本發明涉及電力控制技術領域，具體涉及一種基于ANSYS的母線集膚效應的計算方法。

背景技術：

集膚效應是導體的重要參數之一，是指導體中有交流電流流過或者處于交變電磁場中，由于電磁感應使電流或磁通在導體中分布不均勻，越接近表面的地方電流密度或者磁通密度越大的現象。電流的頻率越高，母線的電導率和磁導率越大，趨膚厚度就越小，這時如果母線的截面積稍微變大，集膚效應就會非常嚴重，母線的電阻也會增大，所以，集膚效應對母線導體的影響很大，集膚效應會造成交流損耗增大，同時，當多根導體同時安裝時，還會出現鄰近效應。由于現有的母線，尤其是矩形母線集膚效應嚴重，因此有必要對母線形式進行改進，然而，新型母線的集膚效應系數不同于常用的不同尺寸矩形、管型、槽形母線，其集膚效應均可從電氣設計手冊中查得，而運用電磁場理論進行數值計算的方法太過復雜繁瑣，計算量大，因此需要一個簡便的方法對母線的集膚效應進行一個較為準確的評估，準確地分析母線的集膚效應和鄰近效應這些特性參數，為設計工作提供參照依據，有著十分重要的意義。

技術實現要素：

本發明提供一種基于ANSYS的母線集膚效應的計算方法，目的在于由于集膚效應對母線導體的影響很大，特別當多根導體同時安裝時，還會出現鄰近效應的問題，而運用常規的電磁場理論進行數值計算的方法太過復雜繁瑣，計算量大的問題。

本發明通過以下技術方案實現：

一種基于ANSYS的母線集膚效應的計算方法，其特征在于：所述計算方法包括如下步驟；

1）使用ANSYS有限元軟件的電磁學模塊，對母線進行建模，分別施加直流電和交流電，計算其直流電阻和交流電阻，然后求得母線的集膚效應系數；

2）計算直流電阻時，采用SOLID69單元，定義材料屬性、建模、劃分網格以后，定義母線一端為零電位，另一端耦合節點電壓自由度，然后選擇節點號最低的節點施加集中力載荷，即在該節點施加直流電流載荷，求解得母線的電位等值云圖，由此即可以得到母線的直流電阻阻值；

3）計算交流電阻時，采用SOLID117單元，定義材料屬性、建模、劃分網格以后，定義母線一端為零電位，另一端耦合節點電壓自由度，然后選擇節點號最低的節點施加集中力載荷，即在該節點施加交流電流載荷，同時施加磁力線平行邊界條件，求解得母線的交流損耗，由此即可以得到母線的交流電阻阻值；

4）通過步驟2、3計算得到母線的直流電阻阻值和交流電阻阻值以后，將交流電阻阻值除以直流電阻阻值即得母線的集膚效應系數。

本發明進一步技術改進方案是：

所述母線為兩根、或為兩根以上，且平行安裝，只需將兩個母線截面耦合即可，這樣就模擬了母線的鄰近效應，所求得的集膚效應系數也包含了鄰近效應的影響。

本發明與現有技術相比，具有以下明顯優點：

本發明所提供的母線集膚效應的計算方法，在母線的設計過程中，母線的形式有時并非常見的規格，集膚效應系數無法從設計手冊查到，本發明所示的方法相比電磁場理論的數值計算方法來說無需進行電磁場理論分析，計算量大大減少，且建模簡單，只需要添加適當的邊界條件和載荷即可方便的計算出母線的集膚效應系數，準確性較高，為設計工作提供參照依據。

附圖說明

圖1為本發明槽形銅母線截面示意圖；

圖2為本發明槽形銅母線節點電位等值云圖；

圖3為本發明槽形銅母線的交流損耗計算結果。

具體實施方式

下面結合附圖1、2、3和實施例對本發明技術方案作進一步的詳細描述，以使本領域的技術人員可以更好的理解本發明并能予以實施。

本發明計算方法包括如下步驟；

1）使用ANSYS有限元軟件的電磁學模塊，對母線進行建模，分別施加直流電和交流電，計算其直流電阻和交流電阻，然后求得母線的集膚效應系數；

2）計算直流電阻時，采用SOLID69單元，定義材料屬性、建模、劃分網格以后，定義母線一端為零電位，另一端耦合節點電壓自由度，然后選擇節點號最低的節點施加集中力載荷，即在該節點施加直流電流載荷，求解得母線的電位等值云圖，由此即可以得到母線的直流電阻阻值；

3）計算交流電阻時，采用SOLID117單元，定義材料屬性、建模、劃分網格以后，定義母線一端為零電位，另一端耦合節點電壓自由度，然后選擇節點號最低的節點施加集中力載荷，即在該節點施加交流電流載荷，同時施加磁力線平行邊界條件，求解得母線的交流損耗，由此即可以得到母線的交流電阻阻值；

4）通過步驟2、3計算得到母線的直流電阻阻值和交流電阻阻值以后，將交流電阻阻值除以直流電阻阻值即得母線的集膚效應系數。

所述母線為兩根、或為兩根以上，且平行安裝，只需將兩個母線截面耦合即可，這樣就模擬了母線的鄰近效應，所求得的集膚效應系數也包含了鄰近效應的影響。

附圖1所示的槽形銅母線施加直流電以后，求得的節點電位云圖如附圖2所示，施加電流大小為1000A，由圖中可得母線一端的電壓為0.008361V，由得到母線的直流電阻為8.361e-6(Ω)。槽形銅母線施加交流電以后計算得的交流損耗如附圖3，槽形銅母線的交流損耗為8.9615瓦特，施加的電流為1000A，由 得到交流電阻值為8.9615e-6(Ω)，而直流電阻值為8.361e-6(Ω)，所以槽形銅母線的集膚效應系數為1.072。根據設計手冊查得的槽形母線的集膚效應系數為1.074，因此該方法求得的值較為準確。

本發明方案所公開的技術手段不僅限于上述實施方式所公開的技術手段，還包括由以上技術特征任意組合所組成的技術方案。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護范圍。