目前,在電壓互感器設計中,雖有人進行過可靠性設計利優化設計方面的研究,但采用的方法仍為傳統方法.本文采用現代設計方法,它將有限元分析、可靠性設計技術利優化設計技術有機的結合起來,因此采用現代設計方法得到的方案比利用傳統設計方法設計出的方案更加經濟合理.首先,本文簡單介紹了電壓互感器的原理,描述了電壓互感器的分類、基本參數和誤差分析.第二,本文研究了電磁場有限元分析原理,介紹了麥克斯韋方程和電磁場微分方程.本文采用大型通用有限元分析軟件ANSYS對電壓互感器進行二維電磁場有限元分析,對電壓互感器建立了有限元數學模型和網格剖分,對有限元模型加載了邊界條件并進行了求解.研究了二維磁場分析單元PLANE53單元利電路模擬單元CIRCU124單元的特點及使用方法.第三,對電壓互感器的瓷套部分進行了可靠性設計.瓷套所受的彎曲負荷應力很多,主要包括:風力負荷產生的彎曲應力,地震負荷產生的彎曲應力,產品運輸中傾斜產生的彎曲應力.本文研究了瓷套的應力分布的確定方法,將多種應力疊加在一起,推出了應力分布參數的計算公式.瓷套的應力、強度利各設計變量均可認為服從正態分布,在設計時作為正態分布變量處理.本文應用應力-強度干涉理論,對電壓互感器瓷套的可靠性設計方法進行了研究.第四,研究了ANSYS軟件的優化設計模塊,研究了采用ANSYS軟件進行優化設計的步驟和優化工具及方法.利用ANSYS軟件的參數化設計語言與其OPT模塊,實現了有限元數值計算與優化設計的有機結合.并以額定一次電壓35KV,額定二次電壓100V,額定頻率50HZ的電壓互感器為例,進行了有限元分析計算利優化設計.根據電壓互感器產品設計的實際情況,確定設計變量為繞組導線規格和鐵心結構尺寸.優化循環結束以后,可以選擇列出所有參數的數值,也可以只列出優化變量,可以用圖顯示指定的參數隨序列號的變化情況,通過多方案的比較,得到最優方案.將現代設計方法應用于生產廠家,可節省研究開支,大大縮短開發周期,減少計算誤差,減少試驗費用,降低成本,提高產品的可靠性,因此本項目的研究具有良好的經濟效益和社會效益.
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