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集成滤波绕组对变压器绕组振动模态及磁特性的影响研究

史栋杰  
【摘要】:当今高速发展的社会,电力电子器件的大量使用,使谐波对电力系统的污染情况日趋严重,因此滤波技术的更新发展势在必行。感应滤波技术是由本校交直流变换实验室主导开发的一种新式谐波抑制技术,有别于传统滤波技术,感应滤波技术由集成于变压器内部的滤波绕组及外接的调谐滤波支路构成的超导回路从变压器侧抑制谐波,不仅拥有良好的滤波效果,而且能显著消除谐波磁通对变压器本体的不良影响。为了将感应滤波技术应用于舰船、城市配网变电站等对空间使用有严格要求的场合,又发展出了基于非正交解耦理论的集成滤波电抗器技术,利用这种技术将电抗器与变压器集成在一起,不仅使变压器拥有感应滤波技术优异的滤波效果,而且大大减少了电抗器所占用的空间。本文将感应滤波变压器及集成滤波变压器联立起来,希望通过理论及仿真分析来揭示加入集成电抗绕组后变压器在绕组振动模态及磁特性这两方面所产生的变化。主要开展了如下几方面的研究:分为变压器的感应滤波技术和变压器的集成电抗器技术两部分来介绍集成滤波电抗变压器的基本结构组成和工作机理。变压器的感应滤波技术包括了谐波数学模型、谐波抑制机理以及感应滤波变压器的绕组设置和阻抗设计介绍,而变压器的集成电抗器理论则包括解耦理论以及电抗绕组集成于变压器的解耦原理介绍。集成滤波电抗变压器集成了电抗器绕组,具有一种新的绕组结构,对于这种新的绕组结构进行模态分析是必要的。首先介绍了振动模态计算的原理及有限元软件ANSYS的模态分析步骤,然后对感应滤波变压器及集成滤波变压器的绕组分别进行模态仿真计算,得到这两种变压器绕组的各阶模态振型及固有振动频率,对比分析两种变压器绕组的模态参数,得到两种变压器绕组振动模态方面的异同。集成滤波电抗变压器在引入集成电抗绕组后,会对变压器的磁场分布产生一定的影响。介绍了基于ANSYS的场路耦合理论,然后分别分析了变压器的电路模型和磁场模型,接着利用场路耦合法分别对感应滤波变压器及集成滤波变压器进行电磁场分析,得到两种变压器的铁芯磁场分布矢量图、绕组漏磁通云图及绕组电磁力云图,通过对这些电磁场仿真结果的分析得到集成了电抗绕组后变压器在磁特性方面的变化。


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