10215

Расчет стационарного или не стационарного температурного поля бака трансформатора

Контрольная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Расчет стационарного или не стационарного температурного поля бака трансформатора Краткая теория. Система индукционного нагрева представляет собой в общем случае источник питания индуктор нагреваемое тело и окружающую среду. Источник питания будь то генерат

Русский

2013-03-21

137 KB

0 чел.

Расчет стационарного или не стационарного температурного поля бака трансформатора

Краткая теория.

Система индукционного нагрева представляет собой, в общем случае, источник питания, индуктор, нагреваемое тело и окружающую среду.

  Источник питания будь то генератор повышенной частоты, тиристорный  преобразователь частоты, ламповый генератор или просто понижающий трансформатор, в ряде является довольно сложным. Рассматривать его мы не будем, т.к. отдельные стороны его функционирования излагались в курсе « Источники питания ЭТУС», и кроме того, существует теория электропривода, вполне позволяющая выяснить характер поведения источника питания  как объекта управления.

  Таким образом, будем рассматривать систему индуктор - нагреваемое тело – окружающая среда. Эта система описывается системами уравнений для электромагнитного и теплового полей.

 Прежде чем записать уравнение из этих систем сделаем ряд общепринятых для таких задач допущений (без них задача становится гораздо сложнее при незначительном выигрыше в точности).

  1.  Электромагнитное поле принимается квазистационарным. Под этим понимается отсутствие запаздывания электромагнитной волны в воздухе (но не в металле). В иной формулировке длины ЭМ – волны в воздухе много больше геометрического размера системы (например длины индуктора). Это допущение позволяет пренебречь токами смещения по сравнению с токами в проводниках.  
  2.  Расчет установившихся ЭМ - процессов можно проводить для величин, меняющихся по гармоническому закону. При этом ошибка в определении интегральных и распределенных энергетических параметров невелика. Это позволяет широко использовать символический метод для расчета ЭМ – полей в нелинейных ферромагнитных средах.
  3.  Потери на гистерезис при нагреве ферромагнитных тел много меньше, чем на вихревые токи. Поэтому можно считать зависимость μ(Н) однозначной, а саму проницаемость – действительной величиной.
  4.  Потери на гистерезис и вихревые токи в магнитопроводе не оказывают заметного влияния на ЭМ – поле вне его и их возможно учитывать отдельно при расчете теплового режима в магнитопроводе.

  Теперь запишем систему уравнений, описывающую электромагнитный процесс в поглощающих средах

rot H=J=γE;                                                                                (1)

  rot E= -= -;                                                              (2)

  div B=0;                                                                                       (3)

  div D=div( )= .                                                              (4)

  Здесь Н, В, Е и D – векторы напряженности и индукции магнитного и электрического полей; J – вектор плотности тока.

  Уравнение (1) представляет собой обобщенный закон полного тока в дифференциальной форме. Уравнение (2) есть закон электромагнитной индукции в дифференциальной форме. Оба эти уравнения выражают тот факт, что переменные электрические и магнитные поля существуют совместно и являются разными сторонами единого электромагнитного процесса. Уравнение (3) является выражением принципа непрерывности магнитного потока, означающего отсутствие источников магнитного поля, а уравнение (4) представляет собой дифференциальную форму теоремы Гауса, утверждающей, что источником электрического поля являются электрические заряды.

  Температурное поле описывается дифференциальным уравнением в частных производных, вид которого зависит от формы нагреваемого тела. Для тела прямоугольной формы уравнение примет вид

.                                       (5)

   Условия теплообмена, начальные условия записываются в виде уравнений, соответствующих граничным условиям 1, 2 и 3-го рода. Например, если принять участвующей в теплообмене только одну грань с координатами х=Х; у,z=var, то уравнения будут иметь вид

  ГУ1:      T(x,y,z)= ;                                                                     (6)

  ГУ2:     q;                                                                   (7)

  ГУ3:     .                                         (8)

  Более сложный вид ГУ, например, теплообмен излучением целесообразно привести к виду (7) или (8). Это упростит аналитическое решение.

