三相変圧器

変圧器に関する一般論

変圧器 (図 1) は、電磁誘導によって 2 つ以上の回路間で電気エネルギーを伝達する電気デバイスです。電磁誘導は、時間変化する磁場にさらされる導体内に起電力を生成します。変圧器は、電力アプリケーションで交流電圧を増減するために使用されます。

図1 - 電源トランス

実際に動作している変圧器では、さまざまな種類の損失が発生します
まとめて磁化電流損失と呼ばれるコア損失は、次のもので構成されます。

ファラデーの誘導変圧器の法則により、EMF は時間に対する磁束の導関数に従って変化します。理想的な変圧器のコアは、ゼロ以外の周波数に対して時間に対して線形に動作します。実際の変圧器のコアの磁束は、瞬間的な磁束が有限の線形範囲を超えて増加すると、磁化電流に関連して非線形に動作し、その結果、ますます大きな磁化電流に関連する磁気飽和が発生し、最終的に変圧器の過熱につながります。

EMSを使用して変圧器の 3D モデルをシミュレートすると、産業界はこれらの損失を減らし、変圧器の効率と寿命を延ばすことができます。

説明

ここに示す例は、三相変圧器です (図 3)。各相の一次コイルは、それぞれ (300 ターン、1 A/ターン、0 度)、(300 ターン、1 A/ターン、120 度)、および (300 ターン、1 A/ターン、240 度) によって特徴付けられます。 .二次巻線が短絡しています。巻線は銅製で、コアは損失のある積層鋼で構成されています。 EMS では、スタインメッツ (PB) 曲線をインポートするか、スタインメッツ損失関数の係数を選択することによって、コア損失を指定できます。この例では、AC 磁気シミュレーションが実行されるため、Steinmetz (PB) 曲線のインポートが考慮されます。

図 3 -変圧器の 3D モデル

スタディ

熱解析と組み合わせた EMS の AC 磁気モジュールは、磁場と熱の結果を計算して視覚化するために使用されます。これらのフィールドは通常、電流または電圧のサージによって発生します。このタイプの分析には、線形または非線形があります。また、渦電流、電力損失、磁力にも対処します。 EMS で AC 磁気スタディと熱解析の結合を作成した後、次の 4 つの重要な手順に従う必要があります。 - モデル全体をメッシュ化し、4- ソルバーを実行します。

材料

EMS の AC 磁気解析では、材料のすべての特性が必要です (表 1)。

図 4 -コアの材料特性

電磁入力

この研究では、3 つの一次コイルと 3 つの二次コイル (表 2) が適用されます。 AWG は EMS コイル定義で指定されています。この場合は 38.06150 で、コイルの線径は 0.10001348 mm です。

名前	ターン数	マグニチュード	位相
Wound Coil 1 (primary)	300	1A	0
Wound Coil 2 (primary)	300	1A	120度
Wound Coil 3 (primary)	300	1A	240度
Wound Coil 1 (secondary)	300	0A	0
Wound Coil 2 (secondary)	300	0A	120度
Wound Coil 3 (secondary)	300	0A	240度

表 2 -コイル情報

熱入力

すべての空気体を対流入力として追加する必要があります

メッシング

メッシングは、設計解析において非常に重要なステップです。 EMS は、モデルの体積、表面積、およびその他の幾何学的詳細を考慮して、モデルの全体的な要素サイズを推定します。生成されるメッシュのサイズ (節点と要素の数) は、モデルのジオメトリと寸法、要素サイズ、メッシュ許容値、およびメッシュ コントロールによって異なります。おおよその結果で十分な設計解析の初期位相では、解析を高速化するために、より大きな要素サイズを指定できます。より正確な解を得るには、より小さい要素サイズが必要になる場合があります。

図 5 -メッシュ モデル

結果

この例のシミュレーションを実行すると、多くの結果が得られます。熱解析と組み合わせた AC 磁気モジュールは、磁束密度 (図 6、7)、磁場強度、印加電流密度 (図 8)、力密度、損失密度 (図 9、10)、および結果表を生成します。モデルの計算されたパラメータ (インダクタンス、電流、誘導電圧、損失など) (表 1)、電磁力が含まれています。電磁気の結果に加えて、温度 (図 11)、温度勾配、熱流束 (図 12) などの熱の結果も得られます。

結果の表 (表 1) では、6 つのコイルの誘導電圧を見つけることができます。

図 6 -結果表

EMS は、多くの種類のプロットの可能性を提供します。以下では、磁束密度のフリンジとベクトル プロットを観察できます。

図 8 -変圧器のコアの磁束密度、位相 0 度



図 9 -印加電流密度、位相 0 度



図 10 -一次コイルの巻線損失、ラインプロット



図 11 -ヒステリシス損失



図 12 -変圧器内の温度



図 13 -熱流束

結論