基于Ansoft2D的箔式电抗器电磁分析及降低功耗的研究

基于Ansoft2D的箔式电抗器电磁分析及降低功耗的研究基于 Ansoft2D 的箔式电抗器电磁分析及降低功耗的研究
王仲奕，童军心，顾沈卉，刘志远
（西安交通大学电气工程学院，陕西 西安 710049） 摘要：应用 Ansoft2D 软件对空心、半铁心、半封闭铁心、全封闭铁心四种结构的箔式电抗器涡流 场进行了仿真分析，分别计算出了磁场分布和铜箔片中的电流密度分布及交流损耗,找出了造成挤 流效应的因素和减小损耗的途径，在计算分析的基上，提出了一种低功耗箔式电抗器新型结构。 关键词：箔式电抗器；有限元；挤流效应，损耗 1. 引言
箔式电抗器是由宽度等于电抗器高度的箔纸卷绕而成。在交流情况下，由于涡流效应使流过箔纸的电流趋于 箔纸边缘，出现挤流现象[1]。挤流效应使箔片的交流电阻远大于直流电阻，交流功耗远大于直流功耗。为减小箔式 电抗器的挤流效应，实际设计中通常是在电抗器高度方向上进行分裂，再进行串并联组合，上述措施往往需要特殊 的工艺来完成。但随着分裂段数的增加，虽然在一定程度上减小了挤流效应，却使电阻成倍增大，并没有起到降低 功耗的作用。以上原因使箔式电抗器在制造及应用方面受到极大的限制。 考虑箔式电抗器的挤流效应，以往采用分割电抗器的方法[2]来计算其电阻、电感及功率损耗，计算量很大。 此外由于电抗器每个包封在磁场中所处位置不同使各箔片上的挤流情况不同， 因而计算的准确性受分割方式影响很 大，难以进行优化设计。本文应用 Ansoft2D 有限元涡流场分析软件，对空心、半铁心、半封闭、全封闭四种结构 的箔式电抗器进行了电磁场仿真分析，研究了造成挤流效应的因素，提出了一种低功耗箔式电抗器结构，对箔式电 抗器的工程实际应用具有重要的意义。

2.

有限元模型及仿真参数
分析的箔式电抗器由 6 个包封构成，线圈由 0.5mm 的铜箔绕成，如图 1(a)所示, 每个包封由 7 层箔纸构成。为

了考虑问题的方便，忽略铜箔绕组在三维结构