Все ответы об инженерном анализе

Перед началом работы настоятельно рекомендуем ознакомиться с правилами форума.

Особенности моделирования трансформаторов в Ansys EDT 17.1 EDDY CURRENT

AdultCore
Аватар пользователя AdultCore

Здравствуйте. Уже довольно длительное время занимаюсь расчётом добавочных потерь в элементах конструкции трансформаторов, но никак не могу добиться удовлетворительных результатов. Потери по какой-то причине оказываются занижены в несколько раз. И это приводит меня к мысли, что я, возможно, неправильно моделирую трансформатор. Расчёт веду в трёхмерной постановке в гармоническом режиме (Eddy current). 

Трансформатор моделирую так : В редакторе цепей задаю обмотки, на первичку подаю напряжение, ко вторичке подключаю активную нагрузку. Фазные токи и напряжения получаю именно такие и должны быть. (Induced Voltage, current)

1) Вместо проектных 1.65 Тл индукции в магнитопроводе трансформатора я получаю 1.8-1.9 Тл, в лучшем случае 1.7 Тл. В связи с этим у меня возникают такие вопросы :

а) Каким образом Максвелл в режиме Eddy Current учитывает кривую намагничивания материала с нелинейными магнитными свойствами?

б) Что может давать такую значительную прибавку в индукции?

в) Насколько сильно может повлиять замена множества пластин в магнитопроводе на несколько, эквивалентных им по размеру. (В ходе расчётов магнитопровод приходится упрощать ради уменьшения количества конечных элементов)

г) Какую именно индукцию нам выдаёт Максвелл под именем magB? Это ведь наше привычное Bm?

2) Для ускорения расчёта вихретоковых потерь в массивных элементах конструкции в Maxwell существует граничное условие Impedance boundary. Элементы конструкции обычно сделаны из сталей ст.3 и 09Г2С. Для того чтобы применить это граничное условие, глубина проникновения delta должна быть в несколько раз меньше толщины элемента. В связи с этим есть такие вопросы :

а) Что делать в случае с материалом обладающим нелинейными магнитными свойствами? Каким образом понять, что мы можем применить это граничное условие? Ведь mu у нас изменяется в зависимости от напряжённости магнитного поля.

б) В чём вообще суть nonlinear impedance boundary которое теперь имеется в версии 17.1, имеется ввиду теоретический базис, принципы, формулы.

в) Работает ли вообще эта граница для материалов с нелинейными свойствами? Но тогда почему есть возможность выбрать материал?

3) Следующий вопрос - группа соединения обмоток. Как в Максвелле можно учесть угол фазового сдвига между линейными напряжениями первичной и вторичной обмоток? В первичной обмотке то ясно, я совершенно легко выставляю сдвиг в 120 градусов между фазными напряжениями. А как быть с линейными напряжения обмоток ВН и НН?

4) Кривые намагничивания. Нашёл на форуме раздел с кривыми намагничивания (Огромное спасибо всем кто там поделился!!!). Но найти кривую для стали 09Г2С не смог, не смог найти её и в справочниках, и интернете. Если у кого-нибудь есть, пришлите пожалуйста ( лучше в ответ к посту, чтобы все смогли воспользоваться)

Буду рад любой помощи, будь то какие-то советы, догадки, ваш опыт прошлого моделирования подобных проблем, подходы к решению моей проблемы. 

Я несколько раз уже пытался довести это дело до конца, но всё время что-то отвлекало. Теперь очень хочется разобраться, и по каждому решенному вопросу из списка, или ходу решения по вашим подсказкам буду отписываться в комментариях к записи.

Если чего-то не хватает для полноты понимания сути вопросов - пишите, постараюсь прислать,.

Klyavlin
Аватар пользователя Klyavlin

1) Вместо проектных 1.65 Тл индукции в магнитопроводе трансформатора я получаю 1.8-1.9 Тл, в лучшем случае 1.7 Тл. В связи с этим у меня возникают такие вопросы :

а) Каким образом Максвелл в режиме Eddy Current учитывает кривую намагничивания материала с нелинейными магнитными свойствами?

В хелпе: Nonlinear Eddy Current Field Simulation, Sinusoidal B

nonlinear problems are usually based on all harmonic com­ponents of the fields.

That is to say for nonlinear problems, though the current is sinusoidal at its input, the resulting fields are “harmonically rich.” Although the B- and H-fields are not sinusoidal at output, the Max­well 2D and 3D non-linear Eddy current solvers use equivalent fundamental components of B and H to approximate non-linear field behavior associated with the assigned non-linear BH characteristic.

