基于磁场分析的动车组主变压器参数计算及运行特性仿真分析

论文摘要

高速动车组主变压器是机车的核心部件之一,为了使设计出的变压器能够满足机车运行对其容量大、重量轻、体积小和损耗低等方面的要求,有必要对所设计的变压器进行基于有限元方法的磁场建模仿真分析,用数值的方法来计算变压器绕组磁场分布,进而计算绕组电感、阻抗等特性量,以确定所设计的变压器是否符合实际使用的需要。本文借助于有限元分析软件ANSYS,用静态磁标势法建立了动车组主变压器三维仿真模型。经过准确的结构建模、精确的有限元剖分、加载电流载荷等预处理步骤,最后求解出绕组及绕组之间的磁场能量。根据稳态时绕组能量与绕组电感之间的关系,计算出变压器绕组的电感矩阵;并给出了沿特殊路径下绕组和铁心的磁场强度分布。为求得两绕组之间的短路阻抗,在已知变压器绕组电感矩阵并忽略绕组电阻的基础上,通过电路等效的方法,将其简化为T型电路进行求解。另外,为了分析变压器空载合闸、绕组短路和负载稳定运行条件下绕组电流的变化情况,搭建了基于MATLAB/SIMULI- NK的变压器仿真电路模型。从电路仿真的结果来看,电流达到稳态时的幅值与理论计算值是比较吻合的;此外也可通过短路电流稳态值计算绕组之间的短路阻抗。与实验结果比较可知,本文采用的方法是切实可行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 高速动车组主变压器的特点
• 1.3 国内外牵引变压器研究现状
• 1.4 课题来源
• 1.5 本文主要内容及各章节安排
• 第二章 基于 ANSYS 软件的主变压器磁场分析
• 2.1 电磁场的基本理论及分析方法
• 2.1.1 电磁场基本理论
• 2.1.2 电磁场分析的基本方法
• 2.1.3 有限元法的基本原理
• 2.1.4 磁场分析的任务
• 2.2 ANSYS 软件介绍
• 2.3 变压器磁场分析建模
• 2.3.1 变压器结构
• 2.3.2 磁场模型
• 2.3.3 基于ANSYS 磁场分析步骤
• 2.4 磁场分析结果及讨论
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于磁场分析的变压器参数计算
• 3.1 电感矩阵
• 3.2 基于电感矩阵的短路电抗计算
• 3.2.1 一次绕组与牵引绕组1
• 3.2.2 一次绕组与牵引绕组2
• 3.2.3 一次绕组与辅助绕组
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于 MATLAB 的变压器特性仿真分析
• 4.1 基于受控源的解耦仿真电路
• 4.2 空载合闸
• 4.2.1 理论分析
• 4.2.2 仿真分析
• 4.3 突然短路
• 4.3.1 理论分析
• 4.3.2 仿真及结果
• 4.4 稳态运行
• 4.4.1 理论分析
• 4.4.2 仿真及结果
• 4.5 本章小结
• 第六章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A （就读硕士研究生期间发表的论文）
• 附录 B （就读硕士研究生期间参与的项目）