変圧器に関する一般論
変圧器 (図 1) は、電磁誘導によって 2 つ以上の回路間で電気エネルギーを伝達する電気デバイスです。電磁誘導は、時間変化する磁場にさらされる導体内に起電力を生成します。変圧器は、電力アプリケーションで交流電圧を増減するために使用されます。
図1 - 電源トランス
実際に動作している変圧器では、さまざまな種類の損失が発生します
まとめて磁化電流損失と呼ばれるコア損失は、次のもので構成されます。
実際の変圧器の巻線には、以下に関連するゼロ以外の有限の抵抗とインダクタンスがあります。
ファラデーの誘導変圧器の法則により、EMF は時間に対する磁束の導関数に従って変化します。理想的な変圧器のコアは、ゼロ以外の周波数に対して時間に対して線形に動作します。実際の変圧器のコアの磁束は、瞬間的な磁束が有限の線形範囲を超えて増加すると、磁化電流に関連して非線形に動作し、その結果、ますます大きな磁化電流に関連する磁気飽和が発生し、最終的に変圧器の過熱につながります。
EMSを使用して変圧器の 3D モデルをシミュレートすると、産業界はこれらの損失を減らし、変圧器の効率と寿命を延ばすことができます。
説明
ここに示す例は、三相変圧器です (図 3)。各相の一次コイルは、それぞれ (300 ターン、1 A/ターン、0 度)、(300 ターン、1 A/ターン、120 度)、および (300 ターン、1 A/ターン、240 度) によって特徴付けられます。 .二次巻線が短絡しています。巻線は銅製で、コアは損失のある積層鋼で構成されています。 EMS では、スタインメッツ (PB) 曲線をインポートするか、スタインメッツ損失関数の係数を選択することによって、コア損失を指定できます。この例では、AC 磁気シミュレーションが実行されるため、Steinmetz (PB) 曲線のインポートが考慮されます。
図 3 -変圧器の 3D モデル
スタディ
熱解析と組み合わせた EMS の AC 磁気モジュールは、磁場と熱の結果を計算して視覚化するために使用されます。これらのフィールドは通常、電流または電圧のサージによって発生します。このタイプの分析には、線形または非線形があります。また、渦電流、電力損失、磁力にも対処します。 EMS で AC 磁気スタディと熱解析の結合を作成した後、次の 4 つの重要な手順に従う必要があります。 - モデル全体をメッシュ化し、4- ソルバーを実行します。
材料
EMS の AC 磁気解析では、材料のすべての特性が必要です (表 1)。
| コンポーネント/ボディ | 材料 | 比透磁率 | 導電率 (S/m) |
| Inner Coil / Outer coil | 銅 | 0.99991 | 57e+006 |
| Outer Air / Inner Air | 空気 | 1 | 0 |
図 4 -コアの材料特性
電磁入力
| 名前 | ターン数 | マグニチュード | 位相 |
| Wound Coil 1 (primary) | 300 | 1A | 0 |
| Wound Coil 2 (primary) | 300 | 1A | 120度 |
| Wound Coil 3 (primary) | 300 | 1A | 240度 |
| Wound Coil 1 (secondary) | 300 | 0A | 0 |
| Wound Coil 2 (secondary) | 300 | 0A | 120度 |
| Wound Coil 3 (secondary) | 300 | 0A | 240度 |
熱入力
すべての空気体を対流入力として追加する必要がありますメッシング
図 5 -メッシュ モデル
結果
この例のシミュレーションを実行すると、多くの結果が得られます。熱解析と組み合わせた AC 磁気モジュールは、磁束密度 (図 6、7)、磁場強度、印加電流密度 (図 8)、力密度、損失密度 (図 9、10)、および結果表を生成します。モデルの計算されたパラメータ (インダクタンス、電流、誘導電圧、損失など) (表 1)、電磁力が含まれています。電磁気の結果に加えて、温度 (図 11)、温度勾配、熱流束 (図 12) などの熱の結果も得られます。
結果の表 (表 1) では、6 つのコイルの誘導電圧を見つけることができます。
図 6 -結果表
EMS は、多くの種類のプロットの可能性を提供します。以下では、磁束密度のフリンジとベクトル プロットを観察できます。
図 8 -変圧器のコアの磁束密度、位相 0 度
図 9 -印加電流密度、位相 0 度
図 10 -一次コイルの巻線損失、ラインプロット
図 11 -ヒステリシス損失
図 12 -変圧器内の温度
図 13 -熱流束
