基于有限元法的變壓器式可控電抗器的電磁場(chǎng)分析.pdf

1、CRT(Controllable Reactor of Transformer Type,變壓器式可控電抗器)是一種新型的可控電抗器。它能夠?qū)挿秶焖倨交恼{(diào)節(jié)輸出感性無(wú)功,并且可以通過(guò)級(jí)數(shù)的合理設(shè)置,將諧波減小到要求的水平。它的這些優(yōu)點(diǎn),使其滿足補(bǔ)償電網(wǎng)無(wú)功,控制電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的要求,因此國(guó)內(nèi)外有越來(lái)越多的學(xué)者對(duì)其展開(kāi)了深入的研究。
　　本文以變壓器式可控電抗器CRT為主要研究對(duì)象,研究分析CRT的一些基本理論問(wèn)題,如CRT的等效

2、電路、工作特性、諧波分析、功率級(jí)數(shù)的計(jì)算等。通過(guò)使用FEM(Finite Element Method,有限元法)分析CRT的電磁場(chǎng)分布和鐵心磁通分布,得到額定功率時(shí)控制繞組的電流,并且計(jì)算CRT的阻抗參數(shù),為CRT后續(xù)更加深入的研究和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供實(shí)用的資料。
　　介紹CRT的基本工作原理,根據(jù)其結(jié)構(gòu),建立C RT的多邊形等值電路模型、梯形等值電路模型和射線形等值電路模型。分析 CRT的諧波特性、控制特性、有功消耗和響應(yīng)時(shí)間,得

3、到諧波含有率與控制級(jí)數(shù)的關(guān)系和控制特性表達(dá)式(即晶閘管觸發(fā)角與電流的關(guān)系式),給出有功消耗的計(jì)算方法,用matlab仿真分析CRT的過(guò)渡過(guò)程。通過(guò)對(duì)CRT這些性能的分析,得到C RT有諧波小和響應(yīng)速度快等諸多優(yōu)點(diǎn),對(duì)它有一個(gè)全面的了解。
　　由于CRT的控制級(jí)數(shù)與諧波有著密切的聯(lián)系,因此要對(duì)CRT的諧波進(jìn)行深入的分析。根據(jù)諧波的標(biāo)準(zhǔn),給出三種諧波含有率的定義,對(duì)三種情況下諧波含有率與其控制級(jí)數(shù)之間的關(guān)系表達(dá)式進(jìn)行推導(dǎo)。通過(guò)比較分析

4、和算例計(jì)算得到的結(jié)果可知,已有文獻(xiàn)關(guān)于CRT諧波的計(jì)算方法會(huì)導(dǎo)致過(guò)多的控制級(jí)數(shù)。在滿足諧波電流有效值要求的前提下,使用新的計(jì)算方法可以將CRT的控制級(jí)數(shù)減小到兩級(jí),這可以大大簡(jiǎn)化CRT的結(jié)構(gòu),并且簡(jiǎn)化控制,降低制造成本。
　　介紹有限元方法在電磁場(chǎng)計(jì)算中的一般分析方法,給出 CRT的有限元數(shù)學(xué)模型。介紹ANSYS有限元分析軟件,以及它在二維和三維電磁場(chǎng)分析中的應(yīng)用。闡述它的使用方法和分析有限元問(wèn)題的一般步驟,最后介紹場(chǎng)路耦合分析方

5、法在CRT電磁場(chǎng)分布問(wèn)題中的分析步驟。
　　以ANSYS為仿真分析平臺(tái),采用場(chǎng)路耦合的有限元電磁場(chǎng)分析方法,建立6繞組CRT的實(shí)體模型,對(duì)CRT的諧波磁場(chǎng)進(jìn)行分析。結(jié)果表明在額定負(fù)載時(shí),CRT的主磁場(chǎng)主要分布于工作繞組和控制繞組之間以及它們各自所占的空間中,鐵心柱中幾乎沒(méi)有磁通通過(guò)。在此基礎(chǔ)上,利用ANSYS的后處理功能得到通過(guò)鐵心和繞組的磁通,計(jì)算各個(gè)控制繞組的電流分配。介紹使用磁場(chǎng)能量法計(jì)算繞組電感的原理,并且使用APDL(A