[发明专利]一种变压器铁心接缝磁致伸缩特性等效计算方法和装置

说明书

本发明提供一种变压器铁心接缝磁致伸缩特性等效计算方法和装置，基于材料等效的思想，基于磁致伸缩特性能量等效的方法，以一种近似接缝区磁特性和磁致伸缩特性的材料来等效接缝处的结构进行计算求解。首先，对包含铁心接缝区结构的叠片铁心模型进行二维磁场仿真，获得铁心模型的磁密分布。其次基于磁致伸缩特性能量等效的方法对铁心接缝区的模型材料进行等效，分别获得等效的磁化特性曲线及磁致伸缩曲线；然后建立三维铁心模型，并以等效材料属性对接缝区进行定义，计算三维磁场。最后根据磁场计算结果，求解铁心各位置的磁致伸缩力，从而为变压器铁心的振动噪声计算提供了可靠的数据基础。

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，具体涉及一种变压器铁心接缝磁致伸缩特性等效计算方法和装置。

背景技术

大型电力变压器的噪声主要是由于铁心振动产生的，铁心的振动是由于在交变磁场中硅钢片尺寸的变化，即磁致伸缩。随着硅钢片生产工艺的改进，硅钢片的磁致伸缩有了大幅降低，减小了变压器铁心的辐射噪声。进一步改善材料属性相对困难，因此通过改进铁心的叠片工艺以降低噪声成为了变压器制造商的重点研究方向。工程经验表明，不同的铁心接缝结构对于变压器铁心的噪声具有明显的影响，接缝级数的增多有助于降低噪声，但同时会导致制造困难。另外由于接缝处存在磁路方向的改变，磁场复杂，且材料具有各向异性，因此铁心接缝级数对噪声的量化影响难以准确计算。

在精确测量硅钢单片磁特性的基础上,首先通过磁路模型和数值计算模型对搭迭区的磁特性进行整体等效求解,得到了搭迭区的等效磁化曲线,然后将数值求解得到的磁化曲线应用到搭迭区局部振动的求解计算中,计算出搭迭区的局部振动,最后通过实验验证了将搭迭区进行磁等效后计算出的振动具有更高的精确度。

现有技术在对接缝区的等效，首先是将接缝区的磁导率设为不同的数值，对模型施加正弦电压源激励后参数化扫描求解不同磁导率下的电流，然后与接缝区计算模型中求解出的同一时刻下的电流进行比较从而确定出材料在不同磁通密度下的相对磁导率，最后根据算得的磁场强度和接缝区计算模型中的平均磁通密度算得接缝区的等效B-H曲线。这种方式对于接缝区的简化不能很好地体现实际的磁通分布，而且其模型处理对于仿真求解的收敛性也会有一定的影响。其确定的相对磁导率会存在偏差，同时对数值求解的准确性也会存在一定的误差。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种变压器铁心接缝磁致伸缩特性等效计算方法和装置，以为变压器铁心的振动噪声计算提供了可靠的数据基础。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种变压器铁心接缝磁致伸缩特性等效计算方法，包括：

对包含铁心接缝区域的叠片铁心模型进行二维磁场仿真，获得所述叠片铁心模型的磁密分布；

对铁心接缝区域进行材料等效，分别获得等效后的铁心接缝区域的磁化特性曲线及磁致伸缩曲线；

基于所述磁化特性曲线及磁致伸缩曲线对所述叠片铁心模型进行三维建模，以等效材料对所述铁心接缝区域进行定义，得到三维铁心模型；

采用瞬态非线性有限元分析方法计算所述三维铁心模型的三维磁场分布；

基于所述三维磁场分布建立磁力耦合方程，对所述磁力耦合方程求解得到铁心各位置的磁致伸缩力。

可选的，上述变压器铁心接缝磁致伸缩特性等效计算方法中，所述对包含铁心接缝区域的叠片铁心模型进行二维磁场仿真，获得所述叠片铁心模型的磁密分布，包括：

建立包含铁心接缝区域的二维铁心叠片模型；

建立硅钢片材料磁化特性曲线，通过材料性能测试可获得硅钢片的磁化特性；

将所述硅钢片的磁化特性作为所述二维铁心叠片模型的磁化特性，基于预设的边界条件对所述二维铁心叠片模型进行求解，获得铁心的磁密分布。