基于ANSYS的饱和铁心型限流器建模与仿真
ANSYS-Maxwell-2D求解齿槽转矩、饱和电感、饱和磁链的几种方法
齿槽转矩、一、问题描述1.齿槽转矩T cog ：当永产生的转矩即为T cog ，它是是永磁电机特有的问题之关键问题。
2.饱和电感：绕组存在导致绕组电感变化。
考虑高电机模型精度有重要意3.饱和磁链：绕组交链存在饱和现象。
二、基于Maxwell 2d 的求Maxwell 2D 可以有效对于求Tcog，方法很多为模板，介绍3种方法。
打开该案例后，首先Settings 中设置“Fract 算例，将新算例的类型修例，删除RMxprt 算例，按1.静磁场扫描转子旋转角首先，选中转子轭和4在弹出窗口中将旋转角度弹出的窗口中，定义变量磁链等随电流变化的规律ANSYS Maxwell 求解、饱和电感、饱和磁链永磁电机绕组不通电时，永磁体和定子是永磁体与电枢齿之间相互作用力的之一，是高性能永磁电机设计和制造中在电感，当电机负载不同时，铁心的虑不同负载电流、不同转子角度下的绕意义。
链有磁链，跟电感一样，磁链也受电流求解T cog 的方法仿真得出永磁电机电磁方案的齿槽转多。
本文以R17.2 RMxprt 中的自带案例先将系统中的案例另存到工作目录ions 1”，计算并生成Maxwell 2D 修改为静磁场算例，并分别再复制一按照图1重命名各个算例。
图1 算例重命名角度的方法个永磁体，做旋转操作（选菜单Edit 度设置为一个新变量“my_ang”（如图量“my_ang”的初值为“0 deg”。
律，则类似地在输入电流的地方，将电链的方法子铁芯之间相互作用的切向分量引起的。
T cog 中必须考虑和解决的的磁饱程度会有差异，绕组电感变化，对提流、转子角度的影响，转矩、电感、磁链。
例4极24槽“assm-1”录下，然后在Design 瞬态场算例。
复制该一次静磁场和瞬态场算t->Arrange->Rotate），图2），并确定；在新（如要求转矩、电感、电流定义为新变量。
）图2 旋转转子然后，选中模型中的“Band”区域，选菜单“Maxwell2D->Parameters->Assign-> Torque” 中,定义求解转矩(如要求电感或磁链，则选“…->Matrix…”，另外在此前还要先定义有电流的区域“Excitations->Assign Current”)，如图3所示。
基于双金属片精细建模的小型断路器热脱扣仿真及实验研究
电器与能效管理技术（2021No.4）-电器设计与探讨-基于双金属片精细建模的小型断路器仿真及研究胡金利（上海西门子线路保护系统有限公司，上海201514）摘要：热脱扣特性是小型断路器的一项重要指标。
大多数小型断路器采用双金属片元件进行断的热脱扣，双属片的形变断 热脱扣器的工作。
分双金属片温升以及形变对小型断的重要意义。
利用Coe软件以及有限元仿真软件Ansys建立了双金属片模型，进行有限元仿真分析,双金属片的瞬态温度分布以及形变分布。
，20断 进行脱扣实验，实验与仿真第果相吻合,验证了仿真方法的准确性。
关键词：小型器；双金属片；脱扣时间；有限元仿真中图分类号：TM561文献标志码：A文章编号：2095-8188（2021）04-0034-06 DO*：10.16628/ki.2095-8188.2021.04.007胡金利（1975-）,男，高级工程师，主要从事电器的研究和开发。
Simulation and Experimental Sridy on Thermal Trip of MCBH0Jinli(Siemens Circuit Protection Systems Co.，Ltd.，Shanghai201514，China) Abstract:Thermal trip characteristic is an impoCant indec of miniature circuit breaker(MCB).Nowadays，most MCBs use bimetallic elementr for thermal tripping of circuit breakers.The deformation of bimetallic sheet directly affectr the operation of thermal release of MCB.It is veo important I analyee the temperature rise and deformation of bimetallic sheet for the desian of MCB.At the