32、工业应用中的数值模拟：变压器噪声计算与电磁阀动态分析

工业应用中的数值模拟：变压器噪声计算与电磁阀动态分析

在工业领域，数值模拟技术在解决复杂物理问题方面发挥着至关重要的作用。本文将详细介绍电力变压器噪声计算和快速切换电磁阀动态分析的相关内容，包括建模方法、验证过程以及影响因素的研究。

电力变压器噪声计算

有限元模型

数值模拟的目标是精确预测测试大厅内负载变压器的发声情况。建模方案分为三个主要步骤：
1. 第一步：计算最外层绕组表面位移
- 使用油浸式变压器一个绕组的声 - 磁 - 机械有限元模型。由于绕组的旋转对称性和对称负载，可采用基于轴对称单元的二维有限元模型。
- 绕组中电压加载的导体使用磁 - 机械线圈单元离散化，这些单元求解电路、磁场和机械场方程，并考虑这些场之间的完全耦合。
- 绕组夹紧和绝缘材料以及绕组支撑平台使用磁 - 机械有限元建模，求解耦合的磁场和机械场方程。
- 通过在绕组窗口边界应用诺伊曼边界条件简化高磁导率铁芯的建模。
- 油箱内的周围油使用纯声学有限元和磁 - 声学有限元离散化，分别求解磁场和声学偏微分方程。
- 油箱使用标准机械有限元建模。
- 此外，精确模拟负载电力变压器绕组振动还需考虑以下方面：
- 为测量工厂测试场中的负载控制噪声，变压器需在短路和额定电流下运行。在模拟中，将最内层低压（LV）绕组建模为外部电压为零的电压加载线圈，高压（HV）绕组和两个最外层分接绕组以星形连接加载测量的短路电压。
- 为减少计算量，有限元模型中忽略了铁芯夹紧支撑，其影响通过弹簧单元实现，弹簧单元位于上下绕组支撑平台的外边界，模拟中使用的刚度为 85 MN/m。
- 由于分接开