CN110147559A

CN110147559A - 基于多物理场耦合的变流器多学科优化设计方法

Info

Publication number: CN110147559A
Application number: CN201810142713.XA
Authority: CN
Inventors: 王玉斌; 张祥; 翁星方; 林文彪; 谢湘剑; 孙林; 师蒙招
Original assignee: Zhuzhou CRRC Times Electric Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou CRRC Times Electric Co Ltd
Priority date: 2018-02-11
Filing date: 2018-02-11
Publication date: 2019-08-20
Anticipated expiration: 2038-02-11
Also published as: CN110147559B

Abstract

本发明公开了一种基于多物理场耦合的变流器多学科优化设计方法，包括如下步骤：S1.1.在变流器的模型中选取需要优化的目标，并对所述目标进行参数化建模，得到三维参数化模型；S1.2.提取所述三维参数化模型中预设区域的几何信息，修改配置参数使得能够输出非几何信息，并输出中间文件；S1.3.根据所述中间文件搭建优化流程，构建CFD热仿真模型，提取需要优化的参数化尺寸变量，确定优化目标和约束条件；S1.4.执行优化，得到优化后的几何参数。具有解决了传统设计中存在的多学科分离问题，可同时充分考虑不同学科的设计要求，大大降低大功率变流器的设计周期，降低设计成本等优点。

Description

基于多物理场耦合的变流器多学科优化设计方法

技术领域

本发明涉及一种变流器设计技术领域，尤其涉及一种基于多物理场耦合的变流器多学科优化设计方法。

背景技术

随着现代工业的不断发展，对变流柜的要求越来越高，体积小、热耗大的新型变流柜逐渐成为市场需求的主流，而小体积，大功耗的变流柜必须要求有良好的散热设计。器件过热势必降低变流柜产品可靠性和安全性，进而导致高昂的设计成本。为了确保变流柜整机系统的可靠性，工程师需要使用仿真工具来确保变流柜产品良好的散热设计。

变流柜产品的迅速更新需要工程师具有便捷的热设计能力，工程师可以需要通过仿真标准电子组件来建立变流柜的真实热模型，同时进行快速计算，得到产品的热特性分布。在得到变流柜热特性分布的前提下，能够通过仿真工具，对产品进行优化设计，建立优化平台，实现产品的快速优化仿真。

目前，能馈变流器的整体简图如图1所示。能馈变流器主要采用风冷的散热形式，变流器的热源主要集中在绝缘栅双极型晶体管(IGBT)和电抗器等模块，散热器通过基本与主要热源IGBT模块连接，将热量传导到散热翅片上。在变流器通风系统的出风口有风扇采用吸风的方式，迫使外部气流通过进气隔栅，流经电抗器和断路器，然后汇聚到中间主要气流通路，气流通过散热器模块将热量带走，加热以后的热气流通过风扇排到外空间。

变流器发热模块热量的散发主要通过热传导、热对流和热辐射三种方式，在温度比较低的情况下，导热和对流为主要的散热方式。通过计算流体动力学方法，建立变流器散热过程的数学模型，可以同时在宏观和微观上研究模块散热的过程，了解当前散热设计的优点和缺点，然后在此基础上，改进设计以满足更高的设计要求。

对于中压能馈变流器来说，其尺寸日益紧凑，宽度由原来的1.2m宽缩减到目前的0.6m宽，功率也发展到由原来的持续900KW，峰值1.8MW到持续1.25MW，峰值2MW，使得变流器的热设计与优化以及进一步提高功率密度工作愈来愈难。

目前通过提高热仿真精度以及改进散热形式积累了一些热优化方面的经验。热仿真方面摒弃了之前ICEPAK仿真平台采用更为复杂的STAR-CCM+通用CFD仿真平台，用多面体网格取代纯四面体网格，建立更为详细的风道、风机及蜗壳、散热器等CFD模型，使用更为准确的风机仿真模型如MRF、滑移网格，以及更为复杂的湍流模型及边界层模型。通过上述方式极大地提高了整机仿真精度，最新的750V能馈北京8号线对比了6个点温度，平均误差不超过1K。通过CFD仿真对整机流场分布及湍流死区有了详细的了解，为后续多学科优化奠定了坚实的基础。