same time，20youps of circuit boakerr are tested for tripping.The experimental resultr are in good ayoement with the simulation results.The accuocy of the simulation meihod osveeoooed.Key words:miniature circhip breaker（element simulation0引言断作为关电地应用在低配电线用电，在电能以及分断正常电路状态时的电流，能和分断一定条件下非正常状态的电流。
Ansys二维流体系统简易建模及仿真
Ansys二维流体系统简易建模及仿真摘要：本文模拟无叶风扇，参考涡轮原理，建立二维流体系统，并使用ansys14.0对二维流体系统进行简易仿真与分析。
1.无叶风扇原理无叶风扇灵感来源于空气叶片干手器。
利用喷气式飞机引擎及汽车涡轮增压中的技术，通过底部的吸风孔吸入空气，圆环边缘的内部隐藏的一个叶轮则把空气以圆形轨迹喷出，最终形成一股不间断的冷空气流。
工业设计师詹姆斯·戴森爵士命名他的风扇为空气倍增器。
以下为无叶风扇实物及结构原理图（来自网上）。
2.二维建模根据无叶风扇结构，设计以下仿真模型（ansys做出），腔内流动空气产生不同气压，因此于小孔（L1 L4位置）产生压力差，本文假设气流从二处喷出，经狭缝进入外部，理论上L9空气将被吸入放大后经L10喷出。
3.仿真操作流程及截图1)建立上图所示模型（较为复杂，此处略去过程）。
2)选择CFD，建立单元类型。
3)meshing tool进行网格划分4)输入如下参数5)Fluid/CDF Load如下图，边界速率VX、VY全部为0，出入速率设为1(VY),两端进出风口pressure DOF为06)Run Flotran,无报错，点击Last set后，进行plot result。
7)结果及分析Vector plot(选择DOF solution,Velocity V,第二张为不同网格划分另一仿真结果):contour plot(选择Other FLOTRAN Quantities,Total Stagnation Pressure):Animate velocity of trace particles8)分析总结本文系统建模不完全合理，仅供示意，可一定程度说明问题。
由以上仿真看出，小孔喷出小气流，使得进气口气流汇聚在系统后方出气口产生较大气球（颜色表示气流强度），确实满足建模目的，但整个模型及仿真操作过程仍需进一步优化来确定其合理性。
参考：[1]wikipedia[2]ansys_CFD_实例(二维流体CFD仿真例程)。
学习使用ANSYS进行工程模拟
学习使用ANSYS进行工程模拟第一章：引言在工程领域中，进行仿真模拟是一项非常重要的工作。
它可以帮助工程师们预测并分析各种工程问题，优化设计方案，并最终提高产品的性能和可靠性。
ANSYS是一款强大的工程仿真软件，被广泛应用于机械、电气、材料等领域。
本文将介绍学习使用ANSYS进行工程模拟的基本步骤和技巧。
第二章：ANSYS的基本概念2.1 ANSYS的优势ANSYS具有较强的计算能力和丰富的物理模型库，可以模拟各种不同物理场景，如结构力学、流体力学、电磁场等。
此外，它还提供了友好的图形界面和强大的后处理功能，方便用户进行结果的可视化和分析。
2.2 ANSYS的基本组成ANSYS主要由前处理、求解器和后处理三个部分组成。
前处理用于建模和定义问题，求解器负责进行数值计算，而后处理则用于可视化和分析模拟结果。
第三章：ANSYS的建模和前处理3.1 几何建模在ANSYS中，可以通过多种方式进行几何建模，如直接绘制、导入CAD文件等。
工程师需要根据实际需要对几何模型进行修复和简化，并保证模型的准确性和完整性。
3.2 材料属性定义在进行仿真模拟之前，需要为材料定义其物理性质和力学特性。
ANSYS提供了丰富的材料模型和材料数据库，根据具体需求选择合适的材料模型，并设置相应的参数。
3.3 加载和约束定义在建模过程中，需要对模型施加外部加载和约束条件。
加载可以是压力、力、温度等，约束可以是固定边界、挠度约束等。
通过定义加载和约束，可以模拟真实工作条件下的模型行为。
第四章：ANSYS的求解器和数值计算4.1 选择求解器类型ANSYS提供了多种求解器类型，如静态求解器、动态求解器、热传导求解器等。
根据具体问题的特性选择合适的求解器类型，并设置求解参数。
4.2 网格划分在进行数值求解之前，需要对模型进行网格划分。
