王田戈，胡曉迪

(1.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714000；2.中國(guó)鐵路西安局集團(tuán)有限公司，陜西 寶雞 721000)

隨著超/特高壓、長(zhǎng)距離、大容量輸電線路的建設(shè)，可控電抗器發(fā)揮著越來越重要的作用。變壓器式可控電抗器(Controllable Reactor of Transformer Type, CRT)作為一種新型可控電抗器，具有容量可連續(xù)調(diào)節(jié)、諧波電流小、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。

對(duì)于電磁設(shè)備而言，空載損耗和空載電流不僅用來衡量設(shè)備是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也作為設(shè)備驗(yàn)收、考察的直接依據(jù)，以說明設(shè)備質(zhì)量合格與電磁性能良好。因此，筆者基于有限元分析軟件，對(duì)同心式CRT的空載損耗與空載電流進(jìn)行計(jì)算，希望能夠?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

1 空載損耗與空載電流

1.1 空載損耗

CRT的空載損耗是指，當(dāng)CRT在額定電壓下運(yùn)行于空載狀態(tài)時(shí)，所測(cè)量出的損耗。其主要包括磁滯損耗、渦流損耗，以及附加損耗，且由于附加損耗較小，本文對(duì)其忽略不計(jì)。因此，空載損耗的計(jì)算公式如式1所示。

(1)

式1中，kh和kc分別是為CRT鐵芯的磁滯損耗系數(shù)和渦流損耗系數(shù)；Bm為交變磁場(chǎng)中的最大磁通密度；f為工作頻率；α是經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取值與磁通密度的范圍有關(guān)；V為鐵芯的體積。

1.2 空載電流

當(dāng)CRT運(yùn)行于空載狀態(tài)時(shí)，即工作繞組外加交流額定電壓，控制繞組均開路。此時(shí)，工作繞組內(nèi)將流過一個(gè)很小的電流，即為空載電流。

空載電流產(chǎn)生交變磁動(dòng)勢(shì)，同時(shí)建立起交變磁場(chǎng)[1]。

2 基于ANSYS的CRT場(chǎng)路耦合模型

為了對(duì)CRT的空載損耗和空載電流進(jìn)行計(jì)算，本文采用場(chǎng)路耦合的有限元分析方法，并以四繞組同心式CRT為例，來進(jìn)行分析。

對(duì)于四繞組同心式CRT，其具有3個(gè)控制繞組和1個(gè)工作繞組，分別由內(nèi)到外依次繞在鐵芯上，其1/2結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示。

圖1 同心式CRT結(jié)構(gòu)

假設(shè)，同心式CRT額定電壓為220V，額定電流為10A，各繞組匝數(shù)均為440匝。圖1所示CRT結(jié)構(gòu)參數(shù)，如表1所示。

表1 CRT結(jié)構(gòu)參數(shù)

基于有限元軟件，根據(jù)表1所示同心式CRT的結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立其有限元場(chǎng)域模型，如圖2所示。

圖2 CRT有限元場(chǎng)域模型

基于ANSYS的外電路編輯器Circuit Editor，建立CRT的外電路模型，如圖3所示。

圖3 CRT外電路模型

在有限元仿真平臺(tái)對(duì)CRT的場(chǎng)域模型與外電路模型進(jìn)行場(chǎng)路耦合的聯(lián)合仿真，可得到四繞組同心式CRT的空載損耗和空載電流的計(jì)算結(jié)果。

3 CRT空載損耗和空載電流計(jì)算

有限元分析包含了前處理、計(jì)算求解、后處理三大部分[2]，在完成前處理的模型建立與剖分后，對(duì)其進(jìn)行求解計(jì)算，最后在后處理查看計(jì)算結(jié)果。

如圖4所示為四繞組同心式CRT的空載損耗波形，如圖5所示為其空載電流波形。

圖4 CRT的空載損耗波形

圖5 CRT空載電流波形

當(dāng)CRT空載運(yùn)行進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，分別對(duì)其空載損耗波形取平均值，對(duì)空載電流去均方根值，可得到CRT空載損耗和空載電流的計(jì)算結(jié)果，如表2所示。

表2 CRT空載運(yùn)行參數(shù)計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

CRT的空載計(jì)算對(duì)其結(jié)構(gòu)計(jì)算至關(guān)重要。本文基于有限元軟件，以同心式CRT為例，對(duì)其空載工況下的空載電流和空載進(jìn)行計(jì)算，為CRT的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一定的指導(dǎo)。