干式铁心电抗器电磁-热-结构多物理场耦合仿真及协同优化研究

干式铁心电抗器长期处于电磁、热及应力等物理场中,其温升和振动问题日益严重.为了解决上述问题,提高金属导体材料的利用率,该文提出了干式铁心电抗器多物理场耦合仿真与协同优化相结合的设计方法.首先分析铁心电抗器温升及振动机理,指出影响铁心电抗器温升及振动的主要因素.然后,搭建干式铁心电抗器系统级协同优化模型.温升方面采用包封线圈-气道单元散热效率优化方法,在振动方面采用Kriging近似模型优化方法,通过灵敏性分析将设计变量划分为敏感和不敏感2个层次.最后,采用多岛遗传算法获得最佳的设计,仿真结果验证了优化设计方法的正确性.优化结果表明,该文提出的干式铁心电抗器多物理场协同优化设计方法,在满足电感、温升和振动等参数的前提条件下,绕组和铁心的用量分别减少了17.1％和6.7％,显著提高了金属导体利用率.