但在面对进一步提高功率密度要求时遇到了瓶颈，仅仅改变某一个散热部件(如风机风量、散热器等)参数很难显著提高散热效率而又不恶化其他方面的指标(如噪音)，往往故此失彼，无法得到最优的解决方案。

根据已有研究的报道并结合变流器产品的特点，在变流器的设计过程中会存在以下技术难点：

1、电抗器及变压器的磁-热耦合模拟；建立详细的电磁仿真模型计算表面热分布并插值到CFD网格模型中进行磁-热耦合模拟有一定的难度；

2、翅片散热器温度场热均衡问题；目前能馈变流器的模块热均衡极差，受限于铝型材散热器的导热能力，不同点的温差较大；

3、整机级别的多目标优化；能馈变流器整个系统器件较多，散热系统尤其是风冷系统较为复杂，而本项目又是立足于整机的多目标优化，包括风道、散热器、风机、过滤器等多部件协同优化才有可能完成最高温度降10K及模块台面温差不超过8K的目标，而多学科优化对硬件的消耗极大，整机级别的多目标优化几乎难以实现，后续目标子系统分解和关键部件的优化均较为困难；

4、热优化平台的搭建；目前市面上的多学科优化平台均为通用仿真平台，没有专门针对CFD仿真的多学科优化平台，其流程复杂、可操作性差，优化结果不理想，推广起来较难，本项目需搭建一套专门针对变流器热优化的优化平台，需满足操作流程简洁易用、优化算法简单适用、优化结果理想等特点，但开发出一套这样的平台存在很大的困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种解决了传统设计中存在的多学科分离问题，可同时充分考虑不同学科的设计要求，大大降低大功率变流器的设计周期，降低设计成本的基于多物理场耦合的变流器多学科优化设计方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种基于多物理场耦合的变流器多学科优化设计方法，包括如下步骤：

S1.1.在变流器的模型中选取需要优化的目标，并对所述目标进行参数化建模，得到三维参数化模型；

S1.2.提取所述三维参数化模型中预设区域的几何信息，修改配置参数使得能够输出非几何信息，并输出中间文件；

S1.3.根据所述中间文件搭建优化流程，构建CFD热仿真模型，提取需要优化的参数化尺寸变量，确定优化目标和约束条件；

S1.4.执行优化，得到优化后的几何参数。

进一步地，还包括步骤：

S1.A.构建变流器的模型，并进行初始化；

S1.B.进行热分析，得到温度场分布与流场分布的数据文件；

S1.C.根据所述数据文件判断所述变流器是否满足设计需求，当不满足时执行步骤S1.1。

进一步地，在步骤S1.4之后，还包括步：根据所述步骤S1.4得到的几何参数，修改所述步骤S1.A中的模型，并再次执行所述步骤S1.A至S1.C。

进一步地，步骤S1.A中所述初始化包括：设置热分析参数，设置边界条件，设置网络参数，划分CFD网格；

所述热分析参数包括：散热部件材料的比热和导热系数，风机的功率流量，PQ特性曲线，环境温度；

所述边界条件包括：进风口边界条件，出风口边界条件和壁面边界条件。

进一步地，还包括磁热耦合优化步骤：

S2.1.根据所述变流器的模型生成电磁分析模型并进行初始化，进行电磁分析，并输出功率损耗数据表；

S2.2.根据所述变流器的模型生成流场分析模型并进行初始化，并进行流场网格划分，导入所述功率损耗数据表并插值至所述流场网格中，进行流场分析。

进一步地，所述电磁分析模型的初始化包括：设置电磁材料的属性，定义边界条件，设置电学条件，定义激励，划分四面体网格；

所述流场分析模型的初始化包括：划分网格。

进一步地，所述电磁分析模型和所述流场分析模型具有相同的坐标系。

进一步地，所述变流器的模型为机、电、热三场耦合的数学模型。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明在变流器优化设计中，采用机、电、热三场耦合的数学模型，并使用热场和电磁场的参数作为优化目标或约束条件，解决了传统设计中的多学科分离问题；同时可以充分考虑到不同学科的设计要求，大大降低了大功率变流器的设计周期，加速了产品的推出速度，减少样机试制，节约了设计的成本。

