基于A(yíng)NSYS的漏感變壓器仿真計算

摘要：為了達到縮短漏感變壓器設計周期，節約設計成本的目的，采用有限元仿真方法，利用場(chǎng)路耦合的方式，首次對漏感變壓器做了的二維仿真，獲得了變壓器在空載情況下的次級電壓、鐵芯內部磁場(chǎng)分布、漏感分布。當初級電壓變化10％時(shí)，次級電壓變化不超過(guò)3％，印證了漏感變壓器具有穩壓的作用。
關(guān)鍵詞：ANSYS；變壓器；漏感；有限元仿真

0 引言
隨著(zhù)微波爐的普及，微波爐的需求越來(lái)越多，大量制造時(shí)需要考慮節約成本以及性能要求，漏感變壓器作為微波爐核心器件之一，影響著(zhù)微波爐整體性能以及制造費用。
漏感變壓器作為一種特殊的變壓器，他不但能起到變壓的作用；同時(shí)由于漏感的存在，還能起到穩定電壓的作用，這是由于當初級電壓變化時(shí)產(chǎn)生的磁通量沒(méi)有全部鎖定在鐵芯中形成主磁通，而是有一部分分布在線(xiàn)圈與空氣之間。當初級電壓變化時(shí)，次級的感應電動(dòng)勢的變化就不會(huì )如理想變壓器那么劇烈，也就起到了穩壓的作用。
由于漏感分布在線(xiàn)圈和空氣中，傳統的分析方法是采用路的分析方法，無(wú)法計算漏感確切的分布位置以及強度，長(cháng)期以來(lái)只能靠經(jīng)驗來(lái)判定。另一方面，傳統的計算方法只能得到宏觀(guān)特性，不能得到精細的變壓器內部結構。再加上鐵芯的材料一般都是非線(xiàn)性的，這使得計算求解更加困難，只能用線(xiàn)性B-H曲線(xiàn)代替求解，使得計算不準確。要想得到變壓器的精確數據，就只有依靠數值計算和計算機技術(shù)。
ANSYS是基于有限元法的一款計算軟件，可用來(lái)分析電磁場(chǎng)領(lǐng)域的多項問(wèn)題。它充分利用了各種計算方法的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展出了適用于不同情況的電磁分析模塊，其中Emag模塊主要應用于低頻電磁分析，其主要特點(diǎn)是：非線(xiàn)性磁場(chǎng)分析和場(chǎng)路耦合分析，這對于計算非線(xiàn)性材料非常有用，尤其是磁性材料，主要應用于電擊、變壓器、電磁開(kāi)關(guān)以及感應加熱等領(lǐng)域。

1 變壓器基本原理與漏磁場(chǎng)
如圖1所示，U1為初級線(xiàn)圈電壓，N1為初級線(xiàn)圈的匝數，U2為次級線(xiàn)圈電壓，N2為次級線(xiàn)圈的匝數，對初級線(xiàn)圈加上一定的電壓，按電磁感應定律，會(huì )在次級線(xiàn)圈上得到感應電動(dòng)勢，在沒(méi)有電阻、漏磁及鐵損的情況下，變壓器是理想變壓器，原線(xiàn)圈和副線(xiàn)圈的匝數比等于原電壓和副電壓之比如圖1、圖2所示。

如圖2所示，如果在原線(xiàn)圈兩端外加一正弦交流電壓U1，則原線(xiàn)圈中將有交變電流I1通過(guò)，因而在鐵心中將激勵一交變磁通。為了便于分析問(wèn)題，將總磁通分成等效的兩部分磁通，其中一部分磁通沿著(zhù)鐵心閉合，同時(shí)與原、副線(xiàn)圈相交鏈，稱(chēng)為互感磁通或主磁通，用φ表示；另一部分磁通主要沿非鐵磁材料(如空氣)閉合且僅與原線(xiàn)相交鏈，稱(chēng)為原線(xiàn)圈漏磁通，表示為φ1，還有一部分只與次級線(xiàn)圈相交鏈的稱(chēng)為副線(xiàn)圈漏磁通，表示為φ2。主磁通占總磁通的絕大部分，而漏磁通只占很小的一部分(0．1％～0．2％)。
如果僅僅是依靠空氣和線(xiàn)圈之間的漏感，是不能達到漏感變壓器穩定電壓的要求的，因此人為的在初、次級線(xiàn)圈中間加入漏磁沖片，引導部分磁場(chǎng)從這里穿過(guò)，形成高漏磁。