变压器仿真:如何在SOLIDWORKS中轻松执行开路和短路测试
本文由阿尔温德•克里希南2017年9月21日更新
文章
变压器是一种静电机器，它通过电磁感应原理在两个或多个电路之间传递电能。
如图1所示，变压器由铁芯(通常是层压钢)、一次绕组和二次绕组组成。一次线圈中的时变电流产生时变磁场。这个时变磁场在次级线圈中产生电压。这是由于法拉第感应定律的原理。因此，电力可以很容易地从一个电路转移到另一个没有物理接触。为什么这很重要呢?
图1:单相变压器
变压器的应用
变压器在电力工业中得到广泛应用。在电力应用中，变压器用于增加或降低交流电压。自从采用交流电源以来，变压器在电力输配电行业已经无处不在。变压器也用于电子和射频行业，因此它们的尺寸不同。射频行业使用的最小变压器是几立方厘米量级，用于互联电网的大功率变压器可以是几立方厘米量级，重量可达几吨。
变压器损耗
变压器中有两种主要的对工程师有用的损耗。
- 核心的损失
- 绕组损耗
好的设计的目标是减少变压器的损耗。一旦变压器设计好，工程师们就会建造一个原型，然后通过开路和短路测试来测量损耗。此外，这些测试使工程师能够创建变压器的等效电路。一旦有了变压器的等效电路，就很容易用等效电路替换变压器并进行系统级仿真。
开路试验
开路试验用于确定变压器的铁芯损耗，其连接图如图2所示。顾名思义，在一个绕组(通常是变压器的高压侧)中没有负载。低压绕组中的电压逐渐升高，直至等于低压电路的额定电压。接在低压电路上的瓦特表用来测量输入功率，这个值作为变压器中的铁芯损耗。
图2:开路测试
短路试验
短路试验连接图如图3所示。变压器低压侧短路。现在在高压侧，电压逐渐升高，直到电流达到高压侧的额定电流。瓦特表的读数可以近似地表示为变压器中的铜损耗。所以用短路试验来确定变压器中的铜损耗。
图3:短路测试
开路试验和短路试验模拟
EMS中模拟的有趣特性是能够在SOLIDWORKS中虚拟地执行上述两种测试。对于开路测试，需要以下输入:
- 芯材材料特性-钢材料B-H曲线，层压细节，层压芯损耗曲线(P-B曲线)
- 低压侧的额定电压必须加在低压绕组上
- 高压侧必须保持打开状态，即必须给高压绕组施加等于0安培的电流
一旦模拟完成，EMS将核心损失作为输出。一次也可以得到低压侧电流从EMS。
要执行短路测试模拟，需要以下输入。
- 低压侧必须短路。因此，我们在低压绕组上施加0电压。
- 在高压绕组中，我们施加不同的电压并测量电流，直到在高压侧得到等于额定电流的电流。这可以使用EMS中的参数模拟来执行，其中施加的电压可以改变，电流可以测量。然后我们取给定额定电流的电压值，进行短路模拟。
仿真完成后，EMS给出了铜损耗、漏感和绕组电阻的数值。开路和短路测试的结果被用来创建变压器的等效电路。
讨论结果，包括等效电路
在本节中，我将简要地展示EMS内部的建模，并讨论获得的结果。
图4显示了用于Transformer仿真的SOLIDWORKS模型。
图4:EMS中模拟的单相变压器
图5显示了用于层压板的材料。
图5:用于层压板的材料
图6显示了EMS内部的线圈定义。结果得到了开路和短路的模拟。在EMS中，每项试验都作为单独的研究进行。
图6:EMS内部的线圈定义
图7显示了Result表。
图7:结果表包含了包括Core Loss在内的所有结果
图8为开路试验的磁通密度截面图。
图8:磁通量密度截面图
结论
EMS for SOLIDWORKS是一款非常高效和方便的仿真软件，工程师可以在其中创建变压器的3D几何形状，并模拟开路华体会百家乐和短路测试。hth华体会全站app开路试验计算的一次线圈铁芯损耗为11瓦，短路试验计算的一次线圈铜芯损耗约为188瓦，二次线圈铜芯损耗约为200瓦。图9显示了变压器的最终等效电路。
图9:变压器等效电路
观看变压器模拟的网络研讨会
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