2、本发明的优化设计方法，不但充分利用现有的商业软件进行计算机辅助设计，还通过设计实物样机、实际测试，来检验计算机仿真的结果，并根据实验加以修正，使得最终设计出的产品更加符合实际。

附图说明

图1为现有技术中能馈变流器的整体结构简图。

图2为本发明具体实施例的流程示意图。

图3为本发明具体实施例流程示意图二。

图4为本发明具体实施例导风板设计实例示意图。

图5为本发明具体实施例导风板设计实例参数化建模展示示意图。

图6为本发明具体实施例导风板设计三维模型示意图。

图7为本发明具体实施例导风板设计的STAR-CCM+计算残差图。

图8为本发明具体实施例导风板设计进出风口阻力压降曲线图。

图9为本发明具体实施例导风板设计热仿真流速分布图。

图10为本发明具体实施例导风板设计几何变量定义及响应定义示意图。

图11为本发明具体实施例导风板设计HYPERSTUDY多目标优化空间探索图。

图12为本发明具体实施例导风板设计多目标优化空间分布图。

图13为本发明具体实施例导风板设计所得到最优解导风板结构示意图。

图14为本发明具体实施例变流器三维模型示意图。

图15为本发明具体实施例变流器电磁仿真模型示意图。

图16为本发明具体实施例变流器励磁电路设置示意图。

图17为本发明具体实施例变流器磁热耦合插值示意图。

图18为本发明具体实施例变流器磁热耦合模拟温度分布图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图2所示，本实施例的基于多物理场耦合的变流器多学科优化设计方法，步骤为：S1.1.在变流器的模型中选取需要优化的目标，并对目标进行参数化建模，得到三维参数化模型；S1.2.提取三维参数化模型中预设区域的几何信息，修改配置参数使得能够输出非几何信息，并输出中间文件；S1.3.根据中间文件搭建优化流程，构建CFD热仿真模型，提取需要优化的参数化尺寸变量，确定优化目标和约束条件；S1.4.执行优化，得到优化后的几何参数。

在本实施例中，在步骤S1.1之前，还包括构建变流器模型，并通过模型进行分析，确定是否需要进行优化的步骤。具体步骤为：S1.A.构建变流器的模型，并进行初始化；S1.B.进行热分析，得到温度场分布与流场分布的数据文件；S1.C.根据数据文件判断变流器是否满足设计需求，当不满足时执行步骤S1.1。变流器的模型为机、电、热三场耦合的数学模型。

在本实施例中，在步骤S1.4之后，还包括步：根据步骤S1.4得到的几何参数，修改步骤S1.A中的模型，并再次执行步骤S1.A至S1.C。通过执行步骤S1.1至步骤S1.4的优化过程，得到优化后的几何参数后，还可以根据优化后的几何参数，来调整步骤S1.A所构建的变流器模型，对调整后的变流器模型，再次进行热分析，判断是否已满足设计需求，不满足时再次通过步骤S1.1至S1.4的步骤进行优化，重复上述过程，直到变流器的设计满足设计需求。

在本实施例中，步骤S1.A中初始化包括：设置热分析参数，设置边界条件，设置网络参数，划分CFD网格；热分析参数包括：散热部件材料的比热和导热系数，风机的功率流量，PQ特性曲线，环境温度；边界条件包括：进风口边界条件，出风口边界条件和壁面边界条件。

在本实施例中，还包括磁热耦合优化步骤：S2.1.根据变流器的模型生成电磁分析模型并进行初始化，进行电磁分析，并输出功率损耗数据表；S2.2.根据变流器的模型生成流场分析模型并进行初始化，并进行流场网格划分，导入功率损耗数据表并插值至流场网格中，进行流场分析。电磁分析模型的初始化包括：设置电磁材料的属性，定义边界条件，设置电学条件，定义激励，划分四面体网格；流场分析模型的初始化包括：划分网格。电磁分析模型和流场分析模型具有相同的坐标系。

