卷铁心变压器三维涡流场建模与计算

周利军， 刘桓成， 江俊飞， 高仕斌， 李 威， 王东阳

(西南交通大学 电气工程学院，四川 成都 610031)

目前我国高速铁路进入发展高峰期，作为牵引供电系统中的核心设备之一的牵引变压器，其运行状态及性能与整个系统的经济性、可靠性息息相关[1-2]。牵引供电系统长期存在平均负载率低、空载时间长的问题，近年来，随着国家“节能减排”政策的提出，降低整个系统的能源消耗的需求日益迫切，而降低变压器的空载损耗是重要的途径之一。卷铁心由于其特有的卷绕特性以及经退火工艺消除了硅钢带的机械应力等原因，相比叠铁心有着损耗更低、噪音更小等优点，随着2013年第一台卷铁心牵引变压器的研制成功，大型卷铁心变压器开始逐步在铁路系统中被推广应用。

1 建模方法

1.1 卷铁心等效电导率修正

变压器铁心在制造过程中是由数以千记的硅钢片组成，具体工艺分为堆叠和卷绕，在主磁通作用下，铁心中感应出涡流，硅钢片表面的绝缘层使涡流独立地存在于每片硅钢片中[12-13]，见图1。此时，可近似认为硅钢片的电阻因涡流引起的欧姆损耗就是铁心的涡流损耗。

涡流损耗的计算需根据铁心的实际结构并结合工艺对变压器合理化建模。进行有限元仿真时，如果对铁心的所有硅钢片进行建模并剖分细致的网格，计算规模十分巨大，对计算机有很高的要求，而且受限于软件的计算能力最终即使得到仿真结果，其计算误差也很可能达不到要求的精度，这在工程设计中是不现实的，因此能够合理地计算出铁心的等效电导率，采用等效模型求解，是解决这一问题的有效手段，且能够达到一定的精度。……