シミュレーションソフトウェアの飽和リアクターのモデリングは、電力システム分析、電気機器の設計、およびその他の関連分野に関与している電気エンジニアと研究者にとって重要なステップです。の大手サプライヤーとして飽和反応器、このタスクを効果的に達成する方法についての貴重な洞察を共有します。
飽和反応器の理解
モデリングプロセスに飛び込む前に、飽和反応器が何であるかを明確に理解することが不可欠です。飽和反応器は、磁気材料の非線形特性を使用する磁気デバイスの一種です。そのインダクタンスは、適用された電流によって変化します。反応器の磁気コアが飽和に達すると、インダクタンスは大幅に減少します。この特性により、飽和反応器は、電圧調節、高調波ろ過、反応的な電力補償など、さまざまなアプリケーションで有用です。
市場には、さまざまな種類の原子炉があります。シリーズ共鳴反応器そして並列共振反応器。ただし、飽和反応器には、飽和効果のために独自の機能があり、モデリングプロセス中に考慮する必要があります。
適切なシミュレーションソフトウェアの選択
飽和リアクターのモデリングの最初のステップは、適切なシミュレーションソフトウェアを選択することです。利用可能ないくつかのソフトウェアオプションがあり、それぞれに独自の利点と制限があります。
- matlab/simulink：Matlab/Simulinkは、電気工学の分野で広く使用されているソフトウェアです。関数とツールボックスのユーザー - フレンドリーなグラフィカルインターフェイスと多数の構築された構築されたものを提供します。飽和反応器モデリングの場合、Simulinkを使用すると、基本ブロックを使用してカスタムモデルを作成し、式を介した反応器の動作を定義できます。
- PSCAD/EMTDC：PSCAD/EMTDCは、電力システムシミュレーション用の専門ソフトウェアです。電気部品の包括的なライブラリがあり、複雑な電力システムシナリオを処理できます。大規模なパワーシステムで飽和反応器をシミュレートするのに適しています。
- Ansys Maxwell：ANSYS Maxwellは有限要素分析ソフトウェアです。飽和反応器内の電磁場分布を正確にモデル化できます。このソフトウェアは、磁束密度やコア損失など、反応器の詳細な磁気挙動を分析する必要がある場合に役立ちます。
基本モデルの構築
シミュレーションソフトウェアを選択したら、次のステップは飽和リアクターの基本モデルを構築することです。
電気パラメーターの定義
飽和反応器の電気パラメーターには、抵抗（r）、インダクタンス（L）、および容量（c）が迷走容量がある場合は容量（c）が含まれます。抵抗は、巻線のオーム損失を表し、インダクタンスは磁気コアの飽和とともに変化する重要なパラメーターです。
ほとんどのシミュレーションソフトウェアでは、飽和反応器の基本構造として単純なRL回路を作成することから始めることができます。たとえば、Simulinkでは、「抵抗器」と「インダクタ」ブロックを使用して回路を構築できます。
飽和効果を組み込む
飽和反応器のモデリングの最も困難な部分は、飽和効果を組み込むことです。磁気コアの飽和は、磁気材料の磁化曲線（B -H曲線）によって記述できます。
- 分析的アプローチ：飽和効果をモデル化する1つの方法は、分析方程式を使用してB -H曲線を表すことです。たとえば、Jiles -Athertonモデルは、磁気材料の磁化挙動を記述するためのよく知られているモデルです。このモデルでは、ヒステリシスと飽和効果を考慮しています。このモデルは、カスタムコードを作成したり、関数ブロックを使用したりすることにより、シミュレーションソフトウェアに実装できます。
- ルックアップテーブルアプローチ：別のアプローチは、ルックアップテーブルを使用することです。磁気材料のB -H曲線データを実験的に測定または取得し、ルックアップテーブルに保存できます。シミュレーションでは、ソフトウェアはルックアップテーブルを使用して、電流（または磁場強度）に基づいてインダクタンス値を補間することができます。
モデルの検証
モデルを構築した後、モデルを検証してその精度を確保する必要があります。
実験データと比較します
モデルを検証する最良の方法は、シミュレーション結果を実験データと比較することです。現実の世界飽和反応器で実験を行い、電流と電流とのインダクタンスの変化などの電気的特性を測定することができます。次に、これらの実験結果をシミュレーション結果と比較します。大きな違いがある場合は、B -H曲線モデルのパラメーターや反応器の電気パラメーターなど、モデルパラメーターを調整する必要があります。
感度分析
感度分析は、モデル検証の重要なステップでもあります。適用された電圧、周波数、温度など、モデルの入力パラメーターを変更し、モデルの出力がどのように変化するかを観察できます。これにより、モデルの堅牢性を理解し、最も敏感なパラメーターを特定するのに役立ちます。
高度なモデリングの考慮事項
コア損失
飽和効果に加えて、コア損失は、飽和反応器モデリングで考慮すべきもう1つの重要な要素です。コア損失には、ヒステリシス損失と渦 - 現在の損失が含まれます。
- ヒステリシス損失：ヒステリシスの損失は、磁気コアの磁気ドメインの反転によって引き起こされます。 Steinmetz方程式またはより高度なモデルを使用して、ヒステリシス損失をモデル化できます。シミュレーションでは、ヒステリシス損失を表すために電源損失ブロックを追加できます。
- Eddy-現在の損失：Eddy-現在の損失は、磁気コアの誘導電流によるものです。これらの損失は、コアの抵抗率とジオメトリを考慮することでモデル化できます。一部のシミュレーションソフトウェアでは、有限 - 要素メソッドを使用して渦 - 電流損失をより正確に計算できます。
熱効果
飽和反応器の温度上昇は、その性能に影響を与える可能性があります。温度が上昇すると、巻線の抵抗率が増加し、コアの磁気特性も変化する可能性があります。電気モデルと熱モデルを結合して、反応器の熱挙動をシミュレートできます。たとえば、熱等価回路を使用して、反応器内の熱伝達プロセスを表し、温度上昇を計算できます。
モデルのアプリケーション
モデル化された飽和反応器は、さまざまなアプリケーションで使用できます。
電力システム分析
電力システム分析では、飽和リアクターモデルを使用して、電源システムの安定性、電圧調節、および高調波緩和に対する反応器の影響を調べることができます。たとえば、流通ネットワークでは、飽和反応器を使用して、反応性出力を補正し、電圧の変動を減らすことができます。 Power Systemモデルの飽和リアクターをシミュレートすることにより、そのパラメーターと場所を最適化して、最高のパフォーマンスを実現できます。
機器の設計
機器の設計では、このモデルはエンジニアが飽和リアクターの設計を最適化するのに役立ちます。反応器の効率と信頼性を改善するために、磁場分布、コア損失、および電気特性を分析できます。たとえば、シミュレーション結果に基づいてコア材料と巻線構造を調整することにより、エンジニアはパフォーマンスを維持しながら、原子炉のサイズとコストを削減できます。
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参照
- Jiles、DC、＆Atherton、DL（1986）。強磁性ヒステリシスの理論。 Journal of Magnetism and Magneticter Materials、61（3）、211-230。
- Kundur、P。（1994）。電力システムの安定性と制御。マクグロー - ヒル。
- ポール、CR（2007）。多導体伝達線の分析。 Wiley-インターサイエンス。