在本实施例中，通过PROE软件来构建变流器模型，通过SATR-CCM+软件进行热分析，通过HYPERSTUDY软件进行多学科优化，包括热优化、电磁优化。

在本实施例中，以一个具体的变流器优化过程为例进行说明，其优化过程可采用不同的软件来实现，如图3所示，加粗字体的实线框表示所采用的软件，包括CreoParametric，Maxwell，HyperStudy，STAR-CCM+等，虚线框表示通过软件生成的文件，箭头表示优化的流程，当然也可以采用其它软件。变流器包括柜体(变流柜)和安装在柜体内的相关设备，如变压器等，柜体的外形为六面体，包含两个气流入口，一个气流出口。步骤S1.A，根据变流器的初始设计的尺寸和结构，建立变流器的CAD模型，并设置好CAD模型中散热部件材料的比热和导热系数，风机的功率流量，以及PQ特性曲线，环境温度等热分析参数。并设置好CAD模型中进风口、出风口、壁面等边界条件，调整网络参数，进行CFD网格划分。步骤S1.B，采用STAR-CCM+软件对CAD模型进行热分析，得到变流器整机的温度场分布与流场分布数据，并整理成热分析的数据文件。步骤S1.C，根据该热分析的数据文件，结合实际工程情况，即可以判断变流器的设计方案是否满足设计要求，当满足设计要求可直接输出设计结果，如果不满足设计要求，则需要对变流器的设计方案进行进一步的优化，则对需要优化的零部件或尺寸进行优化设计。

在本实施例中，步骤S1.1，设通过对热分析的数据文件进行判断，确定需要对变流器的能馈风机出风口90度导风板进行进一步地降阻优化。导风板的现有设计如图4所示，共分成5段，每段用样条曲线进行连接，共4个节点，每个节点有水平和竖直位置两个定位尺寸，除了第一个节点的水平尺寸不能更改之外其他7个尺寸均可以进行优化，也即附图4所示的A、B、C、D、E、F、G尺寸。其中A尺寸变化范围为50～400mm，初始值为130mm(初始值也即多目标优化的最初值)，增量为25mm(增量即每次变化的尺寸量)，共15个变量值；B尺寸变化范围为260～350mm，初始值为333mm，增量为3mm，共31个变量值；C尺寸变化范围为100～450mm，初始值为213mm，增量为25mm，共15个变量值；D尺寸变化范围为100～300mm，初始值为267mm，增量为5mm，共41个变量值；E尺寸变化范围为20～400mm，初始值为74mm，增量为10mm，共39个变量值；F尺寸变化范围为10～250mm，初始值为108mm，增量为5mm，共49个变量值；G尺寸变化范围为1～200mm，初始值为15mm，增量为5mm，共40个变量值。导流板的CAD参数化建模如图5所示。该过程中通过PROE5.0软件在变流器的CAD模型中提取导风板进行CAD参数化建模，得到导风板的三维CAD参数化模型，如图6所示，并定义了A、B、C、D、E、F、G共7个参数化尺寸。步骤S1.2，提取导流板的进风口、出风口、壁面等预设区域的几何信息，修改config.pro配置文件，将其中STEP-EXPROT-FORMAT的值进行相应的修改，使得能输出非几何信息，在完成导流板的参数化定义后，输出STEP格式的中间文件。

步骤S1.3，在本实施例中，在生成导风板的三维CAD参数化模型，输出STEP格式的中间文件后，通过STAR-CCM+软件导入该STEP格式的中间文件，设置网格分布参数，划分多面体网格，并设置部件各部分的具体材料参数及物料模型，赋予各进风口、出风口的边界条件，得到CFD热仿真模型，如图6所示。通过进行运行计算，可得到整个风道的流程分布，计算的残差曲线如图7所示，残差收敛且曲线平整。计算完成后进行后处理操作，设置进、出风口压降曲线，如图8所示，计算压降值，作为后续多目标优化的目标值，进、出风口压降曲线在后期趋于稳定，压降值保持不变。同时，创建导风板速度矢量图，截取中间面作为载体，如附图9所示，后续作为HYPERSTUDY软件多目标优化输出截图。

