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基于A(yíng)NSYS的松耦合變壓器三維仿真研究
作者：
時(shí)間：2010-06-23
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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引言
作為旋轉導向智能鉆井系統核心部件的可控偏心器，其原理是利用電機泵產(chǎn)生推動(dòng)翼肋伸縮的動(dòng)力, 當采用電機泵動(dòng)力時(shí)，電機泵的能量來(lái)源于井下渦輪發(fā)電機。由于可控偏心器的機械結構決定了電機泵要安裝在不旋轉套上，而發(fā)電機要安裝在旋轉的主軸上，這樣就涉及到旋轉和不旋轉之間的能量傳輸問(wèn)題。以前一直采用的是接觸式滑環(huán)能量傳輸方式,由于接觸式滑環(huán)存在安裝不方便、旋轉時(shí)易磨損、易受到井下鉆井液、水的腐蝕以及泥漿的影響等缺陷,迫切需要一種新的非接觸式能量傳輸方式――松耦合電能傳輸技術(shù)。作為松耦合電能傳輸技術(shù)的核心部分――松耦合變壓器，對它的研究則顯得尤為重要。
對于井下惡劣的環(huán)境以及空間等各方面因素的限制，我們對松耦合變壓器的研究存在較大困難，而ANSYS的實(shí)體建模能力可以快速精確地模擬三維松耦合變壓器。ANSYS三維仿真無(wú)論是建模、網(wǎng)格劃分還是后處理，都有它自己獨特的優(yōu)點(diǎn)，尤其是在后處理中，可以觀(guān)察出各個(gè)方向的電磁力、磁感應強度、磁動(dòng)勢等。下面就介紹ANSYS10.0軟件在松耦合變壓器中的三維仿真分析過(guò)程。
松耦合變壓器的ANSYS三維仿真
針對松耦合變壓器，我們采用了磁矢量位方法進(jìn)行仿真。磁矢量位方法（MVP）是ANSYS支持的三維靜態(tài)、諧波和瞬態(tài)分析的兩種基于節點(diǎn)分析方法中的一個(gè)。矢量位方法在X、Y和Z方向分別具有磁矢量位AX、AY、AZ。在載壓或電路耦合分析中還引入了另外三個(gè)自由度：電流(CURR)，電壓降(EMF)和電壓(VOLT)。3-D矢量位方程中，用INFIN111遠場(chǎng)單元（AX、AY、AZ三個(gè)自由度）來(lái)為無(wú)限邊界建模。
單元類(lèi)型選擇，實(shí)常數及材料屬性設置
場(chǎng)路耦合可用于2維和3維仿真，建立電路單元需要用CIRCUI24單元進(jìn)行建模，將建立好的電路模型與有限元實(shí)體模型進(jìn)行耦合。其中實(shí)體模型可選擇PLAN53(2D)、SOLID97(3D)和SOLIDll7(3D-20node)單元。對于節點(diǎn)法3-D分析，可選的單元為3D 矢量位SOLID97單元，與2D單元不同，自由度為：AX,AY,AZ，AX,AY,AZ,CUR,EMF；線(xiàn)圈實(shí)常數設置與材料屬性設置如表1、表2。
表1：線(xiàn)圈實(shí)常數
表2：材料屬性
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