研究牵引变压器漏磁场的损失

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1、研究牵引变压器漏磁场的损失ZengLinsuo,XingWei沈阳理工大学、沈阳、辽宁,2011年，中国摘要——随着电气化铁路的快速发展，安全操作供电系统直接关系到其运行的可靠性。电气化铁路的主要设备牵引供电系统，牵引变压器的可靠性直接相关整个供电系统的安全。对牵引变压器、负序电流等主要因素进行了研究。变压器切换的过程中，电磁问题尤为突出。本文旨在研究特殊的瞬态响应过程牵引变压器结构。主耍的研究内容为分析了磁场电路耦合方法屮牵引变压器的磁场分布。此外，在这篇文章中，介绍了当而牵引变压器核心领域和其他结构部分将

2、研究与冇限元法(FEM)。在此研究基础上，本文也研究了核心的损失分布和结构部件对电磁设计以及变压器经济运行的重要意义。1.概述变压器的漏磁场与变压器的电磁设计是密切相关，更强的泄漏磁场会产生越大变压器的容量。额外的漏磁场和当地的损失过热的问题是非常严重的，它对于变压器的操作有一个稳定的负面影响。如果变压器设计不当，它会引起变压器局部过热并月•破坏热性能，最终导致绝缘材料热老化和击穿。一般来说，变压器的工作状态可以分为稳态和憐态。稳定的运行状态指的是对称和不对称的正常运行操作。瞬态操作是指变压器无载切换或短期突

3、然变化。类似地，漏磁场分为稳态漏磁场和瞬态漏磁场。当电力系统屮为短电路时，漏磁场的暂态短路电流可能产牛巨大的机械力。这种机械力可能对于绝缘材料和机械结构产牛致命的威胁。上述两个方而的漏磁场稳态和瞬态电流的综合分析就是为了减少漏磁场的彩响。在本文中，牵引变压器空载憐态过程将被研究。目前，磁场和功率的损失是深入分析的重点，许多人都提出过有效的方法來减少损失。然而,机车牵引变压器由于其特殊结构，它的却损失很少被研究。牵引负荷和频繁的外部短路的特性会使牵引变压器的彻底改变。机车牵引变压器是牵引变电所的核心,所以牵引变

4、压器的磁场和涡流损耗在电磁设计和变压器的稳定运行中起着非常重要的作用。用三维计算变压器涡流损耗QFP-10160/25冇限元方法来牵引变压器。在一个已知的电压源的情况下，建立了变压器磁场电路耦合模型研究变压器三维非线性磁场分布的瞬态场。基于变压器铁心的计算和结构损失的分布，来发现位于变压器中最大的部分损失，对变压器的操作很重要。2.机车牵引变压器变压器的结构和工作原理a.变压器的工作原理目前,常用的V/V连接牵引变压器接线方式［2］。见图1,两个相等的单相变压器T1和能力T2共享一个核心。T1变压器一次侧连接

5、交流电压电网,T2变压器一次侧连接到公元丽网格线电压。牵引的c方面变压器二次侧是公共终端。a面和它延仲出的线路在变压器供电。V/V连接能力的优势是利用率可以达到100%。在正常操作的变压器三相的二次侧，提供三相负载牵引变电所的电能和位置。此外，变压器主要有相对简单的布线,设备少，投资少而且负面序列的影响非常小。它述可以捉供双边供电。它的主要缺点是当一个牵引变压器故障时，另一个必须在整个阶段提供电源，是指变压器必须为两侧线路的供电牵引网络负载。主要设备运行的不同方式需要一个转换的过程，在供电中会产生故障,将对变

6、压器的安全产生很大的影响。在开关过程中变电站三相电源会被切断，这一点会影响操作安全。图1b.牵引变压器的几何和冇限元分析模型要考虑到对称性和简化计算，本文使用了一半的牵引变压器模型。如图2所示，变压器绕组分为高压绕组，牵引绕组和供电绕组。连续的图层样式是绕组的方法的各种类型。每个绕组四层。铁芯的网格模型和空气袋在图3中。在变压器的磁场进行模拟和计算，假设如下：(1)忽略位移电流的影响的变压器的磁场属于似稳磁场。(2)忽略很高谐波电流密度。图2图32.变圧器磁场仿真牵引的数学模型A间接磁场电路耦合方法以及.磁场

7、方程和电路方程对于电路组成的单冋路系统的电磁设备的电磁场屮的间接磁场电路耦合计算方法。在此同时，电路中通过的电流也可以计算电压源［3］。电路变压器的磁场电路耦合模型如所示图4。每个循环图代表一个单相变压器。变压器的二次侧是一个开路状态。如图4。图4模拟电路电路方程、电压励磁电源和当前是一个未知的变量。方程如下：--diu-iR+L—+edt方程1在方程公式⑴中,U和i分别代表电源电压和电流,R和L分别电阻和电感;e是感应励磁线圈的电动势。至于电流场方程满足解决问题的区间，可以依靠更换磁的大小方向的轴向分量矢量

8、。dxdxdyfdy^dts?:叫dA.6A.■dn方程2和方程3涡流场的皮肤效应从方程2屮看出，可以忽略。认为电流密度是均匀的分布在导体区域的。磁大小方向矢量的和电流密度方程都是未知的变量。当前，确顶解决方案迭代可以得到的磁矢势方程。B.变压器的涡流场分析电路中可以通过求解计算耦合方程來计算电流和向量磁潜在的磁场电路。涡流损耗分析了变压器的三维有限元素的方法。定的解决方案是为通过磁场向量来解决。解