2.2 结果分析
首先反查网格、输入的正确与否,见如下图(7)、图(8)、图(9)所示,结果可用。漏磁场、电动力密度分布如图(10)、图(11)所示。铁芯材料饱和磁感应强度1.95T,可见t=0s时刻,对应于A相电流最大,A相芯柱已达饱和,A相高低压线圈间漏磁最大,漏磁云图如图(12)所示,辐向漏磁和轴向漏磁分别如图(13)、图(14)所示。类似的可以分析其它时刻另外B/C两柱的饱和情况与理论相符。轴向和辐向漏磁的仿真设置步骤如下图(15)、图(16)、图(17)所示。具体步骤如下:打开Caculator场计算器,Input一栏选择Quantity,然后选择磁感应强度B,接着在Vector栏选择Scal?,分别选择ScalarX(辐向磁感应强度分量)、ScalarY(轴向磁感应强度分量),并分别写出辐向磁感应强度分量表达式,存为Named Expression 表达式,给出一个名称例如Bx即可进行输出。同样地方法,可以输出轴向磁感应强度。
图(7) 网格划分
图(8)高压侧输入电流
图(9)低压侧输入电流
图(10)t=0s时刻磁感应强度分布
图(11)t=0s时刻电磁力密度
图(12)幅值磁感应强度 图(13)辐向磁感应强度 图(14)轴向磁感应强度
图(15) 求取磁感应矢量x(辐向)分量
图(16) 求取磁感应矢量x(辐向)分量
图(17) 输出辐向磁感应强度
2.3 定性分析与仿真对比
在Eddycurrent求解器中,可以输出窗口内漏磁场的辐向磁感应强度、轴向磁感应强度随着空间的变化情况如下图(18)、图(19)所示。图(18)、图(19)是在原副边的窗口内画一条线(如图(20)所示红色线框内的蓝色线条)线上取出的磁感应强度值。图(18)可看出辐向磁感应强度两端大中间小。图(19)可看出轴向磁感应强度两端小中间大。定性分析以绕组中心点展开,根据安匝定律,轴向与辐向磁感应强度大小变化与仿真一致。从图(18)可看出,辐向磁感应强度较小,可见横向漏磁较小。从图(19)可看出,轴向磁感应强度较大,可从设计的角度进行适当优化设计。
图(18) 输出辐向磁感应强度
图(19) 输出轴向磁感应强度
图(20) 原副边绕组中间的磁感应强度取值线条
3 Mechanical抗短路能力校核
辐向力对内绕组是向内的压力(压缩应力),对外绕组是向外的张力(拉应力)。辐向力的故障模式结合向内和向外的力不同,向外的拉应力以导线材料的弹性极限判断,向内的压缩力取决于材料的弹性模量和几何结构。轴向力作用下绕组的故障类型有几类,需要结合产品设计采用相应的判据。如上文所述,电磁分析可以获得空间和时间域内的电动力分布,仿真流程上,Maxwell和Mechanical在Workbench下耦合如图(21)所示。耦合方式相同.Mechanical 仿真获得形变云图、最大应力点等物理量,判据上结合动稳定和热稳定进行相应的分析和判断。
图(21)ANSYS Workbench平台
图(22)导入电磁力
图(23)高压线圈向外鼓趋势
图(24)低压线圈向内凹趋势
根据计算,低压绕组最大应力出现在最外圈的上端,为30kg/cm^2,高压绕组的最大应力出现在最内圈的下端,最大应力为87kg/cm^2,高压绕组轴向力为250N,低压绕组轴向力为3707N,均满足此次设计要求。
4 总结
本文通过三维仿真求得了电动力密度的分布。并通过二维漏磁场的仿真获得了轴向和辐向磁感应强度分布。仿真结论和定性分析相吻合,借此设计工程师可以参考漏磁场改善设计,进一步提升设计的可靠性。
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