网格划分的好坏直接影响到数值计算的精度和效率。
ANSYS提供了不同类型的网格划分算法和自适应网格技术，可以根据具体应用场景选择合适的划分方法。
基于ANSYS的剪切力仿真分析
基于ANSYS的剪切力仿真分析剪切力是指作用在一个物体上的垂直于剪切平面的力，它在工程设计和材料力学研究中具有重要的作用。
在许多工程领域中，了解和分析剪切力分布对于优化设计和改善产品性能至关重要。
然而，通过实验手段获得剪切力分布信息的成本较高，而且不便于对设计参数进行灵活的调整。
因此，借助计算机仿真的方式进行剪切力分析成为一种高效和经济的方法。
ANSYS是一款著名的计算机辅助工程软件，其强大的有限元分析功能为剪切力仿真分析提供了极大的便利。
有限元分析是一种基于分解物体为离散单元的方法，通过计算每个单元之间的相互作用力，来获得整个物体的力和应变分布。
在进行剪切力仿真分析时，可以利用ANSYS的强大计算能力和精确的数学模型，来模拟真实系统中的力学行为，进而获得剪切力分布的准确结果。
在进行剪切力仿真分析前，首先需要建立精确的几何模型。
可以通过ANSYS中的建模工具进行模型构建，也可以导入外部CAD软件绘制好的模型。
模型的几何形状以及材料属性的设定都会对剪切力仿真分析的结果产生影响。
因此，在建立模型时，应该充分考虑实际工程应用中的各种因素，并且进行合理的近似和简化。
例如，对于复杂形状的模型，可以利用网格划分方法将其分解成一系列简单的单元，以便于进行数值计算。
一旦几何模型构建完成，就可以进行边界条件的设定。
边界条件是指在仿真过程中对模型施加的力和约束条件。
在剪切力仿真分析中，我们通常需要定义物体的初始状态和施加的外力。
初始状态包括物体的初始位置、速度和加速度，而外力则可以是集中力、分布载荷或者是边界的位移条件。
根据实际工程需求，通过逐步调整边界条件的设定，可以模拟不同的工况，从而获得不同剪切力分布的结果。
在进行剪切力仿真分析时，ANSYS会对模型进行离散化处理，将其分解为大量的有限元单元。
这些有限元单元之间通过节点相连接，形成一个网格结构。
网格的划分密度会对仿真结果的准确性产生重要影响。
过于粗糙的网格可能不能准确地捕捉到剪切力的分布情况，而过于细密的网格则会导致计算量过大。
基于ANSYS Workbench的变压器铁芯—绕组振动仿真
基于ANSYS Workbench的变压器铁芯—绕组振动仿真姚敏;赵振刚;高丽慧;郭丽君;李英娜;李川【摘要】为实现对变压器工作状态的实时监测,及时排除故障,需要对变压器铁芯—绕组进行振动仿真,根据振动情况确定最优测点.利用有限元分析法对S13—12500/35型油浸式电力变压器,在夹紧和松动2种状态下,铁芯—绕组的模态特征进行仿真分析,对比夹紧状态下铁芯—绕组振动的幅频特征.仿真结果表明:铁芯—绕组振动最强的位置主要分布在上夹件的中部和下表面左右两侧的4个端角、上铁轭的中部及三相绕组的上部;在正常预紧力下的主要响应频带在300 Hz以上,振幅频谱能量主要集中在100,300~350 Hz附近.本文为变压器振动情况的测点选择和阈值设定提供了理论依据.%In order to realize real-time monitoring on transformer working condition,and find out breakdowns timely,it is needed for transformer core-winding vibration simulation to determine the optimal measuring point according to vibration.So use finite element analysis(FEA)method on modal characteristics of S13—12500/35 type of oil-immersed power transformer core-winding in clamping state and loose state,and contrast amplitude-frequency characteristics of core-winding vibration in clamping state.The simulation results show that the strongest position of core-winding vibration mainly distributed in clamp center and the four