一种陶瓷绝缘干式变压器散热结构优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种陶瓷绝缘干式变压器散热结构优化设计方法，包括以下步骤：1)确定设计对象；2)设计陶瓷绝缘干式变压器，构建多种陶瓷绝缘干式变压器的设计方案；3)使用Visual Basic自编程作为陶瓷绝缘干式变压器散热结构的设计软件；4)在Visual Basic自编程软件界面上输入不同方案的陶瓷绝缘干式变压器结构参数，并分别建立有限元模型进行磁‑热‑流多场的耦合计算，得到各方案对应的陶瓷绝缘干式变压器的温度分布及散热情况，选择最优的陶瓷绝缘干式变压器的温度分布及散热情况作为最终的设计方案，完成陶瓷绝缘干式变压器散热结构的优化设计，该方法能够实现陶瓷绝缘干式变压器散热结构的优化设计，使其散热能力达到最优。

An optimization design method of heat dissipation structure of ceramic insulated dry-type transformer

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷绝缘干式变压器散热结构优化设计方法
本专利技术涉及一种散热结构优化设计方法，具体涉及一种陶瓷绝缘干式变压器散热结构优化设计方法。
技术介绍
变压器根据冷却方式的不同，可分为油浸式变压器和干式变压器。两种变压器的主要部件相同，即铁芯和绕组。区别仅在于冷却介质不同，油浸式变压器以绝缘油作为冷却介质，而干式变压器以气体作为冷却介质，其中大多是空气。随着现代社会工业化进程的不断发展，电力系统和变压器的电压等级不断提高。因为受限于绝缘而导致电压不能过高，曾导致干式变压器的发展远远落后于油浸式变压器。随着世界经济的飞速增长，城市建设加快，人口骤增。而油浸式变压器防火性能较差，不适合安装在这种人口密集或者防火要求较高的场所，此时干式变压器的优异性就得以体现。因此目前在电力系统的配电网中，使用最多的就是干式变压器。干式变压器的防火性较好，但其在运行中的散热性能大多受制于其绝缘材料。在如果运行温度过高，绝缘材料往往会加速老化，严重时甚至会造成绝缘结构的损坏，影响变压器的寿命。并且干式变压器大多不能长时间过载运行。本专利技术针对一种以铝金属作为绕组导线，陶瓷作为变压器绕组绝缘的变压器进行散热结构设计。其主体结构为绕组与铁芯。此种变压器基于其材料特性，所以耐热性优于一般的干式变压器。为了更加便捷的对该种变压器的结构进行设计，使其散热能力达到最优，需设计一种便捷的陶瓷绝缘干式变压器散热结构设计方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种陶瓷绝缘干式变压器散热结构优化设计方法，该方法能够实现陶瓷绝缘干式变压器散热结构的优化设计，使其散热能力达到最优。为达到上述目的，本专利技术所述的陶瓷绝缘干式变压器散热结构优化设计方法包括以下步骤：1)确定设计对象，所述设计对象包括陶瓷绝缘干式变压器的铁芯和绕组；2)设计陶瓷绝缘干式变压器，构建多种陶瓷绝缘干式变压器的设计方案；3)使用VisualBasic自编程作为陶瓷绝缘干式变压器散热结构的设计软件；4)在VisualBasic自编程软件界面上输入不同方案的陶瓷绝缘干式变压器结构参数，并分别建立有限元模型进行磁-热-流多场的耦合计算，得到各方案对应的陶瓷绝缘干式变压器的温度分布及散热情况，选择最优的陶瓷绝缘干式变压器的温度分布及散热情况作为最终的设计方案，完成陶瓷绝缘干式变压器散热结构的优化设计。步骤2)中陶瓷绝缘干式变压器的设计对象为铁芯的结构、铁芯中硅钢片的材料、铁芯的碟片工艺及绕组中的一个或者多个，同时考虑绕组与铁芯的气隙距离、绕组与绕组之间的气隙距离以及绕组的层数之间的组合，以构成多种陶瓷绝缘干式变压器的设计方案。步骤4)的具体操作为：41)在VisualBasic自编程软件的负载参数输入界面上输入各设计方案对应的相关参数，再调用Ansoft有限元计算软件分别进行不同设计方案的陶瓷绝缘干式变压器模型的三维建模及电磁计算；42)根据磁场的计算结果计算变压器铁芯与绕组的损耗，将变压器铁芯与绕组的损耗作为热-流场的热源输入到VisualBasic自编程软件界面上，并以此计算铁芯和绕组的散热方式及传热系数，设定陶瓷绝缘干式变压器运行时的环境温度，选择陶瓷绝缘干式变压器各部件的材料，对各设计方案的陶瓷绝缘干式变压器的温度场调用有限元软件分别进行计算；4.3)在VisualBasic自编程软件的优化设计界面上，将根据不同设计方案得到的绕组与绕组的距离、绕组与铁芯间的距离、绕组线圈层数及变压器温度场计算结果进行数值拟合，得绕组与铁芯间的距离和绕组间距离对陶瓷绝缘干式变压器散热能力的影响之间的变化规律；4.4)根据绕组与铁芯间的距离和绕组间距离对陶瓷绝缘干式变压器散热能力的影响之间的变化规律，确定陶瓷绝缘干式变压器的整体体积与陶瓷绝缘干式变压器散热能力的优先级别，并以陶瓷绝缘干式变压器的应用场景及客户需求为标准，选择最优的设计方案作为陶瓷绝缘干式变压器的最终设计方案，完成对陶瓷绝缘干式变压器的散热结构设计。所述相关参数包括负载参数、铁芯参数及绕组参数，其中，所述负载参数包括陶瓷绝缘干式变压器的频率、效率及功率和绕组的额定电压及连接方式；铁芯参数包括铁芯形式、铁芯级数、硅钢片单位损耗及密度；绕组参数包括导线类型、绕组间距及绕组的绝缘距离。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述的陶瓷绝缘干式变压器散热结构优化设计方法在具体操作时，确定设计对象，构建多种陶瓷绝缘干式变压器的设计方案，并利用VisualBasic自编程软件计算各设计方案对应的陶瓷绝缘干式变压器的温度分布及散热情况，然后从中选取最优陶瓷绝缘干式变压器的温度分布及散热情况作为最终的设计方案，使得陶瓷绝缘干式变压器散热结构的散热能力达到最优，同时需要说明的是，本专利技术采用VisualBasic自编程软件，可以直接输入需要设计的陶瓷绝缘干式变压器的结构参数，该软件将陶瓷绝缘干式变压器的结构参数输入到有限元软件中进行后续建模计算，为设计人员免去进行有限元计算时频繁的前处理工作，操作简单、方便，大大减小了设计人员的劳动强度。附图说明图1为本专利技术的流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：参考图1，本专利技术所述的陶瓷绝缘干式变压器散热结构优化设计方法包括以下步骤：1)确定设计对象，所述设计对象包括陶瓷绝缘干式变压器的铁芯和绕组；2)设计陶瓷绝缘干式变压器，构建多种陶瓷绝缘干式变压器的设计方案；陶瓷绝缘干式变压器的设计对象为铁芯的结构、铁芯中硅钢片的材料、铁芯的碟片工艺及绕组中的一个或者多个，同时考虑绕组与铁芯的气隙距离、绕组与绕组之间的气隙距离以及绕组的层数之间的组合，以构成多种陶瓷绝缘干式变压器的设计方案。3)使用VisualBasic自编程作为陶瓷绝缘干式变压器散热结构的设计软件；使用VisualBasic自编程作为陶瓷变压器结构设计软件，通过该设计软件，操作人员可以直接输入想要设计的陶瓷绝缘干式变压器的结构参数，软件将结构参数输入到有限元软件中进行后续建模计算，为操作人员免去进行有限元计算时频繁的前处理工作。4)在VisualBasic自编程软件界面上输入不同方案的陶瓷绝缘干式变压器结构参数，并分别建立有限元模型进行磁-热-流多场的耦合计算，得到各方案对应的陶瓷绝缘干式变压器的温度分布及散热情况，选择最优的陶瓷绝缘干式变压器的温度分布及散热情况作为最终的设计方案，完成陶瓷绝缘干式变压器散热结构的优化设计。步骤4)的具体操作为：41)在VisualBasic自编程软件的负载参数输入界面上输入各设计方案对应的相关参数，再调用Ansoft有限元计算软件分别进行不同设计方案的陶瓷绝缘干式变压器模型的三维建模及电磁计算，其中，计算结果通过有限元软件进行展示，作为初步判断变压器结构设计是否合理的判据，如若设计不合理，可在软件中进行适当调整，经过不断的调整与计算，得到满足电磁要求的设计方案。所述相关参数包括负载参本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陶瓷绝缘干式变压器散热结构优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)确定设计对象，所述设计对象包括陶瓷绝缘干式变压器的铁芯和绕组；/n2)设计陶瓷绝缘干式变压器，构建多种陶瓷绝缘干式变压器的设计方案；/n3)使用Visual Basic自编程作为陶瓷绝缘干式变压器散热结构的设计软件；/n4)在Visual Basic自编程软件界面上输入不同方案的陶瓷绝缘干式变压器结构参数，并分别建立有限元模型进行磁-热-流多场的耦合计算，得到各方案对应的陶瓷绝缘干式变压器的温度分布及散热情况，选择最优的陶瓷绝缘干式变压器的温度分布及散热情况作为最终的设计方案，完成陶瓷绝缘干式变压器散热结构的优化设计。/n