在本实施例中，搭建优化流程为，由HYPERSTUDY软件调用CREO模块和STAR-CCM+模块，设置相关驱动参数，可自动实现HYPERSTUDY软件调用CREO软件实现三维几何造型并参数化建模，并自动输出STEP格式的中间文件。通过事先创建好STAR-CCM+与HYPERSTUDY接口、HYPERSTUDY与CREO接口，并将接口调通。驱动STAR-CCM+导入STEP格式文件自动划分网格，将构建CFD热仿真模型的操作自动执行一遍，包括前处理、求解、后处理。

在本实施例中，完成优化流程搭建后，设计优化的目标和约束条件，定义几何变量如附图10所示，定义需要优化的几何尺寸变量的范围和初始值，以及相关的目标响应和约束响应。尺寸变量的范围和初始值与前面所定义的尺寸变量的范围和初始值保持一致，目标响应与前面所定义的进出风口压降曲线保持一致。

在本实施例中，在HYPERSTUDY中采用GRSM智能全局自适应优化算法，该算法包含了一组全局和局部优化算法策略，可以根据不同的case自动调整，兼顾了速度与精度。将进、出风口压降设为目标，要求求得压降最小也即阻力最低的导风板，共采用150个case也即150个样本值。图11是本实施例的HYPERSTUDY软件多目标优化空间探索图，图12是多目标优化空间分布图。本实施例的HYPERSTUDY的优化过程总共运行了150个case，其中90是有效解，10％是无效解，最终得到的最优解如附图13所示，相比初始值压降降低了32.4％，由此可知整个优化平台可有效提升产品性能，深度挖掘优化潜能，提高产品开发速率和上市周期。

之前的电抗器热仿真工作都是根据电气工程师粗略估算的铜损和铁损，在整机CFD仿真建立一个外形相似的固体域，然后将估算的铜损和铁损作为总热源均匀布置于整个CAD模型中，进行整机热分析。由于电抗器温度较高，采用上述方法模拟整机热分布时电抗器附件器件的温度往往偏低，影响整机指标评估。尤其针对能馈变流器，电抗器与模块之间距离较近且中间并无隔热板，电抗器的温度对模块IGBT影响较大，采用上述均布热源的方法会导致仿真结果比实际低，从而影响后续优化的准确性与精度。因而需要对电抗器建立详细的电磁仿真模型，精确计算电抗器的铜损和铁损，将磁场分析所产生的分布热功率映射到流体模型中，从而精确分析整机热分布和流场分布，提高热仿真精确度。

在本实施例中，在前述的变流器热仿真分析中，变流柜仅有热传导作用，且温度很低，不是温度分析关注与考核的对象。变流器模型的内部设置有磁感应热源(变压器)、普通热源、两个铝制翅片散热器，其在变流器柜体中的位置如图14中所示的两个立体模块。从热分析角度来看，该内部模块与变流柜实际所含模块相比仅仅体现在形状和数量上，分析实质相同，变压器模块类比变流柜内所含变压器(电磁感应发热)，另一个立体模块类比变流柜内其他热源模块(电阻发热)。两个翅片散热器均为铝材，仅有散热作用，不参与电磁感应。

在本实施例中，进行磁热耦合优化，包括进行变流器的电磁分析。进行磁场分析，只需要单独提取出与电磁感应相关的模块，即本实施例中，只需提取出变压器。其他相关模块均为铝制，由于铝非导磁物质，故不涉及电磁感应。本实施例中，为了减少计算规模期间，变压器因为对称性只取一半模型分析。实际模型，因为整体模型并非对称，分析应取全部模型。如图15所示，模型中深色部分为铁芯，浅色部分为铜绕组，采用有限元模型。在本实施例中，设置电磁材料的属性，只需要选中相应的材料，鼠标左键拖拽到图形窗口相应物体上即可，将Copper(铜)拖拽到绕组上，绕组的材料即被赋予，铁芯设为铁磁材料。

在本实施例中，，定义边界条件也是通过鼠标左键拖拽的方式添加到图形窗口的模型的相应边界面上。此处Symmetry Boundary(对称边界)添加到了对称面上。另外，模型中绕组和铁芯并非连续，磁场分析必须建立空气域(真空域、油等介质域)将模型变为连续体，将在网格划分时创建。

