基于comsol的电抗器电磁振动仿真
引言：随着电力系统网络的不断发展，其稳定运行得到了许多关注，电抗器作为无功补偿设备广泛应用于其中。然而，在实际运行中电抗器存在振动噪声问题，严重的振动噪声问题一方面影响附近居民正常生活，另一方面影响电抗器使用寿命，从而影响电力系统运行稳定性。因此，研究电抗器振动问题有现实意义。
电抗器振动主要来源于两个方面：第一方面是铁心材料硅钢片的磁致伸缩效应，即铁磁性材料在磁化过程中，随着磁化状态的改变，其长度和体积会发生微小的变化；第二方面是麦克斯韦力，由于电抗器铁心间存在气隙结构，当主磁通通过高磁导率铁心和低磁导率气隙时，在铁心饼间产生麦克斯韦力。
仿真采用软件是comsol6.0版本，仿真建模中首先建立几何模型，可在comsol软件中直接构筑，也可将solidworks中画好的模型导入comsol。电抗器电磁振动仿真中硅钢片磁特性数据直接影响计算结果，使用插值B-H曲线定义其磁特性。
在磁场模块中将线圈定义，计算麦克斯韦力。为了计算的速度与收敛性，忽略电抗器铁心的叠片特性，将电抗器铁心视为各向同性均匀实体。同时认为线圈在正常情况下对电抗器振动影响不大，将线圈进行均匀化处理，忽略螺杆夹件等外部器件，将夹件施加的压紧力以压力载荷的形式施加到铁轭面上。为了消除刚体 位移防止出现无穷多解，将铁心底部设置为固定约束。
做好网格剖分与求解器设置后可进行仿真计算，网格剖分时可将重点研究部分网格细分，其余部分网格粗分，提高计算速度。
仿真结果如下，如图1所示分别为电抗器铁心磁场、应力、位移分布云图，从图中可以看出在铁心拐角处出现磁场、应力、位移分布集中区，由于设置了底部约束，其振动位移分布主要分布于铁心上半部。
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图1 电抗器铁心磁密、应力、位移分布 | ||
在铁心上表面取测点A，铁心拐角处取测点B，进一步分析其磁场、应力、位移变化情况。由于测点B处铁心饱和度较高，因此测点B处磁密、应力、位移数值较测点A大。电抗器工作于工频下，麦克斯韦力以电源频率的二倍频交变，磁致伸缩效应的变化基本正比于磁密的平方，因此电抗器的振动主频率为100Hz，故其振动位移曲线周期近似0.01s。
图2 测点A磁密图
图3 测点B磁密图
图4 测点A应力图
图5 测点B应力图
图6 测点A位移图
图7 测点B位移图