sides of lower surface angle of the left and right and the middle of upper iron yoke and the upper part of the three-phase windings. The main response frequency band is above 300 Hz under normal preload,amplitude spectral energy is concentrated at 100 Hz and near 300~350 Hz.It providesa theoretical basis for selecting of measuring point and setting of threshold of the transformer vibration.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2018(037)003【总页数】3页(P62-64)【关键词】有限元分析;变压器;振动;铁芯—绕组;模态特征;幅频特征【作者】姚敏;赵振刚;高丽慧;郭丽君;李英娜;李川【作者单位】昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650500;昆明理工大学信息工程与自动化学院,云南昆明650500【正文语种】中文【中图分类】TP212.90 引言随着电力系统容量的增大，电力变压器的可靠运行与电力系统的安全密切相关[1～5]。
单磁芯饱和电抗器的建模与仿真
ANSYS Maxwell助力电力变压器设计和仿真
用户自定义添加新的磁芯模型，包括 尺寸和材料
如果用户需要的磁芯材料不在参数输入界面上，用户可以按照如下的步骤添加: 1. 建立一个与添加的磁芯材料对应的frequency versus permeability 文件（tab格式） 2. Tab文件命名为所添加的材料名 3. 把tab文件放到如下目录 “CoreUDM /MaterialData” 4. 在Excel中打开目录“CoreUDM /MaterialData”下的“matdata.tab” 文件 5. Add a row for the material to be added and specify name and other material properties 6. 为新加的材料添加一行，并指定电导率、损耗系数和密度等其它材料参数 7. 保存文件
记录输入文件 –用于下次直接复用生成模 型
• 一个.tab格式的文件在脚本运行时被自 动记录，并保存于Maxwell默认的工程 文件目录下。
• 通过选择“core definition”输入界面上的 “Read Data from Text File”按钮，可以重 新运行已有的.tab格式输入文件(note Core Model box will remain blank)
• ETK和PExprt的区别？
“Electronic Transformer Kit”是基于Maxwell 3D 的免费脚本，提供基于预先定义的设计输 入的FEA求解模型（非解析模型），而PExprt可生成整个设计。ETK不考虑Litz线和 twisted双绞线，也不自动考虑绕组电容，除非手动生成一个额外的electrostatic design 。
哪里可以找到ETK脚本？
• 访问 Customer Portal: Knowledge Resources > Solutions
ansys电磁场仿真分析教程
有限元网格
1-6
• 进行模拟 • 观察结果
– 某指定时刻 – 整个时间历程 • 后处理 – 磁力线 –力 – 力矩 – 损耗 – MMF（磁动势） – 电感 – 特定需要
1-7
• 模拟由3个区域组成 • 衔铁区: 导磁材料 导磁率为常数（
即线性材料）
• 线圈区: 线圈可视为均匀材料. • 空气区:自由空间 (μr = 1) .
• 选择Apply (重复显示和输入) • 建立线圈面
利用TAB 键移动输 入窗口
• 选择 Apply
1-17
• 建立空气面
• 选择 OK 衔铁
到了这步，建立了全部平 面，但它们还没有连接起 来.
线圈
1-18
• 用Overlap迫使全部平面连接在一起 Preprocessor>Operate> Overlap>Areas
B
B
励磁体1/4对称模型
1-44
• 单元plane13 and plane53 用于模拟2D磁 场
