电压互感器是一种专门用于将高电压转换成低电压的特种变压器，在正常运用条件时， 二次电压实质上与一次电压成正比，而且在衔接方向正确时，二次电压对一次电压的相位差 接近于零。电压互感器一次绕组并联在电力体系的线路中，二次绕组经负荷(丈量外表、继 电器等)而闭合。
本文选用世界盛行的 ANSYS 大型通用有限元剖析软件对电压互感器进行有限元剖析， 它具有丰厚和完善的单元库、资料模型库和求解器，确保了它能够高效的求解各类结构的静 力、动力、振荡、线性和非线性问题，稳态和瞬态热剖析及热结构耦合问题，静态和时变电 磁场问题，以及多场耦合问题;它的彻底交互式的前后处理和图形软件，大大减轻了用户创 建工程模型，生成有限元模型以及剖析和*价核算成果的作业量;它的统一和集中式的数据 库，确保了体系各个模块之间的牢靠和灵敏的集成;它的DDA 模块完成了它与多个CAD 软件产品的有用衔接。ANSYS 有限元剖析软件剖析过程中包含三个首要过程：前处理、加 载和求解、后处理。前处理是指创立实体模型及有限元模型。它包含创立实体模型，界说单 元特点，区分网格，模型批改等几项内容。加载可在实体模型或FEA 模型(节点和单元) 上加载，但不管采纳何种加载办法，ANSYS 求解前都将载荷转化到有限元模型。
在求解进 行之前，应进行剖析数据查看，求解成果保存在数据库中并输出到成果文件。ANSYS 具有 两个成果后处理器：通用后处理器;时刻—进程后处理器。前者只能观看整个模型在某一时 刻的成果;后者可观看模型在不一起刻段或子步进程上的成果，常用于处理瞬态或动力剖析 成果。[1~5]
1 有限元建模和网格剖分
1.1 有限元建模
选电压互感器为单相三柱式结构，额外一次电压 35KV，一次绕组匝数32126，额外二 次电压100V，二次绕组匝数92，一次绕组电阻8681 Ω ，二次绕组电阻0.097 Ω ，额外频率 50HZ。对其进行了二维有限元剖析。
尽管一切的实体都是三维的，但在实践核算时首先要考虑能否将它简化成2D 平面模型， 这是由于2D 模型树立起来更简单，剖析起来也更方便。电压互感器的2D 几许模型包含： 原边线圈、副边线圈、铁心和空气。图1 为单相三柱型电压互感器(1/2 模型)。
1.2 单元的选取
本磁场剖析详细选用了 ANSYS/ Multiphysics 模块、PLANE53 单元和CIRCU124 单元。 PLANE53 单元适用于二维(平面和轴对称)磁场剖析。PLANE53 单元由8 节点组成， 每节点有4 个自在度：磁矢势(AZ)、时刻积分电势(VOLT)、电流(CURR)和电动势(EMF)。
PLANE53 单元树立在磁矢势的清晰表述上，适用于以下的低频电磁场范畴：静磁学、涡流 (沟通谐波剖析和瞬态剖析)、载压电磁范畴(静态、沟通谐波和瞬态剖析)以及磁路耦合 范畴(静态、沟通谐波和瞬态剖析)等。PLANE53 单元具有非线性磁场剖析功用，能够输 入B—H 曲线或永磁体去磁曲线。在PLANE53 单元中，经过SF 和SFE 指令把麦克斯韦力 加在由盘绕的数字所标出的单元外表上，要核算电磁力的外表经过加MXWF 标志在其外表 上加载指令，在这些外表上核算麦克斯韦应力张量，然后得到电磁力。
CIRCU124 单元是适用于电路模仿的一种一般电路单元。CIRCU124 单元也能够与电磁 有限元接口来模仿耦合电磁——电路场交互作用。CIRCU124 单元至多有6 个节点来界说电 路单元而且每个节点有3 个自在度来模仿电路反响。关于电磁——电路耦合场，CIRCU124 单元能够与PLANE53 单元(二维电磁场剖析单元)和SOLID97 单元(三维电磁场剖析单 元)有接口，CIRCU124 单元适用于静态、谐性和暂态剖析。CIRCU124 单元被自动的和被 动的节点界说，自动节点联结在总电路图上，被迫节点被CIRCU124 单元内部运用并不与 电路相联。
1.3 网格剖分
建完几许模型后，在有限元模型区域中，设定二维磁场剖析单元 PLANE53 单元类型。 设定好一、二次绕组的实常数，并赋予铁心、线圈和空气的资料特点。为各实体赋予现已定 义好的资料特点、单元类型，随后即能够进行网格剖分。图2 为电压互感器网格剖分图。由 于本几许模型的形状十分规矩，故可选用自在网格剖分。
1.4 磁路耦合有限元剖析
建模、剖分今后，树立电路单元：原边线圈树立独立电压源(IVS)，树立绞线圈单元 (SCE)，将PLANE53 单元构成的原边线圈截面与独立电压源(IVS)相衔接，并设置好单 元特点和实常数;副边线圈建电阻(RES)，模仿开路和短路状况，建绞线圈单元(SCE)，将 PLANE53 单元构成的副边线圈截面与电阻器(RES)相衔接，并设置好单元特点和实常数。然 后，耦合自在度并挑选根据节点的矢量磁位法来剖析电压互感器模型，施加磁力线平行于表 面的边界条件。图3 为耦兼并加载边界条件之后的模型。
2 求解及后处理
2.1 电压互感器空载时的求解及后处理
输入指令流，求解完成后，在后处理中，经过*get 指令取出原边电压的实部voltrP 和虚 部voltiP，以及副边电压的实部voltrS 和虚部voltiS，从参数列表中取出电压差错ERRPS= 0.6924163301469E-04，本文实例顶用传统办法求得的电压差错为0.06%;取出相位差ERRF =0.042′，实例顶用传统办法求得的相位差为0.17′。能够看出使用ANSYS 软件核算出的电压差错略小于传统办法算出的电压差错。图 4 为开路时的磁通曲线图。
2.2 短路时的求解及后处理
电压互感器作业时二次绕组根本处于开路状况，肯定不能短路。为确保设备和作业人员 的安全，电压互感器二次侧短路电流密度不能超过160A/mm2[1]。在后处理中，经过*get 命 令取出原边电流的实部currRP 和虚部currIP，以及副边电流的实部currRS 和虚部currIS， 从参数列表中取出原边电流有用值IP=1.11A 和副边电流IS=390.52A，别离除以原边和副 边的导线截面积，得到二次侧短路电流密度为75.9 A/mm2，实例顶用传统办法核算出的二 次侧短路电流密度为77 A/mm2。能够看出用ANSYS 软件核算出的电流密度略小于传统方 法算出的电流密度。图5 为短路时的磁通曲线图。
3 核算成果的比较和剖析
经过以上两种状况的核算剖析可知，运用ANSYS 核算得到的电压差错和短路电流密度 均小于传统办法核算的成果，这首要是由于传统办法中选用了一些近似公式，一起在ANSYS 核算中，没有考虑磁滞和涡流损耗。
4 定论
运用 ANSYS 对单相三柱式电压互感器进行磁路耦合有限元剖析，能够获得详实的核算结 果数据、形象的二维实体磁场散布和其他相关变量的成果描绘。与理论数据比较，成果较为 准确，假如网格剖分越密，核算精度会越高。
本文作者立异点：本文完成了单相三柱式电压互感器在ANSYS 中的磁路耦合剖析，经过与 理论核算的数据比较，成果较为准确。
