箔式电抗器电磁分析及降低功耗的研究

箔式电抗器电磁分析及降低功耗的研究

维普资讯 20 0 5年 6月J n 2 0 ue 0 5

高压tHi h Votg p rt s g l eAp a au a

第 41卷第 3期 V11 o 4 N . . o 3

7 1 3

文章编号：0 1 10 (0 5 0— 13 0 10— 6 9 2 0 )3 0 7— 3

箔式电抗器电磁分析及降低功耗的研究王仲奕，童军心，顾沈卉 (安交通大学电气工程学院，陕西西安 7 04 )西 10 9

An l ss o a n t ed a d W id n s n Fo lwo n a t r a y i f M g ei Fil n n i g Lo s i i c。 u d Re c o

W ANG h n。 i T Z o g y, ONG u。i J n xn,GU S e。 u hnh i( c o l o lcr a n ie r g S h o fE e t c lE gn e n,Xia io n nv ri,X’ n 7 0 4,C i a i i’n J t g U ies y a o t ia 1 0 9 hn )

摘要：应用有限元法对空心、半铁心、封闭铁心、封闭铁半全心 4种结构的箔式电抗器涡流场进行了仿真分析 .别计算分出了磁场分布和铜箔片中的电流密度分布及交流损耗.找出了造成挤流效应的因素和减小损耗的途径 .计算分析的基在础上，出了一种低功耗箔式电抗器的新型结构。提 关键词：箔式电抗器；有限元：挤流效应；损耗中图分类号：T 4 M7文献标识码：A

置不同使各箔片上的挤流情况不同 .因而计算的准确度受分割方式影响很大 .以进行优化设计文难本应用 AnotD有限元涡流场分析软件。对空心、 sf 2半铁心、封闭、封闭 4种结构的箔式电抗器进行了半全电磁场仿真分析，究了造成挤流效应的因素 .出研提了一种低功耗箔式电抗器结构，对箔式电抗器的工程实际应用具有重要的意义

Ab ta t sr c: T e e d c re t fed o fu k n s o h d y u r n ils f or id f o lw u d e co fi- o n ra tr wi df r n y e oe ae n lz d b s t ie e ttp c rs r a ay e y h F EM.Th ma n t f

l dsrb t n n e￣e t e st i e g ei i d it ui a d u n d n i c e i o y nt e ol a d o s s i t e wi d n s a e ac l t d T e h f i s n l s e n h n i g r c l u a e . h

2有限元模型及仿真参数分析的箔式电抗器由 6个包封构成 .线圈由 O5mm的铜箔绕成。图 l a。个包封由 7层箔 . 见 ()每纸构成。了考虑问题的方便 .略铜箔绕组在三维为忽结构上细小的不对称性 .采用二维轴对称模型模拟电抗器结构。了寻求合理的箔式电抗器结构 .空为对心、铁心、封闭、封闭 4种结构的箔式电抗器半半全进行了仿真计算分析所有情况下在箔片中加载同样大小的工频电流 (0 10A)假设铁心是理想的叠片：

c u e o s i- f c h s b e fu d d Ba e O te a s f kn e e t a e n o n e . sd n h cl uain, a ac lt o meh d o e u ig to fr rd cn wid n ls a d n w n ig os n a etp f r a t r i r p s d. y e o e co s o o e p

Ke r s: fi w u d ea tr F y wo d o l o n r co; EM; s i-fe t ls - k nefe; o s

1引言 箔式电抗器是由宽度等于电抗器高度的箔纸卷绕而成。交流情况下 .于涡流效应使流过箔纸的在由电流趋于箔纸边缘 .出现挤流现象…挤流效应使箔片的交流电阻远大于直流电阻 .交流功耗远大于直流功耗。为减小箔式电抗器的挤流效应 .际设计中实

式。考虑铁损。铜箔电导率 o 57 l7计算得出不取 r .x 0。=磁场分布 B和电流密度分布 .根据：,后

P f, 肛，,: u W zf 1己 1 m1:: P—可以计算出功率损耗 P(耗 )磁场能量，而铜和进可以评估交流电阻和电感己的大小

通常是在电抗器高度方向上进行分裂 .再进行串并联组合。述措施往往需要特殊的工艺来完成。随上但着分裂段数的增加 .虽然在一定程度上

减小了挤流

3仿真结果及分析31空心箔式电抗器仿真分析 .