• 按Pick All
现在这些平面被连接了，因此当 生成单元时，各区域将共享区域 边界上节点
这种操作后，原先平面被删除， 而新的平面被重新编号
1-19
• 这些平面要求与物理区和材料联系起来 Preprocessor>-Attributes-Define>Picked Areas
• 用鼠标点取衔铁平面 • 选择OK (在选取框内） • 材料号窗口输入2
1-3
• 利用轴对称衔铁和平面定子设计 致动器的一个实例 – 衔铁旋转 – 衔铁气隙可变化
• 完整模型由2个独立部件组成 – 衔铁模块 – 定子模块
执行: solen3d.avi看动画
基于ANSYS的永磁同步电机的设计与仿真
侯 鹏 1>2 ，周 国 鹏 2 ，万 仁 卓 1 ，周 芳 2 ，周 智 2
( 1 . 武 汉 纺 织 大 学 电 子 与 电 气 工 程 学 院 ，湖 北 武 汉 430200; 2 . 湖 北 科 技 学 院 工 程 技 术 研 究 院 ，湖 北 咸 宁 437100)
摘 要 ：为 了 简 化 研 发 永 磁 电 动 机 的 设 计 周 期 ，本 文 提 出 了 一 种 基 于 Ansys Maxwell软 件 RMxprt电
态 运 行 有 限 元 计 算 与 分 析 ，验 证 了 电 磁 设 计 的 合 理 性 ，同 时 比 较 了 基 于 磁 路 法 RMxprt的 计 算 和
Maxwell2D有 限 元 分 析 相 结 合 的 电 机 设 计 过 程 Q结 果 表 明 ，有 限 元 分 析 法 的 精 度 优 于 磁 路 法 ，该 分
元 法 对 单 相 永 磁 同 步 电 机 进 行 了 仿 真 研 究 。在国 外 ，LiP〇等在文献[5]中应用场路耦合有限元法仿真 了 永 磁 同 步 电 机 的 稳 态 运 行 性 能 ，Gieras等在文
献 [6]中用有限元法计算了同步电动机的参数和性 能 ，文中参数仿真能真实地反映负载时磁场的饱和 程度。总 之 ，国内外学者对各种电机电磁场性能仿 真 分 析 取 得 了 一 些 成 果 ，很 明 显 利 用 有 限 元 法 分 析 电机磁场更精确，但利用有限元法分析各种电机模 型还有待完善。
本 文 将 采 用 有 限 元 法 对 永 磁 同 步 电 机 （PMSM) 内部电磁场进 行 数 值 计 算 与 仿 真 分 析 。首先基于 RMxprt模 块 建 立 永 磁 电 机 的 数 学 模 型 ，然 后 将 RMxprt模 块 生 成 的 几 何 模 型 导 入 Maxwell2D 模 块 ， 利 用 Maxwell2D 模 块 对 电 机 进 行 有 限 元 仿 真 与 分 析 ，验证电机设计的合理性，并为进一步优化打下 基础。
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基于ANSYS的饱和铁心型限流器建模与仿真宋萌;林哲侃;罗运松;胡晶;李达义【摘要】为了解决传统的饱和铁心型故障限流器存在的限流能力差、体积和重量过大等缺点,提出一种改进的饱和铁心型故障限流器.通过改进传统饱和铁心型故障限流器的结构和工作原理,增大了限流器限流阻抗与稳态阻抗的比值,提升了限流器的限流能力,同时减小了饱和铁心型限流器的体积、重量和损耗.利用ANSYS有限元仿真软件,在典型的10 kV应用场景下对改进的饱和铁心型故障限流器及其励磁系统进行建模与仿真.仿真结果验证了改进的饱和铁心型故障限流器理论的正确性,显示了利用ANSYS建立电磁场与电路模型及进行仿真分析的优越性.【期刊名称】《广东电力》【年(卷),期】2019(032)004【总页数】7页(P55-61)【关键词】饱和铁心型;故障限流器;ANSYS;Maxwell;Simplorer;建模;仿真【作者】宋萌;林哲侃;罗运松;胡晶;李达义【作者单位】广东电网有限责任公司电力科学研究院,广东广州 510080;强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学),湖北武汉 430074;广东电网有限责任公司电力科学研究院,广东广州 510080;强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学),湖北武汉 430074;强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学),湖北武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】TM471电力系统中最常见、危害最大的是各种形式的短路，过高的短路电流严重危害电力系统的安全稳定运行，甚至会超过断路器的遮断容量，给电力系统中的各种电气设备(如变压器、接地网、继电保护装置等)造成极大的损害[1]，因此限制电力系统故障短路电流已成为现代电网发展的重大技术问题。
