电力机车牵引变压器多物理场分析

论文摘要

随着轨道交通技术的飞速发展,电力机车的速度越来越快,使得铁路运输的优势十分明显。我国人多地少,发展铁路运输有着十分重要的意义。车载牵引供电系统是电力机车中核心装备之一,其中牵引变压器又是牵引供电系统的核心部件之一,其运行质量直接关系到铁路运输的安全畅通。电力机车牵引变压器是高漏抗、多绕组、单相供电变压器,它的运行原理和普通变压器相同。牵引变压器的工作条件特殊,在运行中会受到振动,空间尺寸和重量受到限制,当副边绕组发生短路故障时各绕组承受相当大的短路作用力。由于牵引变压器的特殊性,对其做多物理场分析显得尤为重要。本论文内容主要分为三个部分。第一部分仅包括第一章,介绍了电气化铁路的发展概况,阐述了我国电力机车的发展史,给出了电力牵引变压器的特殊性及其研究意义。第二部分包括第二章和第三章,其中第二章介绍了有限元分析方法,并根据实际尺寸建立了牵引变压器有限元模型。第三章首先介绍了几种短路阻抗的计算方法,然后计算了牵引变压器的复合短路阻抗。第三部分包括第四章和第五章。第四章首先分析了牵引变压器的漏磁场分布,在此基础上对变压器拉杆、油箱和绕组的温度场进行仿真分析。第五章对牵引变压器的电动力进行了仿真分析。根据仿真结果,对电力机车牵引变压器的设计提出了改进意见。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电气化铁路的发展概况
• 1.2 我国电力机车的发展概述
• 1.2.1 电力机车简介
• 1.2.2 电力机车的优点
• 1.2.3 我国电力机车的发展史
• 1.3 电力机车牵引变压器的发展方向
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第2章 电磁场基本理论和牵引变压器模型的建立
• 2.1 电磁场基本理论
• 2.1.1 麦克斯韦方程组
• 2.1.2 电磁场常见边界条件
• 2.2 有限元模拟技术
• 2.2.1 有限元常用术语
• 2.2.2 有限元分析基本步骤
• 2.2.3 ANSYS有限元分析方法简介
• 2.3 有限元模型的建立
• 2.4 本章小结
• 第3章 电力机车牵引变压器短路阻抗计算
• 3.1 短路阻抗及其计算方法
• 3.1.1 场路耦合法短路阻抗计算
• 3.1.2 基于能量法的短路阻抗计算
• 3.1.3 磁路法短路阻抗计算
• 3.2 复合短路阻抗的计算
• 3.3 本章小结
• 第4章 牵引变压器涡流损耗计算及温度场分析
• 4.1 漏磁场分布
• 4.1.1 变压器漏磁场产生的原因
• 4.1.2 主磁通和漏磁通的分布
• 4.2 温度场分析
• 4.2.1 热传递的方式
• 4.2.2 变压器的热效应
• 4.2.3 对流换热系数的计算
• 4.3 变压器拉杆涡流场和温度场仿真分析
• 4.4 油箱涡流损耗和温度场分析
• 4.4.1 油箱涡流损耗计算
• 4.4.2 油箱温度场分布计算
• 4.5 绕组温度场分析计算
• 4.6 本章小结
• 第5章 牵引变压器绕组电动力分析
• 5.1 绕组电动力计算原理
• 5.2 牵引变压器绕组电动力的计算
• 5.3 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录