CN112395761A - 一种基于航空用变压整流器的电磁仿真验证方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于航空用变压整流器的电磁仿真方法，包括根据航空用变压整流器的内部结构，建立变压器绕组与铁心的物理模型；根据航空用变压整流器的多脉冲电气拓扑，建立变压器的外电路模型，实现电气拓扑与物理结构的联接；根据航空用变压整流器的物理结构，剖分仿真模型；根据航空用变压整流器的不同工况，设置外电路激励源和仿真求解参数，可仿真得到变压器内部的磁场云图，和变压整流器的电气性能曲线，实现变压整流器电场与磁场的耦合。本发明的一种基于航空用变压整流器的电磁方法，可根据航空用变压整流器的结构和电气拓扑，实现电场与磁场耦合的仿真验证，提供了一种验证航空用变压整流器电磁性能的验证方法。
Description
技术领域
本发明涉及航空供电系统，属于供电系统、电气安全领域。具体涉及一种基于航空用变压整流器的电磁仿真验证方法。
背景技术
航空用变压整流器在实际运行中，由于磁场的物理特性，磁力线在磁路中并不是均匀分布的，所以航空用变压整流器在不同时刻，不同的变压器铁心位置，所对应的磁场强度是不同的。但是由于无法直接对航空用变压整流器的内部磁场进行测量，导致缺乏关于磁性能的验证方法。
航空用变压整流器在目前所采用的仿真验证方式，主要是使用电场仿真软件进行电气性能仿真验证。在电场仿真的过程中，受只考虑电场的限值，只能验证航空用变压整流器在电场方面的功能性能。由于其不能将电场与磁场进行耦合，不能体现两者之间的相互影响与变化。
航空用变压整流器在不同的绕组绕制方式，和不同的电气拓扑结构下，所产生的电气性能有所差异。用电场仿真的方式，不能体现航空用变压整流器的实际结构的具体构成，具有一定的局限性。
随着航空业发展，电源产品中的变压整流器需要一种电磁仿真验证的方法，实现电场与磁场的耦合，结合航空用变压整流器的实际物理结构与电气结构，对航空用变压整流器进行电气性能的验证。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于航空用变压整流器的电磁仿真验证方法，实现电场与磁场的耦合，结合航空用变压整流器的实际物理结构与电气结构，对航空用变压整流器进行电气性能的验证。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现的：
一种基于航空用变压整流器的电磁仿真方法，包括：
根据航空用变压整流器的内部结构，建立变压器绕组与铁心的物理模型；
根据航空用变压整流器的多脉冲电气拓扑，建立变压器的外电路模型，实现电气拓扑与物理模型的联接；
根据航空用变压整流器的物理结构，剖分物理模型；
根据航空用变压整流器的不同工况，将物理模型与外电路模型进行耦合，耦合时，设置外电路激励源和仿真求解参数，仿真得到变压器内部的磁场云图和变压整流器的电气性能曲线，实现变压整流器电场与磁场的耦合。
优选的，根据航空用变压整流器内部变压器的物理结构，将铁心作为一个整体进行建模，用铁心两侧的两个对称截面表示一个完整绕组，绕组间的绝缘材料均用真空间隔表示，组成变压器的物理建模；
优选的，根据航空用变压整流器的多脉冲电气拓扑，建立变压器的外电路模型，实现电气拓扑与物理结构的联接；
所建立的变压器外电路模型，应能建立绕组间的电气连接方式，实现航空用变压整流器的多脉冲电气原理拓扑结构；
所建立的变压器外电路模型，应能与航空用变压整流器的实际绕制方式表达一致，实现电气原理与实物电气结构的耦合；
优选的，根据航空用变压整流器的物理结构，剖分仿真模型；
所建立的变压器物理模型中，在变压器绕组、气隙等不同材料接触处进行详细剖分，以便求解在不同材料接触处的磁场变化；
优选的，根据航空用变压整流器的不同工况，设置外电路激励源和仿真求解参数；
考虑航空用变压整流器所采用的多脉冲电气拓扑结构和实际工作工况，设置仿真模型的求解步长小于变压整流器的脉冲周期。
本发明的目的是为有益效果：
本发明的一种基于航空用变压整流器的电磁仿真验证方法，应用在航空领域，可根据航空用变压整流器的结构和电气拓扑，实现电场与磁场耦合的仿真验证，提供了一种验证航空用变压整流器电磁性能的验证方法，本发明所提出的仿真方法可验证变压整流器在一些极限工况下的性能指标，可以体现不同输入情况下，变压器的磁性能变化情况；在产品设计阶段通过本仿真方法进一步优化设计参数，避免产品制造过程中的大量验证工作。
附图说明
图1是航空用变压整流器物理模型图,
图2是航空用变压整流器多脉冲电气拓扑图,
图3是航空用变压整流器的外电路模型图。
具体实施方式
本发明的一种基于航空用变压整流器的电磁方法，可根据航空用变压整流器的结构和电气拓扑，实现电场与磁场耦合的仿真验证，提供了一种在变压整流器在磁场无法直接测量的条件下，使用电磁仿真进行验证的方法。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种基于航空用变压整流器的电磁仿真方法，包括：
根据航空用变压整流器的内部结构，建立变压器绕组与铁心的物理模型；
根据航空用变压整流器的多脉冲电气拓扑，建立变压器的外电路模型，实现电气拓扑与物理结构的联接；