考虑到经济成本、生产应用的现状以及对电力系统稳定性的影响，通过外加故障限流器(fault current limiter，FCL)来限制短路电流是当前最好的解决方案[2]。
FCL是一种串联接在线路中的电气设备，其基本思想是快速检测即将出现的大短路电流峰值，并提前采取措施将其限制在低水平，以满足已有断路器在不超过其切断能力下切断短路故障[3]。
超导故障限流器(superconducting fault current limiter，SFCL)具有反应速度快、能自动触发、自动复位、可多次动作等优越性，是故障限流器发展的最新前沿方向。
目前研究较多的SFCL类型有电阻型[4-5]、变压器型[6-7]、有源型[8]、磁屏蔽型[9]、桥路型[10-11]、饱和铁心电抗器型[12-14]等。
其中，饱和铁心电抗器型能够将正常工作条件下的低阻抗与短路条件下的大阻抗相关联，利用磁性材料磁导率的非线性特性来实现限制短路电流的功能[15]。
因在故障限流期间超导线圈不失超，具有多次自动启动能力、所需直流超导绕组较易制造等优点，饱和铁心型故障限流器(saturated iron core FCL，SICFCL)已成为国内外限流器研究的首选[14]。
但传统的SICFCL仍存在限流阻抗与稳态阻抗的比值较小、限流效率不高、单边效应导致体积和重量过大等缺点。
仿真技术作为一种新型的科技手段已深入于教学和科研中[16-21]，由于大型电力系统设备的设计与现场实验成本高、实现困难，常使用仿真技术进行仿真分析后，再投入样机的生产和试运行。
ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的计算机辅助工程软件，是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元仿真分析软件。
SICFCL的建模与仿真涉及电场、磁场、热力场等多物理场，以及电路、磁路、结构等的耦合关系，适合采用ANSYS有限元软件进行建模和仿真。
ANSYS可以很轻松地将仿真结果导出成数据文本，并导入到MATLAB或其他数据分析软件中进行多组数据的叠加与综合分析。
本文针对传统SICFCL存在的缺点进行改进，并通过建立ANSYS有限元仿真模型，验证了改进的SICFCL原理的正确性和可行性，为SICFCL的实际生产和应用提供了新的思路。
1 饱和铁心型限流器的基本原理1.1 传统SICFCL传统SICFCL的结构如图1所示。
SICFCL由铁心、2个交流绕组和1个直流超导绕组组成；其中铁心由2个“口”字形铁心组成；交流绕组为2个常规导体绕制的线圈，串联在电网中，分置于不同的铁心上，线圈产生的磁场方向相同；直流超导绕组由直流电源提供直流励磁电流[22]。
图2为传统SICFCL工作原理。
图1 传统SICFCL结构Fig.1 Structure of traditional SICFCLHDC—直流偏置工作点；iac—交流电流；B—磁通密度；H—磁场强度；μ—磁导率；t—时间。
图2 传统SICFCL工作原理Fig.2 Working principles of traditional SICFCL in two states正常运行时，如图2(a)所示，直流励磁电源为直流绕组提供直流励磁电流，产生1个偏置磁场，使铁心处于深度饱和状态，铁心工作于直流偏置工作点HDC。
此时，交流电流iac所产生的交流磁场不足以使铁心脱离饱和区，铁心的稳态电抗很小。
当短路故障发生时，如图2(b)所示，短路的交流电流增大，使铁心脱离饱和区进入非饱和区，此时铁心磁导率迅速增大，使得限流器的限流阻抗呈现较大值，从而自动限制了电网的短路电流。
传统SICFCL的2个铁心在1个周期内交替退出饱和，由此可以在正半周和负半周分别限制短路电流。
当其中一个铁心退出饱和时，另一个铁心的饱和程度加深。
从根本上说，SICFCL是利用铁心材料磁导率的非线性变化特性来限制短路电流。
1.2 传统SICFCL的优缺点传统SICFCL与其他类型的FCL相比，在系统故障限流期间超导线圈不失超，不存在失超恢复时间问题，并有多次自动启动能力，适于多次重合闸运行。
超导线圈偏置电流是直流的，所需的直流超导电缆较易制造，过电压小。
根据系统需要，可以在一定的范围内调整直流偏置电流的大小，从而调整预定的最大限流系数。