б) Что может давать такую значительную прибавку в индукции?

Специально провел эксперимент в трех решателях на единой сеточной модели, чего и Вам советую. Нелинейный магнитопровод с одной катушкой. Измерялся поток в сечении.

Результат: магнитостатика (1.79e-6) = нестационар (1.81e-6), что должно быть обязательно, едди (2.126e-6) на 16-18% отличие. Почему, может быть общее поле есть суперпозиция полей в каждом элементе (nonlinear problems are usually based on all harmonic com­ponents of the fields). Еще одно земечание, при синусе тока, поток в нестационаре не синус:

Могу посоветовать особенно тщательно обратить внимание на ввод данных кривой намагничивания. Кривая должна быть очень гладкой, введенную кривую посмотрите на лог. шкале.

в) Насколько сильно может повлиять замена множества пластин в магнитопроводе на несколько, эквивалентных им по размеру. (В ходе расчётов магнитопровод приходится упрощать ради уменьшения количества конечных элементов)

Обычно используют Lamination для массивного тела. Шихтовку в явном виде не моделируют.

г) Какую именно индукцию нам выдаёт Максвелл под именем magB? Это ведь наше привычное Bm?

Это должна быть амплитуда вектора B.

2) Для ускорения расчёта вихретоковых потерь в массивных элементах конструкции в Maxwell существует граничное условие Impedance boundary. Элементы конструкции обычно сделаны из сталей ст.3 и 09Г2С. Для того чтобы применить это граничное условие, глубина проникновения delta должна быть в несколько раз меньше толщины элемента. В связи с этим есть такие вопросы :

Из хелп:

Ohmic Loss for an Eddy Current Solution

The choice between bulk material loss and the surface boundary condition is problem dependent. The boundary condition should be applied whenever the conductor is much thicker than the skin depth at the solution frequency. In this case, the unknowns within the conductor are not included in the unknown vector, resulting in a smaller matrix and a faster analysis. However, if the conductor is not thick relative to the skin depth, the bulk material conductivity must be used to arrive at an accurate solution.

а) Что делать в случае с материалом обладающим нелинейными магнитными свойствами? Каким образом понять, что мы можем применить это граничное условие? Ведь mu у нас изменяется в зависимости от напряжённости магнитного поля.

Хороший вопрос. Всегда, если в чём-то сомневаетесь, проведите эксперимент в разных решателях. Посчитайте в явном виде потери в transient на эквивалентной упрощенной задаче и в eddy с IBC, сделайте вывод о возможности применения.

б) В чём вообще суть nonlinear impedance boundary которое теперь имеется в версии 17.1, имеется ввиду теоретический базис, принципы, формулы.

В хелпе это есть. Ohmic Loss for an Eddy Current Solution

В личку отправлил кое-какие материалы.

в) Работает ли вообще эта граница для материалов с нелинейными свойствами? Но тогда почему есть возможность выбрать материал?

Должна работать.

3) Следующий вопрос - группа соединения обмоток. Как в Максвелле можно учесть угол фазового сдвига между линейными напряжениями первичной и вторичной обмоток? В первичной обмотке то ясно, я совершенно легко выставляю сдвиг в 120 градусов между фазными напряжениями. А как быть с линейными напряжения обмоток ВН и НН?

Вообще не понятно о чём речь. Если сомневаетесь в подключениях, используйте схему.

4) Кривые намагничивания. Нашёл на форуме раздел с кривыми намагничивания (Огромное спасибо всем кто там поделился!!!). Но найти кривую для стали 09Г2С не смог, не смог найти её и в справочниках, и интернете. Если у кого-нибудь есть, пришлите пожалуйста ( лучше в ответ к посту, чтобы все смогли воспользоваться)

Нужно искать аналоги. Америка, Япония. Посмотрите библиотеку JMAG.

09Г2С

  A 516-55
A 516-60
A 516-65
A 561 Gr70
- SM41B
SB49
AdultCore
Аватар пользователя AdultCore

Здравствуйте, спасибо за быстрый и основательный ответ. По поводу сравнения результатов магнитостатики, эдди и трансиента. В магнитостатике у нас есть возможность задать только постоянный ток, и поэтому магнитопровод уходит в насыщение при номинальных токах. Поэтому вопрос, корректно ли в Максвелле моделировать режим хх просто заданием тока хх в первичке, а на вторичке задать 0?

Добавить комментарий

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии
Приложить файл

Максимальный размер файла: 999 МБ.
Допустимые типы файлов: txt doc docx xls xlsx pdf rar zip 7zip tar.