基于有限元法的變壓器式可控電抗器的電磁場分析.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)輸出感性無功,并且可以通過級數(shù)的合理設置,將諧波減小到要求的水平。它的這些優(yōu)點,使其滿足補償電網(wǎng)無功,控制電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的要求,因此國內(nèi)外有越來越多的學者對其展開了深入的研究。
　　本文以變壓器式可控電抗器CRT為主要研究對象,研究分析CRT的一些基本理論問題,如CRT的等效

2、電路、工作特性、諧波分析、功率級數(shù)的計算等。通過使用FEM(Finite Element Method,有限元法)分析CRT的電磁場分布和鐵心磁通分布,得到額定功率時控制繞組的電流,并且計算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、有功消耗和響應時間,得

3、到諧波含有率與控制級數(shù)的關系和控制特性表達式(即晶閘管觸發(fā)角與電流的關系式),給出有功消耗的計算方法,用matlab仿真分析CRT的過渡過程。通過對CRT這些性能的分析,得到C RT有諧波小和響應速度快等諸多優(yōu)點,對它有一個全面的了解。
　　由于CRT的控制級數(shù)與諧波有著密切的聯(lián)系,因此要對CRT的諧波進行深入的分析。根據(jù)諧波的標準,給出三種諧波含有率的定義,對三種情況下諧波含有率與其控制級數(shù)之間的關系表達式進行推導。通過比較分析

4、和算例計算得到的結(jié)果可知,已有文獻關于CRT諧波的計算方法會導致過多的控制級數(shù)。在滿足諧波電流有效值要求的前提下,使用新的計算方法可以將CRT的控制級數(shù)減小到兩級,這可以大大簡化CRT的結(jié)構(gòu),并且簡化控制,降低制造成本。
　　介紹有限元方法在電磁場計算中的一般分析方法,給出 CRT的有限元數(shù)學模型。介紹ANSYS有限元分析軟件,以及它在二維和三維電磁場分析中的應用。闡述它的使用方法和分析有限元問題的一般步驟,最后介紹場路耦合分析方

5、法在CRT電磁場分布問題中的分析步驟。
　　以ANSYS為仿真分析平臺,采用場路耦合的有限元電磁場分析方法,建立6繞組CRT的實體模型,對CRT的諧波磁場進行分析。結(jié)果表明在額定負載時,CRT的主磁場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,鐵心柱中幾乎沒有磁通通過。在此基礎上,利用ANSYS的后處理功能得到通過鐵心和繞組的磁通,計算各個控制繞組的電流分配。介紹使用磁場能量法計算繞組電感的原理,并且使用APDL(A