軸向雙分裂變壓器阻抗仿真

軸向雙分裂是一種常見的干式變壓器結(jié)構(gòu)，是一種松耦合結(jié)構(gòu)，如牽引整流變壓器、光伏電站升壓變壓器、能量回饋?zhàn)儔浩鞯?，其全穿越、半穿越的阻抗設(shè)計(jì)一般采用傳統(tǒng)的計(jì)算方法，但經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)計(jì)值與實(shí)測(cè)值偏差較大，特別是半穿越阻抗經(jīng)常算不準(zhǔn)，另外在半穿越運(yùn)行時(shí)，上下并聯(lián)的高壓線圈中的電流分配往往只能通過試驗(yàn)才能測(cè)得，此電流分配的比例也可稱為解耦率。本文創(chuàng)新的采用INFOLYTICA公司的MagNet軟件，建立變壓器鐵芯和線圈三維模型，計(jì)算軸向雙分裂變壓器的全穿越、半穿越阻抗、并可以計(jì)算出半穿越運(yùn)行時(shí)變壓器的解耦率，為此類變壓器的設(shè)計(jì)帶來了極大的便利。

軸向分裂變壓器結(jié)構(gòu)及術(shù)語(yǔ)含義

本文所述的仿真采用1個(gè)軸向雙分裂變壓器作為實(shí)例，介紹全阻抗、半穿越阻抗的仿真計(jì)算，變壓器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1中繞組1和繞組4為上下排列的獨(dú)立的低壓繞組，繞組2和繞組3為上下排列的高壓繞組，高壓采用并聯(lián)連接。

全穿越阻抗：繞組1和繞組4均短路，繞組2和繞組3并聯(lián)運(yùn)行，且通過額定電流時(shí)變壓器的阻抗；

半穿越阻抗：繞組1通過額定電流，繞組4開路，繞組2和3并聯(lián)運(yùn)行，且短接時(shí)的阻抗；

解耦率：當(dāng)?shù)蛪簝H繞組1運(yùn)行時(shí)，繞組2和繞組3中均有電流，繞組2中分配電流的比例也可以稱為此松耦合變壓器的解耦率。

阻抗仿真的原理及步驟很多文章都提到，此處不再贅述。

圖1　

圖2　

圖3　

圖4　

變壓器參數(shù)及阻抗仿真

變壓器的參數(shù)及模型

此軸向雙分裂變壓器為高阻抗變壓器，客戶對(duì)于半穿越阻抗有嚴(yán)格的要求，具體參數(shù)要求如下：

容量：1200k VA

一次/二次電壓：35/0.475/0.475kV

連接組別：Dy11y11

半穿越阻抗：>21%

解耦率要求：>90%

變壓器的仿真模型

MagNet軟件支持2D/3D模型文件的導(dǎo)入/導(dǎo)出操作，類型包括Auto CAD，IGES，SAT，Inventor，Pro/E等文件格式，也可以直接在軟件中繪制線圈的實(shí)體模型。本文采用Inventor三維制圖軟件建立線圈實(shí)體模型，然后將模型導(dǎo)入MagNet軟件中，單相線圈的三維模型見圖2。

仿真電路圖

全穿越仿真電路如圖3。

半穿越仿真電路如圖4。

在以上電路圖中可以對(duì)線圈設(shè)置匝數(shù)、導(dǎo)線截面和電流激勵(lì)等，選擇線性材料類型，連續(xù)迭代方法（僅適用于3D）進(jìn)行計(jì)算，牛頓公差設(shè)置成1%，CG公差設(shè)置0.01%，然后選擇3D時(shí)諧場(chǎng)求解器求解。

仿真計(jì)算的結(jié)果對(duì)比

仿真得出阻抗結(jié)果如表1。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.15.016