但是，传统SICFCL也存在如下缺点。
a)限流时，随着故障电流增大，铁心从饱和区进入到非饱和区，从稳态阻抗过度到限流阻抗的速度较慢，且并没有充分利用非饱和区，导致限流阻抗与稳态阻抗的比值较小；b) 限流器的单边效应(即处于增磁状态的限流电抗器不参与限流)使得铁心和绕组材料用量要按2倍故障功率设计，增加了体积、重量和损耗。
1.3 改进的SICFCL图3为改进的SICFCL的结构。
在传统SICFCL的基础上，改进的SICFCL在直流超导绕组的一侧增加了1个高速直流灭磁开关和1个磁能释放回路，同时去除了1个“口”字形铁心。
磁能释放回路可以是常用的非线性氧化锌灭磁电阻，也可以由专门设计的励磁电感灭磁回路组成[23]，其功能为在保证直流绕组两端电压不超过限定值的情况下，迅速消耗或转移直流绕组中的能量，使直流绕组的电流迅速下降。
这种改进的结构减少了铁心和绕组材料的用量，也减小了SICFCL的体积、重量和损耗。
图3 改进的SICFCL结构Fig.3 Structure of improved SICFCL改进的SICFCL工作原理是：正常运行时，高速直流灭磁开关闭合，直流电源提供直流励磁，使铁心处于深度饱和状态，限流器呈现低阻抗，如图2(a)所示。
当短路故障发生时，限流器通过电流检测与控制单元监测到故障短路电流，并发出指令，控制高速直流灭磁开关迅速断开，直流励磁绕组中的磁能通过磁能释放回路迅速地转移或消耗。
当直流励磁绕组中的电流下降到一定程度，限流器的铁心退出饱和区运行于非饱和区，如图4所示。
由于直流励磁绕组中基本没有电流通过，相比于传统的SICFCL，改进的SICFCL所在的零偏置工作点的磁导率更大，限流器充分利用了铁心的非饱和区，使得限流阻抗迅速增大，从而限制短路电流。
由于在故障发生后，铁心在很短的时间内即可进入到非饱和区的零偏置点，这就大大增加了限流器的限流能力，提高了限流阻抗与稳态阻抗的比值。
图4 改进的SICFCL限流态工作原理Fig.4 Working principles of improved SICFCL in current-limit state在限流动作完成后，可通过控制单元令高速直流灭磁开关再次闭合，利用直流电源对直流超导绕组的快速励磁作用，在极短的时间内即可使限流器恢复到低阻抗的状态，不再影响系统的功率传输。
通过分析可知，改进的SICFCL可以支持系统重合闸的功能。
总的来说，改进的SICFCL共有2种工作状态：稳态和限流态。
由铁磁材料的B-H曲线可知，仅当限流器处于短路电流较大的限流态时，铁心将会交替进入饱和区和非饱和区，交流短路电流将会产生畸变并在系统中引入较大的谐波，如图5所示，其中u表示施加于限流器两端的电压。
当限流器处于稳态或短路电流较小的限流态时，铁心仅工作于饱和区或非饱和区，不会跨越2个工作区，交流电流基本不会发生畸变。
图5 短路电流较大时的波形畸变原理Fig.5 Waveform distortion principle in large short-circuit current2 限流器设计与建模改进的SICFCL除了利用直流灭磁开关从稳态转变为限流态外，与传统的SICFCL在原理上并没有太大区别，可以参照文献[24]中传统SICFCL的设计方案，对改进的SICFCL进行相关参数的设计。
其中，设定交流侧额定电压为10 kV，交流绕组通过的额定电流为300 A，直流绕组的额定直流励磁电流为600 A。
限流器参数的设计完成后，在ANSYS的Maxwell模块中对所设计的传统SICFCL以及改进SICFCL分别进行建模。
传统SICFCL仿真模型如图6所示，改进的SICFCL仿真模型如图7所示。
其中，直流绕组皆为100匝，交流绕组皆为20匝。
限流器铁心采用型号为B30P120的常用硅钢片堆叠而成，其铁心柱的横截面为直径500 mm的圆。
图6 传统SICFCL Maxwell仿真模型Fig.6 Maxwell simulation model of traditional SICFCL图7 改进的SICFCL Maxwell仿真模型Fig.7 Maxwell simulation model of improved SICFCL限流器本体的设计与建模完成后，还需要对其应用场景和直流励磁系统进行建模。
本文将SICFCL的应用场景设定为配电网等效的单相10 kV无穷大系统带阻性负载，限流器的交流侧串接于无穷大电源与负载之间。
由于涉及到电路学，需要利用ANSYS有限元仿真软件的Simplorer电路系统仿真模块对限流器的应用场景和直流励磁系统进行建模。