[发明专利]变压器铁心励磁特性的有限元计算方法、装置及终端

权利要求书

1.一种变压器铁心励磁特性的有限元计算方法，其特征在于，包括：

建立变压器的结构模型；

对所述变压器的结构模型进行网格剖分，得到三维有限元磁场模型；

基于所述三维有限元磁场模型，通过电路计算获得变压器绕组的瞬态电流值和动态电感值；

基于所述三维有限元磁场模型，通过磁场计算获得变压器铁心的励磁电流值和磁通密度分布。

2.根据权利要求1所述的变压器铁心励磁特性的有限元计算方法，其特征在于，在获得变压器绕组的瞬态电流值和动态电感值，以及，变压器铁心的励磁电流值和磁通密度分布之后，所述方法还包括：

基于变压器绕组的瞬态电流值和变压器铁心的磁通密度分布，利用变压器电磁耦合特性建立电磁耦合模型；

利用变压器绕组的动态电感值、变压器铁心的励磁电流值为参数进行循环迭代，实现变压器磁场和电路的间接耦合。

3.根据权利要求1或2所述的变压器铁心励磁特性的有限元计算方法，其特征在于，所述建立变压器的结构模型包括：

获取窗口参数，所述窗口参数包括铁心窗口高度和铁心窗口宽度；

获取铁心参数，所述铁心参数包括铁心叠厚、铁心宽度和铁心高度；

获取绕组参数，所述绕组参数包括绕组匝数和绕组尺寸；

获取电场参数，所述电场参数包括铁心密度、铁心相对介电常数、铁心电导率、绕组相对介电常数、绕组电导率、空气相对介电常数和空气电导率；

获取磁场参数，所述磁场参数包括铁心沿轧制方向的B-H磁化曲线、铁心沿垂直轧制方向的B-H磁化曲线、绕组相对磁导率和空气相对磁导率；

基于窗口参数进行结构模型的窗口设置，基于铁心参数进行结构模型的铁心参数设置，基于绕组参数进行结构模型的绕组参数设置，基于电场参数进行结构模型的电场参数设置，基于磁场参数进行结构模型的磁场参数设置，得到变压器的结构模型。

4.根据权利要求3所述的变压器铁心励磁特性的有限元计算方法，其特征在于，

所述结构模型包括铁心部分、绕组线圈部分和空气域部分；

所述对所述变压器的结构模型进行网格剖分包括：

对铁心部分采用四面体网格进行剖分，对绕组线圈部分采用扫掠式网格进行剖分，对空气域部分采用四面体网格进行剖分；

其中，对铁心部分进行剖分的四面体网格细于对空气域部分进行剖分的四面体网格。

5.根据权利要求4所述的变压器铁心励磁特性的有限元计算方法，其特征在于，所述基于所述三维有限元磁场模型，通过电路计算获得变压器绕组的瞬态电流值和动态电感值包括：

基于所述三维有限元磁场模型和预设的变压器电路微分方程求解获得绕组的瞬态电流值和动态电感值；

所述变压器电路微分方程为：

R为电路的电阻矩阵，v(t)为电源电压瞬时值，L_D为电路的动态电感矩阵，i为绕组的瞬态电流值，t为时间。

6.根据权利要求1所述的变压器铁心励磁特性的有限元计算方法，其特征在于，所述基于所述三维有限元磁场模型，通过磁场计算获得变压器铁心的励磁电流值和磁通密度分布包括：

将所述瞬态电流值代入麦克斯韦方程计算出所述变压器铁心的磁通密度分布及励磁电流值；

所述麦克斯韦方程为：

式中：B为磁通密度，J为电流密度，H为磁场强度，E为电场强度，t为时间。

7.一种变压器铁心励磁特性的有限元计算装置，其特征在于，包括：

模型建立模块，用于建立变压器的结构模型；

网格剖分模块，用于对所述变压器的结构模型进行网格剖分，得到三维有限元磁场模型；

数据获取模块，用于基于所述三维有限元磁场模型，通过电路计算获得变压器绕组的瞬态电流值和动态电感值；

数据运算模块，用于基于所述三维有限元磁场模型，通过磁场计算获得变压器铁心的励磁电流值和磁通密度分布。