本發(fā)明涉及電力控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于ANSYS的母線集膚效應(yīng)的計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

集膚效應(yīng)是導(dǎo)體的重要參數(shù)之一，是指導(dǎo)體中有交流電流流過或者處于交變電磁場中，由于電磁感應(yīng)使電流或磁通在導(dǎo)體中分布不均勻，越接近表面的地方電流密度或者磁通密度越大的現(xiàn)象。電流的頻率越高，母線的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率越大，趨膚厚度就越小，這時(shí)如果母線的截面積稍微變大，集膚效應(yīng)就會(huì)非常嚴(yán)重，母線的電阻也會(huì)增大，所以，集膚效應(yīng)對母線導(dǎo)體的影響很大，集膚效應(yīng)會(huì)造成交流損耗增大，同時(shí)，當(dāng)多根導(dǎo)體同時(shí)安裝時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)鄰近效應(yīng)。由于現(xiàn)有的母線，尤其是矩形母線集膚效應(yīng)嚴(yán)重，因此有必要對母線形式進(jìn)行改進(jìn)，然而，新型母線的集膚效應(yīng)系數(shù)不同于常用的不同尺寸矩形、管型、槽形母線，其集膚效應(yīng)均可從電氣設(shè)計(jì)手冊中查得，而運(yùn)用電磁場理論進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的方法太過復(fù)雜繁瑣，計(jì)算量大，因此需要一個(gè)簡便的方法對母線的集膚效應(yīng)進(jìn)行一個(gè)較為準(zhǔn)確的評估，準(zhǔn)確地分析母線的集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)這些特性參數(shù)，為設(shè)計(jì)工作提供參照依據(jù)，有著十分重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種基于ANSYS的母線集膚效應(yīng)的計(jì)算方法，目的在于由于集膚效應(yīng)對母線導(dǎo)體的影響很大，特別當(dāng)多根導(dǎo)體同時(shí)安裝時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)鄰近效應(yīng)的問題，而運(yùn)用常規(guī)的電磁場理論進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的方法太過復(fù)雜繁瑣，計(jì)算量大的問題。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于ANSYS的母線集膚效應(yīng)的計(jì)算方法，其特征在于：所述計(jì)算方法包括如下步驟；

1）使用ANSYS有限元軟件的電磁學(xué)模塊，對母線進(jìn)行建模，分別施加直流電和交流電，計(jì)算其直流電阻和交流電阻，然后求得母線的集膚效應(yīng)系數(shù)；

2）計(jì)算直流電阻時(shí)，采用SOLID69單元，定義材料屬性、建模、劃分網(wǎng)格以后，定義母線一端為零電位，另一端耦合節(jié)點(diǎn)電壓自由度，然后選擇節(jié)點(diǎn)號(hào)最低的節(jié)點(diǎn)施加集中力載荷，即在該節(jié)點(diǎn)施加直流電流載荷，求解得母線的電位等值云圖，由此即可以得到母線的直流電阻阻值；

3）計(jì)算交流電阻時(shí)，采用SOLID117單元，定義材料屬性、建模、劃分網(wǎng)格以后，定義母線一端為零電位，另一端耦合節(jié)點(diǎn)電壓自由度，然后選擇節(jié)點(diǎn)號(hào)最低的節(jié)點(diǎn)施加集中力載荷，即在該節(jié)點(diǎn)施加交流電流載荷，同時(shí)施加磁力線平行邊界條件，求解得母線的交流損耗，由此即可以得到母線的交流電阻阻值；

4）通過步驟2、3計(jì)算得到母線的直流電阻阻值和交流電阻阻值以后，將交流電阻阻值除以直流電阻阻值即得母線的集膚效應(yīng)系數(shù)。

本發(fā)明進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)方案是：

所述母線為兩根、或?yàn)閮筛陨希移叫邪惭b，只需將兩個(gè)母線截面耦合即可，這樣就模擬了母線的鄰近效應(yīng)，所求得的集膚效應(yīng)系數(shù)也包含了鄰近效應(yīng)的影響。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明所提供的母線集膚效應(yīng)的計(jì)算方法，在母線的設(shè)計(jì)過程中，母線的形式有時(shí)并非常見的規(guī)格，集膚效應(yīng)系數(shù)無法從設(shè)計(jì)手冊查到，本發(fā)明所示的方法相比電磁場理論的數(shù)值計(jì)算方法來說無需進(jìn)行電磁場理論分析，計(jì)算量大大減少，且建模簡單，只需要添加適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件和載荷即可方便的計(jì)算出母線的集膚效應(yīng)系數(shù)，準(zhǔn)確性較高，為設(shè)計(jì)工作提供參照依據(jù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明槽形銅母線截面示意圖；

圖2為本發(fā)明槽形銅母線節(jié)點(diǎn)電位等值云圖；

圖3為本發(fā)明槽形銅母線的交流損耗計(jì)算結(jié)果。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖1、2、3和實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實(shí)施。

本發(fā)明計(jì)算方法包括如下步驟；

1）使用ANSYS有限元軟件的電磁學(xué)模塊，對母線進(jìn)行建模，分別施加直流電和交流電，計(jì)算其直流電阻和交流電阻，然后求得母線的集膚效應(yīng)系數(shù)；

2）計(jì)算直流電阻時(shí)，采用SOLID69單元，定義材料屬性、建模、劃分網(wǎng)格以后，定義母線一端為零電位，另一端耦合節(jié)點(diǎn)電壓自由度，然后選擇節(jié)點(diǎn)號(hào)最低的節(jié)點(diǎn)施加集中力載荷，即在該節(jié)點(diǎn)施加直流電流載荷，求解得母線的電位等值云圖，由此即可以得到母線的直流電阻阻值；

3）計(jì)算交流電阻時(shí)，采用SOLID117單元，定義材料屬性、建模、劃分網(wǎng)格以后，定義母線一端為零電位，另一端耦合節(jié)點(diǎn)電壓自由度，然后選擇節(jié)點(diǎn)號(hào)最低的節(jié)點(diǎn)施加集中力載荷，即在該節(jié)點(diǎn)施加交流電流載荷，同時(shí)施加磁力線平行邊界條件，求解得母線的交流損耗，由此即可以得到母線的交流電阻阻值；

4）通過步驟2、3計(jì)算得到母線的直流電阻阻值和交流電阻阻值以后，將交流電阻阻值除以直流電阻阻值即得母線的集膚效應(yīng)系數(shù)。

所述母線為兩根、或?yàn)閮筛陨?，且平行安裝，只需將兩個(gè)母線截面耦合即可，這樣就模擬了母線的鄰近效應(yīng)，所求得的集膚效應(yīng)系數(shù)也包含了鄰近效應(yīng)的影響。

附圖1所示的槽形銅母線施加直流電以后，求得的節(jié)點(diǎn)電位云圖如附圖2所示，施加電流大小為1000A，由圖中可得母線一端的電壓為0.008361V，由得到母線的直流電阻為8.361e-6(Ω)。槽形銅母線施加交流電以后計(jì)算得的交流損耗如附圖3，槽形銅母線的交流損耗為8.9615瓦特，施加的電流為1000A，由 得到交流電阻值為8.9615e-6(Ω)，而直流電阻值為8.361e-6(Ω)，所以槽形銅母線的集膚效應(yīng)系數(shù)為1.072。根據(jù)設(shè)計(jì)手冊查得的槽形母線的集膚效應(yīng)系數(shù)為1.074，因此該方法求得的值較為準(zhǔn)確。

本發(fā)明方案所公開的技術(shù)手段不僅限于上述實(shí)施方式所公開的技術(shù)手段，還包括由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。