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷绝缘干式变压器散热结构优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)确定设计对象，所述设计对象包括陶瓷绝缘干式变压器的铁芯和绕组；
2)设计陶瓷绝缘干式变压器，构建多种陶瓷绝缘干式变压器的设计方案；
3)使用VisualBasic自编程作为陶瓷绝缘干式变压器散热结构的设计软件；
4)在VisualBasic自编程软件界面上输入不同方案的陶瓷绝缘干式变压器结构参数，并分别建立有限元模型进行磁-热-流多场的耦合计算，得到各方案对应的陶瓷绝缘干式变压器的温度分布及散热情况，选择最优的陶瓷绝缘干式变压器的温度分布及散热情况作为最终的设计方案，完成陶瓷绝缘干式变压器散热结构的优化设计。


2.根据权利要求1所述的陶瓷绝缘干式变压器散热结构优化设计方法，其特征在于，步骤2)中陶瓷绝缘干式变压器的设计对象为铁芯的结构、铁芯中硅钢片的材料、铁芯的碟片工艺及绕组中的一个或者多个，同时考虑绕组与铁芯的气隙距离、绕组与绕组之间的气隙距离以及绕组的层数之间的组合，以构成多种陶瓷绝缘干式变压器的设计方案。


3.根据权利要求1所述的陶瓷绝缘干式变压器散热结构优化设计方法，其特征在于，步骤4)的具体操作为：
41)在VisualBasic自编程软件的负载参数输入界面上输入各设计方案对应的相关参数，再调用Ansoft有限元计算软件分别进行不同设计方案的陶瓷绝缘干式变压器模型的三维建模及...

【专利技术属性】
技术研发人员：高泽华，王曙鸿，张那明，王爽，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61