単相変圧器

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単相変圧器

このアプリケーション ノートでは、EMS を使用して単相変圧器を調査します。熱ソルバーに結合された EMS の AC 磁気モジュールは、磁場、コアロス、過剰損失、ヒステリシス損失、渦損失、および調査対象の変圧器の温度変化を含む電磁損失を計算および生成するために使用されます。

単相変圧器の SOLIDWORKS モデル

熱分析への結合

熱解析は、固体内の伝導によるボディ内の温度分布を計算します。対流境界条件を使用して、モデルの末端で熱流束に何が起こるかを定義できます。

EMS では、モデル内の熱源が自動的に事前計算されるように、熱解析は電磁解析に自動的に従います。

材料

シミュレートされたモデルは、積層鉄心、内側コイル、外側コイル、および空気で構成されています。材料特性を表 1 にまとめます。コア材料のコアロス PB 曲線を図 2 に示します。

一次/二次巻線 - 開回路ケース

このシミュレーションでは、内側と外側のコイルは巻きコイルとしてモデル化されています。一次巻線は電流駆動コイルで、入力電流は 10*300 A ターンです。トランスの二次側は 600 ターンの開回路巻線で構成されています。動作周波数は60Hzです。

熱入力

対流は、固体面と隣接する移動流体 (または気体) の間で熱が移動する熱伝達モードです。 EMS では、すべての空気体 (Outer Air、Inner Air、Coils Air) に対流境界条件が適用されます。
対流係数は 10 W/(m2 *k) に設定され、バルク周囲温度は 300 ケルビンに設定されました。

メッシュ

メッシュ要素の総数を増やさずに高い精度を達成するには、大きな変動が予想される領域にメッシュ コントロールを適用することをお勧めします。図 3 は、結果のメッシュを示しています。

シミュレーションと結果 - 開回路状態

EMS は、磁場、EM 損失、電流、電圧、インダクタンスおよび抵抗マトリックスなどを含むいくつかの出力データを計算および生成することを可能にし、さまざまなタイプの変圧器の設計および最適化を可能にします。図4にトランスコアの磁束密度を示します。最大の磁場は、変圧器の中央の脚に沿って位置しています。 2.1Tに達します。両側レグのフラックスは 1T から 1.7T の範囲です。磁場ベクトル プロットの断面図を図 5 に示します。

コアロスの結果密度は図 7 にプロットされていますが、コアロスの集中結果は約 8.9kW です。主にヒステリシスと渦損失が含まれます。鉄損と巻線損の両方が、ジュール効果によるトランスの熱源です。図 8 は、単相変圧器で生成された温度結果を示しています。最大定常温度は約これは主にコアロスが原因です。変圧器の断面図は、変圧器コア内の温度を示しています。最高温度は、変圧器の中脚にあります。

図 7 -コアロス密度


図 7 -変圧器の温度結果


図 7 -温度結果の断面図

結論

EMS を使用して、熱解析と組み合わせた AC 磁気研究は、単相変圧器に関連するさまざまな結果の研究と計算に役立ちました。磁場、EM損失、巻線パラメータ、温度が計算され、開回路状態で生成されます。さらに、EMS では、短絡、負荷 (抵抗負荷、容量負荷、誘導負荷)、複数の接続タイプなど、さまざまな条件下で変圧器をシミュレートできます。