基于ANSYS Workbench的变压器铁芯——绕组振动仿真.docx

基于ANSYSWorkbench的变压器铁芯——绕组振动仿真
引言
变压器作为电力系统中不可或缺的重要元件，其稳定运行对电力系统的稳定性和可靠性至关重要。在变压器的工作中，变压器的铁芯和绕组是重要的构成部分，对于铁芯和绕组的设计和优化有着非常重要的意义。其中，铁芯的设计和制造对变压器的耗能和发热是有直接影响的。而变压器绕组的设计和优化则对变压器的损耗和运行稳定性同样具有重要意义。因此，在变压器的设计和制造过程中，对于铁芯和绕组的振动和动态特性进行了深入的研究，以保证变压器能够高效、稳定地运行。
本文旨在通过使用ANSYSWorkbench软件，对变压器铁芯绕组进行振动分析仿真的研究，从而深入了解变压器系统的动态特性，为变压器的设计和优化提供理论依据。
变压器铁芯模型及材料参数
对于变压器铁芯的建模，我们将其模型化为三维结构，如图1所示。其中，铁芯的材料为硅钢片。该模型的外形尺寸为：300*300*400mm，铁芯层数为20层，每层片数为8片。铁芯总质量为100kg，各层之间采用厚度为10mm的绝缘垫隔离。
对于硅钢片材料参数，我们采用了如下参数：
|材料|普通硅钢片|
|----|----|
|密度|7.65e-6kg/mm^3|
|弹性模量|200GPa|
|泊松比|0.3|
|杨氏模量|2.076e11N/m^2|
变压器绕组模型及材料参数
对于变压器绕组的建模，我们采用了多级风琴式线圈结构，如图2所示。该多级风琴式线圈由3个级别组成，每个级别包含14圈线圈。每个线圈的电流密度和电流分别为872A/mm^2和18A。
对于各级线圈之间的绝缘材料，我们采用了绝缘材料的参数，如下表所示：
|材料|Epoxy8821-1|
|----|----|
|密度|1.13g/cm^3|
|弹性模量|3.8GPa|
|泊松比|0.32|
|线膨胀系数|3.7e-51/K|
模拟方案
在ANSYSWorkbench软件中，我们采用了如下的步骤进行模拟：
1.建立模型:在ANSYSWorkbench软件中，我们首先建立了铁芯和绕组的三维模型，并设置了模型的材料参数和尺寸大小。
2.设置边界条件：在模型建立完成后，我们设置了各个模型的边界条件，包括约束条件和负载条件等。铁芯的底部设置为钉住边界，绕组底部设置为在X、Y和Z方向上的受力均为零，绕组顶部设置为在X、Y方向上的受力均为零，Z方向上受到一个2.5N的恒力作用。在加上恒力后，我们考虑到绕组的表面对于电流产生感应作用，因此定义了铁芯和绕组的外表面都具有绝缘性质。
3.进行分析仿真:在设置好边界条件后，我们进行正式的分析仿真。在仿真分析中，我们主要关注铁芯和绕组在不同频率下的振动响应情况，来了解两者动态特性之间的关系并确定适宜的工作频率。
4.结果分析:在分析仿真完成后，我们对结果进行了分析总结，得出了如下结论。
分析结果
根据上述仿真方案进行模拟后，我们得到了铁芯和绕组在不同频率下的振动响应情况。绘制出图3和图4，铁芯和绕组在不同频率下的振动变形状况。
从图3和图4中可以看出，铁芯在低频段下有较大的振动变形，而在高频段则变形量逐渐减小。而绕组则在低频段下变形量较小，而在高频段下变形量猛增，表明其在高频响应下更为敏感。
结论
在本文中，我们应用ANSYSWorkbench软件对变压器铁芯绕组进行了振动分析仿真的研究。通过对变压器系统的动态特性的分析，我们得出了如下结论：
1.在低频响应下，铁芯的振动变形量较为显著，而绕组的振动变形量较小。而在高频响应下，铁芯的振动变形量逐渐减小，而绕组的振动变形量则呈现出猛增的趋势。
2.对于变压器铁芯和绕组的振动频率响应特性，应根据实际情况和需求来进行相应的优化设计，以保证变压器的稳定运行。
综上所述，铁芯和绕组在变压器系统中均具有重要的作用，在其设计和制造中，应注重其动态特性和振动响应情况，在保证其工作效率和稳定性的前提下，进行相应的优化和改进。