AC Transformator

Wechselstromtransformator

Ein Wechselstromtransformator ist ein elektrisches Gerät, mit dem die Spannung in Wechselstromkreisen geändert wird.
Einer der großen Vorteile von Wechselstrom gegenüber Gleichstrom für die Verteilung elektrischer Energie besteht darin, dass es viel einfacher ist, die Spannungspegel mit Wechselstrom auf und ab zu verändern als mit Gleichstrom. Für die Energieübertragung über große Entfernungen ist es wünschenswert, eine möglichst hohe Spannung und einen möglichst kleinen Strom zu verwenden. Dies reduziert die R * I2-Verluste in den Übertragungsleitungen und es können kleinere Drähte verwendet werden, wodurch Materialkosten eingespart werden.

Solidworks-Modell eines Wechselstromtransformators

Das Solidworks-Modell eines Wechselstromtransformators besteht aus einem C-Core, zwei inneren und zwei äußeren Spulen (siehe Abbildung 1).

Abbildung 1 - 3D-Modell des Wechselstromtransformators

EMS-Simulation eines AC-Transformators

In EMS wird ein Wechselstromtransformator mithilfe einer magnetischen Wechselstromstudie analysiert, um den Kernverlust und die elektromagnetischen Ergebnisse zu berechnen.
Innerhalb dieser Simulation wurde die Frequenz der Wechselstrom-Magnetstudie auf 50 Hz eingestellt.

Material

Das simulierte Modell besteht aus einem Kern, zwei inneren Spulen, zwei äußeren Spulen, einer inneren Luft (um die Spulen herum) und einer äußeren Spule. Die Eigenschaften der Materialien sind in Tabelle 1 zusammengefasst.

Tabelle 1 - In der EMS-Simulation verwendete Materialien

Spulen

In dieser Simulation werden die beiden inneren und die beiden äußeren Spulen als gewickelte Spulen modelliert. Sie arbeiten mit 50 Hz.
Fig. 2 zeigt den Stromeingang und -ausgang der inneren und äußeren Spulen.
Die Spuleneigenschaften (Windungszahl und Stromstärke) sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Vernetzen

Die Vernetzung ist ein sehr wichtiger Schritt bei der Entwurfsanalyse. EMS schätzt eine globale Elementgröße für das Modell unter Berücksichtigung seines Volumens, seiner Oberfläche und anderer geometrischer Details. Die Qualität des Netzes spielt eine Schlüsselrolle für die Genauigkeit der Ergebnisse.

Die Netzsteuerung ("Mesh control") bezieht sich auf die Angabe unterschiedlicher Elementgrößen in verschiedenen Regionen des Modells. Eine kleinere Elementgröße in einem Bereich verbessert die Genauigkeit der Ergebnisse in diesem Bereich.

Abbildung 3 zeigt das Netzmodell nach Verwendung der Netzkontrollen (Tabelle 2).

Tabelle 2 - Netzsteuerung

Name	Maschenweite	Komponenten/Körper
Netzsteuerung 1	10,00 mm	C-Core
Netzsteuerung 2	5,00 mm	Innere Spulen
Netzsteuerung 3	7,00 mm	Äußere Spulen
Netzsteuerung 4	20,00 mm	Innere Luft

Abbildung 3 - Vernetztes Modell

Ergebnisse

In einer magnetischen Wechselstromstudie berechnet EMS die magnetische Flussdichte, die Magnetfeldstärke, die Kraftdichte, das elektrische Feld, die Induktivitäten, die Widerstände, die Flusskopplung, die Streuinduktivität, den Wirbelstrom, die induzierte Spannung, die Energie und die Verluste.

Der berechnete ohmsche Verlust, der Wirbelverlust, der Hystereseverlust, der Überschussverlust und der Kernverlust im C-Kernkörper sind in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4 - Ergebnisse der Verlustdichte

Von EMS erzeugte 3D-Felder

Das 3D-Diagramm der magnetischen Flussdichte, der Stromdichte und des Kernverlusts im Transformator, die von EMS erzeugt werden, ist in den Abbildungen 5, 6 bzw. 7 dargestellt.

Abbildung 5 - Magnetische Flussdichte



Abbildung 6 - Stromdichteverteilung



Abbildung 7 - Kernverlust im Transformator

Fazit

Dieses Beispiel zeigt, dass unter Verwendung von EMS die Berechnung der Wechselstromtransformatorparameter, wie z. B. des Kernverlusts, der magnetischen Flussdichte, der Stromdichte, des Ohmschen Verlusts, des elektrischen Felds, der Kraftdichte und anderer elektromagnetischer Parameter, leicht durchgeführt werden kann.