直流高压电源的电场分布仿真与优化研究

• 作 者: 杨波
• 机 构: 桂林电子科技大学
• 出 处: 桂林电子科技大学
• 发表日期: 2014年期
• 关键词: 电子束焊机 直流高压电源 ANSYS分析 电场分布 许瓦兹变换 绝缘结构

随着直流高压电源在各行各业的广泛使用,要求它的输出电压越来越高,功率也越来越大。而小型化,高效率是高压电源的发展方向,这恰恰与其相反。要实现高压电源的小型化,对绝缘材料的选择和对绝缘结构的优化就成为了研究的重点。本文主要解决的是绝缘结构优化方面的问题,从高压电源绝缘强度的提高为出发点,以空间静态电场为基础建立高压电源的电场数学模型,采用ANSYS软件进行了直流高压电源空间电场分布的分析,通过优化设计高压电源部件空间位置的方法来改善电场分布和提高绝缘材料的绝缘电压等级,进而提高高压直流电源的性能,使得绝缘材料能够充分得到利用。本文以电子束焊机的直流高压电源作为研究对象。　　首先,进行了局部电场的优化研究。本文采用ANSYS软件做出了直流高压电源中不含端部引线部位的变压器的整体电场分布仿真;又对变压器端部引线部位的结构进行简化,做出了含有端部引线结构的变压器的电场仿真,通过对比电场云图,发现含有端部的引线部位的电场发生严重畸变。本文依据许瓦兹理论中有限边界代替无限边界的理论优化端部电场的结论,重新设计了端部引线部位电极结构,即通过镶嵌半圆形状的铜球在变压器端部的引线部位。然后,用ANSYS软件对优化后的端部引线部位进行了电场分析,得出了优化后的端部引线部位的局部电场分布得到了有效改善的结论。　　其次,对高压电源整体电场分布进行了优化。通过测绘实际的直流高压电源,用Solidworks绘出其总装图,然后对直流高压电源的各个模块进行简化,简化后建立其结构模型。在ANSYS软件中对直流高压电源的整个简化模型进行电场分析,然后绘出它的电位云图和电场云图,根据电场云图中电场的分布对直流高压电源的各个模块的空间结构进行分析。　　最后,对直流高压电源各元器件模块之间的距离和布局进行优化调整后,重新设计了直流高压电源。通过对优化前后的直流高压电源电场分布云图的对比分析,得出了一个合理的优化方案。　　本文通过理论分析和仿真的数据相结合,对直流高压电源结构做出了一个系统的优化,本研究结果具有较好的实用参考价值。