[发明专利]一种基于多物理场耦合的电抗器温度场计算方法

权利要求书

1.一种基于多物理场耦合的电抗器温度场计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)建立1：1等效电抗器三维仿真模型；

(2)将电抗器三维仿真模型导入Ansoft Maxwell 3D软件中，将求解器设置为静态磁场求解器，并在静态磁场求解器中增加Matrix，设置各层绕组匝数，求解电抗器电感矩阵M，进而计算出各层绕组电流；

(3)在瞬态磁场求解器中，设置相关参数，添加步骤(2)中计算得到的各层绕组电流为激励，求解计算电抗器损耗，进而计算出电抗器单位体积热密度；

(4)在Fluent软件中，实现流体-温度耦合，将计算得到的单位体积热密度作为热源加入流体温度场，后处理得到电抗器的温度分布，完成基于多物理场耦合的电抗器温度场计算；

所述步骤(2)包括以下步骤：

在Ansoft Maxwell 3D中导入电抗器三维仿真模型；

设置求解器为静态磁场求解器；

设定边界条件；

选择材料属性；

添加电流激励，所述的电流激励可以为任意值；

在Matrix中输入各层绕组匝数；

设置求解步骤；

完成网格的划分，后处理得到电感矩阵M。

2.根据权利要求1所述的一种基于多物理场耦合的电抗器温度场计算方法，其特征在于：所述步骤(1)具体为：

选用SolidWorks软件建立真实1:1的等效电抗器三维仿真模型。

3.根据权利要求2所述的一种基于多物理场耦合的电抗器温度场计算方法，其特征在于：所述电抗器整体结构为筒状，模型以层绕组为单位，各层绕组构成包封。

4.根据权利要求1所述的一种基于多物理场耦合的电抗器温度场计算方法，其特征在于：所述步骤(2)中计算各层绕组电流的计算公式为：

式(1)中：

其中，U₁＝U₂＝…U_W-1＝U_W＝U_N，U_N为额定相电压，M为电感矩阵，I₁…I_W为各层绕组电流，R₁…R_W为各层绕组电阻，L₁…L_W为各层绕组自感，M_1,2…M_W,W-1为各层绕组之间互感，ω为交流电的电角度，j为虚数，W为电抗器的绕组层数。

5.根据权利要求1所述的一种基于多物理场耦合的电抗器温度场计算方法，其特征在于：所述步骤(3)中的电抗器损耗包括涡流损耗和电阻损耗；所述的涡流损耗采用有限元的计算方法得到，所述的电阻损耗采用解析法得到。

6.根据权利要求5所述的一种基于多物理场耦合的电抗器温度场计算方法，其特征在于：所述涡流损耗的计算过程具体为：

将电抗器三维仿真模型载入Ansoft Maxwell 3D中；

确定求解器为瞬态磁场求解器、设定边界条件、选择材料属性、添加步骤(2)中计算得到的各层电流为激励、设置求解步骤，完成网格的划分，后处理得到各层绕组的涡流损耗P_E(i)。

7.根据权利要求5或6所述的一种基于多物理场耦合的电抗器温度场计算方法，其特征在于：所述电阻损耗的计算过程具体为：

计算出各层绕组电阻损耗，计算公式为：

式中：P_R(i)为各层绕组电阻损耗，I_i为各层绕组电流，R_i为各层绕组电阻。