基于ANSYS的漏感變壓器仿真計(jì)算

摘要：為了達(dá)到縮短漏感變壓器設(shè)計(jì)周期，節(jié)約設(shè)計(jì)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(duì)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(jí)電壓、鐵芯內(nèi)部磁場(chǎng)分布、漏感分布。當(dāng)初級(jí)電壓變化10％時(shí)，次級(jí)電壓變化不超過3％，印證了漏感變壓器具有穩(wěn)壓的作用。
關(guān)鍵詞：ANSYS；變壓器；漏感；有限元仿真

0 引言
隨著微波爐的普及，微波爐的需求越來越多，大量制造時(shí)需要考慮節(jié)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，影響著微波爐整體性能以及制造費(fèi)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(wěn)定電壓的作用，這是由于當(dāng)初級(jí)電壓變化時(shí)產(chǎn)生的磁通量沒有全部鎖定在鐵芯中形成主磁通，而是有一部分分布在線圈與空氣之間。當(dāng)初級(jí)電壓變化時(shí)，次級(jí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化就不會(huì)如理想變壓器那么劇烈，也就起到了穩(wěn)壓的作用。
由于漏感分布在線圈和空氣中，傳統(tǒng)的分析方法是采用路的分析方法，無法計(jì)算漏感確切的分布位置以及強(qiáng)度，長期以來只能靠經(jīng)驗(yàn)來判定。另一方面，傳統(tǒng)的計(jì)算方法只能得到宏觀特性，不能得到精細(xì)的變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)。再加上鐵芯的材料一般都是非線性的，這使得計(jì)算求解更加困難，只能用線性B-H曲線代替求解，使得計(jì)算不準(zhǔn)確。要想得到變壓器的精確數(shù)據(jù)，就只有依靠數(shù)值計(jì)算和計(jì)算機(jī)技術(shù)。
ANSYS是基于有限元法的一款計(jì)算軟件，可用來分析電磁場(chǎng)領(lǐng)域的多項(xiàng)問題。它充分利用了各種計(jì)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(yīng)用于低頻電磁分析，其主要特點(diǎn)是：非線性磁場(chǎng)分析和場(chǎng)路耦合分析，這對(duì)于計(jì)算非線性材料非常有用，尤其是磁性材料，主要應(yīng)用于電擊、變壓器、電磁開關(guān)以及感應(yīng)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(jí)線圈電壓，N1為初級(jí)線圈的匝數(shù)，U2為次級(jí)線圈電壓，N2為次級(jí)線圈的匝數(shù)，對(duì)初級(jí)線圈加上一定的電壓，按電磁感應(yīng)定律，會(huì)在次級(jí)線圈上得到感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，在沒有電阻、漏磁及鐵損的情況下，變壓器是理想變壓器，原線圈和副線圈的匝數(shù)比等于原電壓和副電壓之比如圖1、圖2所示。

如圖2所示，如果在原線圈兩端外加一正弦交流電壓U1，則原線圈中將有交變電流I1通過，因而在鐵心中將激勵(lì)一交變磁通。為了便于分析問題，將總磁通分成等效的兩部分磁通，其中一部分磁通沿著鐵心閉合，同時(shí)與原、副線圈相交鏈，稱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)閉合且僅與原線相交鏈，稱為原線圈漏磁通，表示為φ1，還有一部分只與次級(jí)線圈相交鏈的稱為副線圈漏磁通，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圈之間的漏感，是不能達(dá)到漏感變壓器穩(wěn)定電壓的要求的，因此人為的在初、次級(jí)線圈中間加入漏磁沖片，引導(dǎo)部分磁場(chǎng)從這里穿過，形成高漏磁。