解可参考文献-+.， 在此不再赘述。与 磁标势法和磁矢势法相比，边单元具有如下几个方 面的特点-D， ).： !形状函数切向分量的连续性与法向 分量的不连续性， 而基于节点的"?:法中矢量的笛 卡儿坐标系各分量是连续的。因此整个矢量是连续 的。 法向的不连续性在电磁场中经常遇到， 如电场强 度A的法向分量在不同介质分界面处剧烈变化。" 边单元法有利于奇异点处的建模。 这些特点使得边单元法能用于计算均匀介质和 非均匀介质两种类型电磁场，并且计算时间短。因 此， 本文漏磁场问题的研究采用边单元法。 !"!涡流损耗的边单元有限元计算方法 边单元法的特点使得边单元法能够很好地求解 变压器漏磁场。有安培环路定律和法拉第电磁感应 定律及库仑定律， 见式 （’）E式 （/） 。 第!"卷第#期 $%%； 安装方式： 车体下挂式。 图!变压器电磁结构 3(45 +<77(21 :"017"4-71"-, +,-./ :-.-#( :"-#7-. 图!夹板表面漏磁场分布图和漏磁场强度分布曲线 !"#$?6(-@-#( *"(,: -2: 0<7*-+( ,(-@-#( *"(,: :"017"4<1")2 "2 +,-./ ! 第!"卷 !"，很明显地了解到通过边单元法仿真得到的局部 涡流过大点与实际铁心夹板的局部过热点十分吻 合。其中夹板涡流损耗大部分产生在漏磁场最为严 重的区域。 !""铁心夹板的优化 在上节中，通过比较仿真结果和实际出现的局 部过热问题， 必须对原始的铁心夹板进行优化处理。 根据图#中的涡流分布，对铁心夹板进行局部开槽 处理。 在涡流密度最大外开槽， 开槽位置主要参考图$。 上下两对槽的中心分别位于#%# ;7 >?;@5 "9A"=>":;B "=9 >?;@5 9@B"9C A"=>":;B.0/GG 0 H ;B "=9 I?"> >?;J K"= 9L ML5 JL4.0/(%3*8()*’- 73’1*?#(@ A(3-+ (* =>(* B6>*80)6%36 )0 C)D6 7).)%)#(E3 !" #$%!9?@<ABC 4D:9E@D: %!&&*’C 4D? LIMINIA JO:9AP GD8HDI8 %!’&&!C 4D O<NQ >O>N>9A NIQ>O IR N:? ? OIMINIA @A:TOQ"#D> AD?>> Q9@:5:E> N:E9>A<M ROQ ? Q"#D> OI@@ :9Q AD> Q<@A?<T8AQQB M8??>9A <9 MO:NS IR MI?> :?> M:OM8O:A>Q"#D> MO:NS<9E !"#$% &’ ()*% &+ )!$&, -&.%/0 H35 D)6+8$!"#$%&’"()"* +)#,#-) (#-$)./0 &/)12* 314(5/$- 514.)* 6227 08"")$. 1’%% 收稿日期’’&&+)!’)!/ 作者简介’许加柱%!-*&)&!男!安徽来安县人!湖南大学电气与信息工程学院博士研究生!主要从事现代电器设备的 设计$优化及仿真研究!自耦补偿与谐波屏蔽换流变压器的研制及对应的高压直流输电新理论研究工作U 罗隆福%!-,’)&!男!湖南常德市人!湖南大学电气与信息工程学院教授!博士生导师!主要从事现代电器 装备新技术研究及其优化设计工作!高压直流输电新理论研究工作" 黄登威%!-,-)&!男!福建三明市人!株洲电力机车厂工程师!主要从事机车变压器的设计开发工作# !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 第!"卷第#期 $%%&年#月 BIFJKALI=4I ’()*!" +,-.,/0,1 2(*# $%%&