效应 .使电阻成倍增大 .没有起到降低功耗的作却并用以上原因使箔式电抗器在制造及应用方面受到极大的限制

电抗器加直流载荷时 .计算得各铜箔中电流呈均匀分布。流密度峰值约为 5 00 0A m2箔损电 0 0/。铜耗 P= 24 47W。 0 3 . 4

考虑箔式电抗器的挤流效应 .以往采用分割电

抗器的方法【来计算其电阻、感及功率损耗 .算 2】电计量很大。外 .此由于电抗器每个包封在磁场中所处位

加交流载荷时，计算得电抗器中的磁场分布见图 1a。磁场在铜箔中央区域比较均匀 . ()以轴向分量 B为主，端口区域径向磁场分量 B增大取绕 在

收稿日期：0 4 1— 4 20— 2 0

作者简介：王仲奕 (9 6 )女，东人， 15一，山副教授，士，博电磁场理论及应用研究。

箔式电抗器电磁分析及降低功耗的研究

维普资讯

20 0 5年 6月

高压西zHih Votg p r t s g la eAp a au

第 4 l卷Vo . 1 4l

第 3期No3 .

1 74

J n 2 0 ue 0 5

组上半部区域考察漏磁 B沿轴向的分布见图 1b, ( ) ( )图 1 b说明空心结构时，靠近铜箔上端部径 c ()越向磁场 B越大， 1 c表明，第 3第 4绕组位 图 ()在，置，达到最大，为 00 52T。 B值约 .0 各箔片中电流密度沿轴向分布见图 2图中曲 线 1为第 1个包封中第 1铜箔中的电流分布 .层曲

线 2为第 3个包封中最后一层铜箔中的电流分布， 曲线 3为第 6个包封中最外层铜箔中的电流分布

(面规定相同 )各曲线的 D点都取各片铜箔中部后 .位置由图可以看出各片铜箔中均出现挤流现象，中间包封的箔片中电流密度分布最不均匀 .最大电流密度峰值达 l 1 0 / 00 0A m 0

、

桓足时

R方向距离/ m

Z方向距离/ m图 2空心结构时箔片中的电流密度沿轴向分布

( )场分布 a磁

( ) 轴向分布 bB沿图 l空心结构时的磁场分布

( )箔顶端曰值分布 c铜

计算得铜箔交流损耗 P= 1 2 ,流与直 l4 . 08W交 2流损耗之比为：￣P/ 1 7。 K= 1 . 0 232半铁心箔式电抗器仿真分析 .

计算得交流损耗 P= 2 .2 .交流与直流损 2109 2W耗之比为： K P= .2。 n37 7

33半封闭铁心电抗器仿真分析 -

半铁心结构见图 3 a .算得磁力线分布及径 ( )计向磁场 B分布见图 3 a,b,C。 ( ) ( ) ( )图 3 a说明，力线主要集中在铁心中，铜 ()磁在

半封闭铁心结构见图 5 a计算得磁场分布及 ()径向磁场 B分布见图 5 b,C。 ( ) ( )图 5 b和 ( )明，力线主要集中在铁心中， () C表磁

箔端口处，分量增大。 3 b和 3 C表明，大 图 () ()最位于第一个包封处，大峰值达 00 2 B最 .2 T,为空心

B分量最大值在外层箔片端口处，但相对半铁心情 况减小了许多，峰值只有 00 7T B的 .0。箔片中电流分布见图 6 .最外层箔片中电流密度分布最不均匀 (曲线 3, )峰值达 1 0 A m2 0k/。 5 计算得交流损耗只= 35 34W .直流损耗之 6 .6 交比为：= 3 o6 .6/24 47 1 5。 P/= 35 343 .= . 9 P 4 9

结构时的 5倍左右箔片中电流密度沿轴向分布见图 4.可以看出第 1个箔片中的电流密度分布最不均匀 (曲线 1, )峰值达 32 0k m 0 A/

g 2 x1 5 0

1×1 5 5 0

粕.

5 O×l O 2 0一

0.—0 1 O. 2 . O

O1 .

O. 2

( )场分布 a磁 ( )沿轴向分布图 b图 3半铁心结构的磁场分布

R方向距离/ m

Z方向距离/ m

( )箔顶端曰值分布 c铜

图 4半铁心结构时箔片中的电流密度沿轴向分布

昌

稍避

R方向距离/ m

( )场分布 a磁

( ) 轴向分布 bB沿图 5半封闭铁心结构的磁场分布

( )箔顶端 B分布 c铜

Z方 …… 此处隐藏：3540字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……