在本实施例中，设置电学条件包括设置铁损计算条件和有限元线圈。铁损计算条件直接拖拽到模型树conditions栏目下。有限元线圈不需要定义电感，电感由解算器自动计算，与电路设置的电感线圈(普通电感)相区别，有限元线圈将和电路相关联。模型中每组线圈都包含一次线圈、二次线圈，又分别对应三相电路的U、V、W三相，一共存在六个线圈，所定义的线圈的电流方向与实际电路中电流的方向一致。

磁场分析必须有激励源，简单模型分析可以根据实际条件直接在模型添加电流作为激励。对于复杂模型分析，将需要通过定义外电路的方式创建复杂激励，并将之与有限元模型关联。本实施例中，分析对你为三相变压器，采用添加外电路的方式，定义激励如图16所示，，三相电源为星形连接作为变压器的输入，负载为三角形连接，作为变压器的输出。电路中共六个有限元线圈将分别与有限元模型六个实体绕组关联。

在本实施例中，电磁分析中只有三角形(2D)、四面体(3D)网格，网格也不通用，无法和流体网格保持一致，意味着数据由磁场模型传递进流体模型不可能是直接映射，只能是插值映射。由于电磁场是一种看不见摸不着的场，可以不依附于任何介质而存在。因此，仿真模型通常不连续，本实施例中线圈和铁芯就是孤立的，因此必须建立求解域将所有物体联系起来，方能求解。求解域依据物体实际所处介质，例如油、空气、真空等。本实施例中，通过划分四面体网格，通过Maxwell软件进行电磁求解，输出csv格式的功率损耗数据表。在完成电磁分析后需要进一步开展流体分析，即CFD分析。在STAR-CCM+软件中导入Maxwell电磁分析产生的csv格式的功率损耗数据表，并在STAR-CCM+中自动建立Mapped column4场函数，该函数以空间笛卡尔坐标作为自变量，以磁场功率密度作为因变量，在流体模型中描述了磁热损耗功率分布，可直接用于流体分析中热源加载。

在本实施例中，变压器热源是以体积热源的形式通过场函数(Mapped column4)进行插值映射加载，图17所示为铜绕组热源加载，变压器铁芯热源的加载同样也选择该函数表达；常规热源是以总功率或平均功率密度的形式进行加载，直接加载为3000W，该功率需要事先计算，如IGBT的功率。通过流体传热分析，所得温度分布如附图18所示，可以确定，变压器(磁感应热源)和长方体(普通热源)的温度都较散热器温度要高，说明磁场功率数据已经耦合进流体模型中。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种基于多物理场耦合的变流器多学科优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.4.执行优化，得到优化后的几何参数。

2.根据权利要求1所述的基于多物理场耦合的变流器多学科优化设计方法，其特征在于：还包括步骤：

S1.A.构建变流器的模型，并进行初始化；

S1.B.进行热分析，得到温度场分布与流场分布的数据文件；

3.根据权利要求2所述的基于多物理场耦合的变流器多学科优化设计方法，其特征在于：其特征在于，在步骤S1.4之后，还包括步：根据所述步骤S1.4得到的几何参数，修改所述步骤S1.A中的模型，并再次执行所述步骤S1.A至S1.C。

4.根据权利要求3所述的基于多物理场耦合的变流器多学科优化设计方法，其特征在于：步骤S1.A中所述初始化包括：设置热分析参数，设置边界条件，设置网络参数，划分CFD网格；

5.根据权利要求4所述的基于多物理场耦合的变流器多学科优化设计方法，其特征在于，还包括磁热耦合优化步骤：

6.根据权利要求5所述的基于多物理场耦合的变流器多学科优化设计方法，其特征在于：所述电磁分析模型的初始化包括：设置电磁材料的属性，定义边界条件，设置电学条件，定义激励，划分四面体网格；

所述流场分析模型的初始化包括：划分网格。

7.根据权利要求6所述的基于多物理场耦合的变流器多学科优化设计方法，其特征在于：所述电磁分析模型和所述流场分析模型具有相同的坐标系。

8.根据权利要求1至7任一项所述的基于多物理场耦合的变流器多学科优化设计方法，其特征在于：所述变流器的模型为机、电、热三场耦合的数学模型。