3-phasiger Zylindertransformator

Dreiphasiger zylindrischer Transformator

Transformatoren werden verwendet, um eine höhere Spannung in eine niedrigere, sicherere Spannung (oder umgekehrt) umzuwandeln, die Geräte und andere elektrische Geräte verwenden können. Die Spannung wird über Stromleitungen mit einer höheren Spannung gesendet, um den Stromverlust über das Netz zu begrenzen. Transformatoren können die Spannung entweder erhöhen oder verringern, ohne die Frequenz des Stroms oder die Leistung zu ändern, die über einen Magnetkreis zwischen den Wicklungen übertragen wird. Drehstromkreise sind am wirtschaftlichsten für die Übertragung und Verteilung von Wechselstrom.

Solidworks-Modell eines dreiphasigen zylindrischen Transformators

Das Solidworks-Modell eines dreiphasigen Zylindertransformators besteht aus einem Kern, drei Primärspulen und drei Sekundärspulen (siehe Abbildung 1).

Leerlaufsimulation eines dreiphasigen Zylindertransformators in EMS

Um den Kernverlust zu berechnen, wird eine Leerlaufsimulation eines dreiphasigen Zylindertransformators unter Verwendung einer Wechselstrommagnetstudie ("AC Magnetic") in Verbindung mit einer thermischen Analyse durchgeführt.

Kopplung an die thermische Analyse

In EMS folgt die thermische Analyse automatisch einer elektromagnetischen Analyse, sodass die Wärmequellen im Modell automatisch vorberechnet werden. Die thermische Analyse berechnet die Temperaturverteilung in Festkörpern aufgrund von Wärmeleitung. Abbildung 3 zeigt, wie die magnetische Wechselstromstudie mit der stationären thermischen Analyse gekoppelt wird.

Material

Das simulierte Modell besteht aus einem laminierten Stahlkern, drei Primärspulen, drei Sekundärspulen und Luft. Die Eigenschaften der Materialien sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
Die Kernverlustkurve von M36 ist in Abbildung 2 dargestellt.

Spulendefinition in einer Leerlaufsimulation

Der Leerlaufbetrieb eines Drehstromtransformators erfolgt durch Anlegen der Nennspannung an die Primärwicklungen und Offenhalten der Sekundärwicklungen. Da zwischen den Sekundärwicklungen keine Last angeschlossen ist, werden die drei Spulen der Sekundärwicklung des Transformators als Vollspulen mit 0 Ampere als Netto - Effektivstrom modelliert, während die drei Primärspulen als gewickelte Spulen mit 250 A - Windungen (50 A) modelliert werden Windungen, 5A) und jede unterscheidet sich von der anderen um 120 Zeitgrade in der Phase. Der Spulendrahtdurchmesser wurde sowohl für Primär- als auch für Sekundärspulen auf 19 AWG eingestellt.

Thermische Eingabegrößen

Konvektion ist der Wärmeübertragungsmodus, bei dem Wärme zwischen einer festen Fläche und einem benachbarten sich bewegenden Fluid (oder Gas) übertragen wird. In EMS erhalten alle Luftkomponenten eine Konvektionsgrenzbedingung.

Simulationsergebnisse

In einer magnetischen Wechselstromstudie berechnet EMS Induktivität, Widerstand, Impedanz, Kopplungskoeffizient, Strom, induzierte Spannung, Flusskopplung, Streuinduktivität, Strom, induzierte Spannung, Wicklungsverlust, Kernverlust und Energie.
Der Wirbelverlust, der Hystereseverlust, der Überschussverlust und der Kernverlust im Kern des Transformators werden von EMS in einer Leerlaufsimulation berechnet und in Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 3 - Ergebnistabelle in EMS

3D-Felder, die durch magnetische Wechselstromstudien in Verbindung mit thermischen Analysen erzeugt wurden

In den Abbildungen 4, 5, 6, 7 und 8 sind die Magnetflussdichte im Transformator, die Magnetfeldstärke, der Kernverlust, die Temperatur und die von EMS in der Leerlaufsimulation erzeugten Wärmefluss-3D-Diagramme angegeben.

Abbildung 4 - Magnetische Flussdichte im Transformator




Abbildung 5 - Intensität des magnetischen Flusses im Transformator




Abbildung 6 - Kernverlust



Abbildung 7 - Temperatur




Abbildung 8 - Wärmefluss

Fazit

In diesem Artikel wird eine elektromagnetische Studie in Verbindung mit einer stationären thermischen Analyse eines dreiphasigen Zylindertransformatormodells durchgeführt. Die angelegte Stromdichte in jeder Spule, die Magnetflussdichte, die Magnetfeldstärke, die angelegte Stromdichte, die resultierende Wirbelstromverteilung, der Wicklungsverlust, die Temperatur, der Wärmefluss und andere von EMS berechnete elektromagnetische Parameter werden dargestellt.