基于ANSYS耦合场分析的电器装置温度场仿真

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1、·研究与分析·低压电器(2010N02)基于ANSYS耦合场分析的电器装置温度场仿真米丁斌，杨宁，王志萍(上海电力学院电力系统及自动化学院，上海200090)摘要：ANSYS有限元软件提供的多物理场耦合求解方法能够有效地运用于电器装置的温度场仿真分析。详细地描述了利用ANSYS／MuhiPhysics进行涡流场一气流场一温丁斌(1973～)，度场耦合分析的关键过程，并以8000A高压封闭母线的温升计算为例，验证了仿真结女，讲师，研究方向果与试验数据非常接近，误差小于1．6oC。为仪器仪表及自动关

2、键词：电涡流；流场；温度场；耦合场分析；电器装置化技术、CAD／CAE中图分类号：TM502文献标识码：A文章编号：1001-5531(2010)02-0009-04仿真技术。ThermalFieldSimulationofElectricalApparatusBasedonANSYSCoupledFieldAnalysisDINGBin，YANGNing，WANGZhiping(SchoolofPowerSystemandAutomation，ShanghaiUniversityofElect

3、ricPower，Shanghai200090，China)Abstract：Themuhiphysicscoupledfieldanalysismethodcanbeeffectivelyusedforthesimulationoftemper—aturefieldofelectricalapparatus．Thekeyprocedureofcoupledmagneto—fluid—thermalfieldanalysisinANSYS／MuhiPhysicsprogramwasdescrib

4、edindetails．Takingthetemperatureriseofan8000Ahighvoltageenclosedbusbarasanexample．thesimulationresultwasclosetotheexperimentaldatawiththeerrorlessthan1．6℃．Keywords：eddycurrent；fluidfield；thermalfield；coupledfieldanalysis；electricalapparatus0引言1多物理场耦合

5、分析的基本流程温升是考验电气设备长期稳定运行的一个关在ANSYS软件中，耦合场分析分为直接耦合键参数。在进行温升的仿真计算时，需要综合考和间接耦合两种模式J。直接耦合是指用于有虑工频电流的电涡流和集肤效应，从而更为准确限元求解的单元(Element)中直接综合了两种物地计算发热源；另一方面从散热的角度看，复杂的理场的数理方程，一次求解得到两种场的结果。设备构造往往导致解析计算公式中对流散热系数而间接耦合(又称顺序耦合)是先利用一种单元难以准确计算，这些都为电气设备设计阶段准确进行第一种物理场(如

6、磁场／涡流场)的分析，以计算温升带来了困难1-2]。ANSYS有限元软件提第一种物理场的结果作为输入和载荷，然后采用供的多物理场耦合求解方法，能够有效地运用于另一种单元进行第二种物理场(如温度场)的分析。在顺序耦合中，不同分析所采用的单元类型电器装置的温度场仿真分析。本文详细地描不同，但两种单元应该具有相同的节点组成和形述了利用ANSYS进行涡流场一气流场一温度场状函数。耦合分析的关键过程，以供有兴趣的相关工程技图1描述了涡流场一气流场一温度场耦合分术人员参考。杨宁(1976一)，男，副教授，研

7、究方向为信息融合和状态检测。王志萍(1971m)，女，副教授，研究方向为工业自动化、自动控制理论。基金项目：上海市科委科技攻关项目(08240512000)一9一低压电器(2010No2)·研究与分析·VOLT自由度一般用于电流激励的块状导体区域；AZ+CURR自由度一般用于电压型线圈；AZ+CURR+EMF自由度一般用于电路系统和电磁场的耦合分析。INFIN110单元是专门用于处理I塑!堑t二维开域问题边界条件的远场单元，它总是包围在二维磁单元(如PLANE53)或二维热单元(如tPLANE7

8、7)的外围，以设置这些磁单元或热单元的自由度在无限远处为0。INFIN110单元的自由±度有3种类型：AZ、VOLT、TEMP(温度)。输出结果在二维涡流场求解中，空气和非导电体材料图1涡流场一气流场一温度场区域用Az自由度选项，对于需要求解涡流的导耦合分析基本流程图电体区域仍然采用AZ自由度，只是该区域需要赋予电阻率材料属性，比如用命令(MP，RSVX，析的基本流程。气流场一温度场之间的耦合属于2，rsvCond2)给材料2赋予电阻率rsvCond2。对直接耦合，它是计算共轭传热问题的标准方法