[发明专利]一种基于COMSOL的铁心振动特性计算方法

说明书

本发明提供了一种基于COMSOL的铁心振动特性计算方法，该方法利用COMSOL Multiphysics仿真软件，在间谐波激励下，仿真计算含铁心绕组类设备铁心的磁通密度以及振动位移，包括S1：获取铁心模型的结构参数、电气参数；S2：几何建模与材料参数设置；S3：物理场设置、网格剖分及求解计算共三个步骤。本发明可以更加省时、高效对比多种不同激励下振动情况，并且在结构力场分析中考虑了各向异性，计算磁致伸缩时更加准确。

技术领域

本发明属于含铁心绕组类设备铁心振动特性计算领域，尤其涉及间谐波激励下，铁心的磁通密度以及振动位移的计算方法。

背景技术

随着我国电力系统的不断发展和成长，电力电子元件、非线性元件及负荷接入电网，带来严重的间谐波污染。作为电力系统中的重要电气设备，含铁心绕组类设备在间谐波的影响下发生电流畸变，并在很大程度上产生更严重的噪声问题，影响附近居民生产生活。利用电路-磁场-固体力学耦合仿真计算方式能够较准确反映铁心的振动位移。因此，可以通过使用计算机软件对铁心进行模型的建立，并计算间谐波激励下铁心振动特性。

本发明的目的在于填补现有对于间谐波激励下变压器铁心振动仿真的空白，完成COMSOL Multiphysics仿真软件下铁心在磁场与物理场下的模型建立，并保证其耦合的准确性，并对间谐波激励下，铁心磁通密度分布及振动位移进行仿真计算。

发明内容

本发明提供了一种基于COMSOL的铁心振动特性计算方法，利用COMSOLMultiphysics仿真软件，仿真计算铁心在间谐波激励下的磁通密度分布以及振动位移，包括以下步骤：

步骤1：获取铁心模型的结构参数、电气参数；

根据实际应用场景，通过现场测量获取含铁心绕组类设备铁心的窗口高度及宽度，铁心模型厚度、宽度和高度，绕组匝数、高度，利用单片测量仪器获取硅钢片H-B和λ-B曲线，根据生产商提供参数获取硅钢片的杨氏模量、泊松比、密度、相对介电常数、电导率以及绕组的相对介电常数、电导率、相对磁导率，根据资料获取空气相对介电常数、电导率、相对磁导率；

步骤2：基于COMSOL进行铁心模型几何建模与材料参数设置；

根据步骤1中根据获取铁心的窗口高度及宽度，设置COMSOL Multiphysics 软件中的窗口参数；根据所获取的铁心模型叠厚、宽度、高度，设置COMSOL Multiphysics软件中的铁心模型参数；根据获取的绕组匝数、尺寸，设置COMSOL Multiphysics软件中的绕组参数；根据获取的硅钢片型号设置COMSOL Multiphysics软件中的电场、磁场、固体力学场参数；

步骤3：在COMSOL几何模型中进行物理场设置、网格剖分及求解计算；

根据步骤2所建立的铁心的几何模型，在COMSOL Multiphysics软件中通过电路-磁场-固体力学-声学耦合实现计算；

将绕组域、空气域、铁心部分进行网格剖分，设置求解步长0.5ms和求解时间3s；仿真计算不同间谐波激励条件下，铁心的磁通密度分布和振动位移。

其中，步骤3中所述的在COMSOL Multiphysics软件中通过电路-磁场-固体力学-声学耦合实现计算的过程包括：

在计算电场和磁场耦合过程时，引入矢量磁位A，使A满足：

另外，电流密度还满足方程：

式中，J_e是源电流密度，N是绕组线圈匝数，V_coil是在绕组上施加的电压激励，R_coil是绕组电阻，e_coil是载流线圈各点的电流密度的方向向量，S是绕组线圈截面积；