三相円筒変圧器

三相円筒変圧器

変圧器は、電化製品やその他の電気機器が使用できるように、高電圧をより安全な低電圧 (またはその逆) に変換するために使用されます。電圧は、グリッド全体の電力損失を制限するために、より高い電圧で電力線に送信されます。変圧器は、電流の周波数や磁気回路を介して巻線間で転送される電力量を変更することなく、電圧を増減できます。三相回路は、AC 電力の送電と配電に最も経済的です。

三相円筒変圧器の Solid works モデル

図 1 に示すように、3 相円筒形変圧器の Solid Works モデルは、コア、3 つの一次コイル、および 3 つの二次コイルで構成されます。

EMS における 3 相円筒形変圧器の開回路シミュレーション

コア損失を計算するために、熱解析と組み合わせた AC 磁気スタディを使用して、3 相円筒形変圧器の開回路シミュレーションが実行されます。

熱分析への結合

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。熱解析は、伝導による固体の温度分布を計算します。図 3 は、AC 磁気スタディを定常熱解析に結合する方法を示しています。

材料

シミュレートされたモデルは、積層鋼コア、3 つの一次コイル、3 つの二次コイル、および空気で構成されています。材料の特性を表 1 にまとめます。
M36 のコア損失曲線を図 2 に示します。

開回路シミュレーションでのコイル定義

三相変圧器の開回路動作は、一次巻線に定格電圧を印加し、二次巻線を開いたままにすることによって実行されます。 2 次巻線には負荷が接続されていないため、トランスの 2 次側の 3 つのコイルは正味 RMS 電流として 0 アンペアのソリッド コイルとしてモデル化され、3 つの 1 次コイルは 250 A ターン (50ターン、5A) であり、それぞれの位相は 120 時間度ずつ異なります。一次コイルと二次コイルの両方のコイル線径は、19 AWG に設定されました。

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、すべての空気コンポーネントに対流境界条件が与えられます。

シミュレーション結果

AC 磁気スタディでは、EMS はインダクタンス、抵抗、インピーダンス、結合係数、電流、誘導電圧、鎖交磁束、漏れインダクタンス、電流、誘導電圧、巻線損失、コア損失、およびエネルギーを計算します。
トランスのコアの渦損失、ヒステリシス損失、過剰損失、およびコア損失は、開回路シミュレーションで EMS によって計算され、図 3 に示されています。

図 3 - EMS の結果テーブル

熱解析に結合された AC 磁気スタディによって生成された 3D フィールド

開回路シミュレーションで EMS によって生成された変圧器の磁束密度、磁場強度、コア損失、および温度の 3D プロットは、それぞれ図 4、5、6、および 7 に示されています。

図4 -変圧器の磁束密度




図5 -変圧器内の磁場強度




図 6 -コア損失



図 7 -温度

結論

この記事では、三相円筒形変圧器モデルの定常状態熱解析と組み合わせた電磁研究が実行されます。各コイルの印加電流密度、磁束密度、磁場強度、印加電流密度、結果として生じる渦電流分布、巻線損失、温度、熱流束、および EMS によって計算されたその他の電磁パラメータが表示されます。