根据航空用变压整流器的物理结构，剖分仿真模型；
根据航空用变压整流器的不同工况，设置外电路激励源和仿真求解参数，可仿真得到变压器内部的磁场云图，和变压整流器的电气性能曲线，实现变压整流器电场与磁场的耦合。
图1所示为航空用变压整流器物理模型图，由变压器铁心和变压器绕组组成，其中绕组采用箔绕方式。
根据航空用变压整流器的实际运行工况，材料参数会根据物理条件的变化而有所差异，需根据工况变化设置材料BH曲线和损耗曲线等材料信息的赋值，而非材料在某一任意工况下的参数。
航空用变压整流器中变压器绕组与铁心的建立过程中，铁心作为磁通的主回路，可按一个整体进行建模，在气隙处开槽即可，这样可以最大程度上保证磁通主回路与变压器实际运行中的磁通主回路相接近。
磁通的是根据铁心上缠绕的绕组中电流产生，所以需铁心两侧的两个对称截面表示一个完整绕组，以形成完整的磁通产生回路。
绕组间的绝缘材料均用真空间隔表示，使磁路与设计情况一致。
图2为航空用变压器整流器电气拓扑图，采用的是隔离式不对称18脉冲电压整流器的拓扑结构。
其原边采用三角形连接，副边采用自耦形式的结构产生三组三相电压(主桥相电压Va、Vb、Vc，两组辅桥相电压Vaf、Vbf、Vcf和Val、Vbl、Vcl，这两组辅桥相电压的相位分别超前与滞后主桥相电压37°)，三组三相电压分别接入三组三相整流桥，三组整流桥输出直接并联后接负载。
每个铁芯柱有六个绕组，四个副边绕组匝数为分别为副边长绕组匝数的0.746、0.746、0.389、0.389倍，从副边长绕组引出两组抽头af、bf、cf，al、bl、cl分别用于连接相应的辅助整流桥，而多边形绕组的a、b、c三个抽头接到主整流桥。
三组电压矢量长度不同，
最长，为主矢量。
由于所有电压矢量经整流桥并联输出，整流后输出电压为任意时刻线电压的最大值，在一个360°的线频率周期内，二极管由下列线电压顺序依次导通向负载供电：
Vbc→Vbcl→Vbaf→Vba→Vbla→Vcfa→Vca→Vcal→Vcbf→Vcb→Vclb→Vafb
→Vab→Vabl→Vacf→Vac→Valc→Vbfc→Vbc
图3为航空用变压整流器的外电路模型图。
航空用变压整流器外电路的建立过程中，应跟变压整流器采用的多脉冲电气原理拓扑结构表达一致，还应与变压整流器的实际绕制连接方式表达一致。
以保证所建立的外电路可使航空用变压整流器为所设计的隔离式不对称18脉冲拓扑结构，并能够与绕组物理模型进行对应，实现电场与磁场的耦合。
航空用变压整流器求解设置中，由于磁场在不同材料的连接处会发生变化，所以在变压器绕组、气隙等不同材料的接触处剖分更细致，使磁场结果更趋于准确。
同时，变压压整流器的求解设置，还要考虑航空用变压整流器所采取的多脉冲电气拓扑结构和实际工作工况。
在航空用18脉冲变压整流器中，除了要考虑变压整流器的工作工况，还要结合18脉冲的拓扑结构。
18脉冲的拓扑结构会使变压器的绕组运行频率增大18倍，所以航空用变压整流器的求解步长要小与18倍的变压整流器运行频率。
Claims (8)
1.一种基于航空用变压整流器的电磁仿真方法，其特征在于，所述方法包括：
根据航空用变压整流器的内部结构，建立变压器绕组与铁心的物理模型；
根据航空用变压整流器的多脉冲电气拓扑，建立变压器的外电路模型，实现电气拓扑与物理模型的联接；
根据航空用变压整流器的物理结构，剖分物理模型；
根据航空用变压整流器的不同工况，将物理模型与外电路模型进行耦合，耦合时，设置外电路激励源和仿真求解参数，仿真得到变压器内部的磁场云图和变压整流器的电气性能曲线，实现变压整流器电场与磁场的耦合。
2.如权利要求1所述的基于航空用变压整流器的电磁仿真方法，其特征在于，根据航空用变压整流器内部变压器的物理结构，将铁心作为一个整体进行建模，用铁心两侧的两个对称截面表示一个完整绕组，绕组间的绝缘材料均用真空间隔表示，组成变压器的物理建模。
3.如权利要求1所述的基于航空用变压整流器的电磁仿真方法，其特征在于，根据航空用变压整流器的多脉冲电气拓扑，建立变压器的外电路模型，实现电气拓扑与物理结构的联接。
4.如权利要求1所述的基于航空用变压整流器的电磁仿真方法，其特征在于，所建立的变压器外电路模型，至少能建立绕组间的电气连接方式，实现航空用变压整流器的多脉冲电气原理拓扑结构。
5.如权利要求4所述的基于航空用变压整流器的电磁仿真方法，其特征在于，所建立的变压器外电路模型，还能与航空用变压整流器的实际绕制方式表达一致，实现电气原理与实物电气结构的耦合。
6.如权利要求5所述的基于航空用变压整流器的电磁仿真方法，其特征在于，所建立的变压器物理模型中，在变压器绕组、气隙不同材料接触处进行详细剖分，以求解在不同材料接触处的磁场变化。
7.如权利要求1所述的基于航空用变压整流器的电磁仿真方法，其特征在于，根据航空用变压整流器的不同工况，设置外电路激励源和仿真求解参数。
8.如权利要求1所述的基于航空用变压整流器的电磁仿真方法，其特征在于，设置仿真模型的求解步长小于变压整流器的脉冲周期。
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