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专利号: 2018102584299
申请人: 东北电力大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种变压器绕组匝间短路振动加速度的计算方法,其特征是,它包括以下步骤:

1)磁场模型

针对变压器励磁非线性问题,采用磁场模拟的方法进行分析,不考虑磁滞效应,采用矢量磁位有限元法,根据Maxwell方程得到变压器非线性磁场方程:式(1)中μ为磁导率,A为矢量磁位,J为电流密度矢量,求解场域的整体插值函数为:

式(2)中,Ml为基函数序列,l=1,2,…,ln,由相关单元形状函数对应叠加形成,n为基函数序列通项编号,ln为总棱边数,应用格林定理,得到伽辽金加权余量方程:

式(3)中,Mm为权函数序列,Ω表示边界体积分量,磁场模型中若已知绕组电流i,将加权余量方程离散形成代数方程组,求解可得A,进而计算磁场能量;

2)电路模型

变压器磁链方程

ψ=LW(t,ia)ia                                                  (4)式(4)中,t为时间变量;ψ为磁链向量;LW为静态电感矩阵,表示磁链与电流的关系;ia为绕组电流向量,由u=dψ/dt,变压器时域电路微分方程为:式(5)中,u为电压激励;LD为动态电感矩阵,电路模型中采用四阶龙格库塔法对式(5)求解,由th时刻的线圈电流ih计算th+1时刻的ih+1:式(6)中,s1为步长,x1~x4为步长内的分段计算斜率,基于能量扰动的原理,根据时变的系统能量计算动态电感,当线圈电流增加Δi时,将电源总能量与动态电感和电流关联:式(7)中,p、q为绕组编号,ΔW1为外部电源提供的能量增量,另一方面,在时域计算过程中,每一时刻的非线性磁场按稳态场求解,此时磁场能量增量计算采用局部线性化计算方法;若电流增量为Δi时,变压器内部系统的磁场能量增量为:式(8)中,ΔW2为磁场能量增量,B为磁感应强度,H为磁场强度,由能量平衡原理,式(7)和式(8)的能量相等,则可计算动态电感矩阵LD;

3)绕组振动加速度的计算

变压器绕组作为多自由度机械系统,绕组振动是电磁力激励下的强迫振动,变压器绕组的电磁力使用虚位移法计算:式(9)中,Fr为作用在r方向的电磁力,Wm为绕组漏磁场的磁场储能,ib为基于场路耦合计算得到的绕组电流;

通过瞬态电磁场分析得到绕组随时间变化的电磁力,对其进行傅里叶变换,得到各谐波分量,并作为简谐激励源,进行稳态结构谐响应振动分析,考虑材料刚度与简谐激励的频率,受力谐响应分析原理为:式(10)中,M为质量矩阵,C为阻尼矩阵,K为刚度矩阵,F为载荷矩阵,ω为简谐激励的角频率;s表示位移;

根据振动位移可计算振动加速度g: