轴向双分裂变压器阻抗仿真

轴向双分裂变压器阻抗仿真

轴向双分裂是一种常见的干式变压器结构，是一种松耦合结构，如牵引整流变压器、光伏电站升压变压器、能量回馈变压器等，其全穿越、半穿越的阻抗设计一般采用传统的计算方法，但经常出现设计值与实测值偏差较大，特别是半穿越阻抗经常算不准，另外在半穿越运行时，上下并联的高压线圈中的电流分配往往只能通过试验才能测得，此电流分配的比例也可称为解耦率。本文创新的采用INFOLYTICA公司的MagNet软件，建立变压器铁芯和线圈三维模型，计算轴向双分裂变压器的全穿越、半穿越阻抗、并可以计算出半穿越运行时变压器的解耦率，为此类变压器的设计带来了极大的便利。

轴向分裂变压器结构及术语含义

本文所述的仿真采用1个轴向双分裂变压器作为实例，介绍全阻抗、半穿越阻抗的仿真计算，变压器的结构如图1所示。

图1中绕组1和绕组4为上下排列的独立的低压绕组，绕组2和绕组3为上下排列的高压绕组，高压采用并联连接。

全穿越阻抗：绕组1和绕组4均短路，绕组2和绕组3并联运行，且通过额定电流时变压器的阻抗；

半穿越阻抗：绕组1通过额定电流，绕组4开路，绕组2和3并联运行，且短接时的阻抗；

解耦率：当低压仅绕组1运行时，绕组2和绕组3中均有电流，绕组2中分配电流的比例也可以称为此松耦合变压器的解耦率。

阻抗仿真的原理及步骤很多文章都提到，此处不再赘述。

图1　

图2　

图3　

图4　

变压器参数及阻抗仿真

变压器的参数及模型

此轴向双分裂变压器为高阻抗变压器，客户对于半穿越阻抗有严格的要求，具体参数要求如下：

容量：1200k VA

一次/二次电压：35/0.475/0.475kV

连接组别：Dy11y11

半穿越阻抗：>21%

解耦率要求：>90%

变压器的仿真模型

MagNet软件支持2D/3D模型文件的导入/导出操作，类型包括Auto CAD，IGES，SAT，Inventor，Pro/E等文件格式，也可以直接在软件中绘制线圈的实体模型。本文采用Inventor三维制图软件建立线圈实体模型，然后将模型导入MagNet软件中，单相线圈的三维模型见图2。

仿真电路图

全穿越仿真电路如图3。

半穿越仿真电路如图4。

在以上电路图中可以对线圈设置匝数、导线截面和电流激励等，选择线性材料类型，连续迭代方法（仅适用于3D）进行计算，牛顿公差设置成1%，CG公差设置0.01%，然后选择3D时谐场求解器求解。

仿真计算的结果对比

仿真得出阻抗结果如表1。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.15.016