ГУ4:     

  Совместное решение уравнений (1)-(4) и (5)-(8) является очень сложной задачей. Но, к счастью, этого и не требуется для задач в области ЭТУ. Чаще всего решение электромагнитной и тепловой задач производится отдельно, что вполне допустимо ввиду большой инерционности тепловых процессов по сравнению с электромагнитными.  Кроме того, зависимости свойств материала от температуры в большинстве своем ( кроме μ=f(τ) ) является близкими к линейным, что позволяет вводить в процессе решения усредненные параметры.

  На основании вышесказанного решение электромагнитной и тепловой задач будем рассматривать раздельно.

  Кроме рассмотренных двух задач в процессе нагрева возникает еще и задача термонапряжений, которые в отдельных случаях могут привести к разрушению нагреваемого тела.

Цель работы: Изучение нестационарного теплового распределения.

Выполнение работы.

Собираем в элкате графическую схему.

Обозначаем блоки и задаем их характеристики.

Теплопроводность Железа 62.

Теплопроводность масла  0.223

Объемное тепловыделение 290000

Решаем задачу и получаем следующее решение:

Выберем контур исследования решения и построим график изменения температуры по этому контуру.

Ответы на вопросы.

  1.  Каковы процесс в баке трансформатора при нагреве от стенки.

Тепловые процессы (передача тепла от стенки источника к маслу, от масла к снекам, распространения тепла в масле)

Процесс конвекции ( перемешивание масла за счет конвекции)

  1.  Почему бак не взрывается при нагреве.

При нагреве происходит увеличение количество масла и выделение влаги и газов от разложения масла. Излишки давление из бака удаляется при помощи специальных клапанов.

  1.  Как увеличить теплоотдачу от обмоток трансформатора во время работы.

Необходимо применять систему охлаждение НДЦ. В которой на обмотки подается поток холодного масла, так же по трубам подается поток холодного воздуха и так же масла принудительно циркулирует. Что приводит к очень хорошему удалению лишнего тепла.

  1.  Можно ли заменить масло другой жидкостью например водой.

Да масло можно заменить дистиллированной водой, оно обладает большей теплопроводностью, и очень хорошими электроизоляционными свойствами. Но проблема заключается в очистки этой воды и поддержании её в соответвсующем состоянии. Поэтому экономически выгодней использовать масло.

  1.  В какой цвет лучше покрасить трансформатор.

Цвет трансформатора обычно стандартный черный или серый. Цвет отведения тепла от трансформатора не влияет, большее значение имеет состав и её характеристики.

Из этого мы этой задачи мы видим что процесс нагрева масла очень сложный в виду малой теплопроводности, и займет он очень большой период времени.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

6624. Эпоха Великих географических открытий 57 KB
  Эпоха Великих географических открытий. С 1415-1420 до 1492г. это переходный период от позднего средневековья к эпохе Великих географических открытий. В этот период складываются социально-экономические предпосылки открытия Америки и морского пути в И...
6625. Основные тенденции в совершенствовании нормирования труда в процессе организации труда 44.5 KB
  Основные тенденции в совершенствовании нормирования труда в процессе организации труда. Совершенствование методов организации и нормирования труда призвано обеспечивать усиление мобилизующей роли норм в повышении производительности труда и наиболее...
6626. Гидросфера. Распространение воды в природе 44.5 KB
  Гидросфера. Гидросфера, является важным элементом биосферы, играет решающую роль в многих процессах, протекающих в природе и обеспечении жизни человека. Вода широко используется человечеством для его практической деятельности в промышленности, сельс...
6627. Характеристика природных вод. Сточные воды 57 KB
  Характеристика природных вод. В природе чистой воды не встречается. В 1л/м3 воды содержится 1г. волей. В морской воде значительно больше: например в водах Балтийского моря- 5г/л, Черного моря- 18 г/л, в океане 35г/л, а воды Красного моря содержат- 4...
6628. Принципы очистки сточных вод 158.5 KB
  Принципы очистки сточных вод. Методы очистки сточных вод можно условно подразделить на деструктивные и регенеративные. Деструктивные методы сводятся к разрушению загрязняющих воду веществ путем их окисления или восстановления. Образующиеся при этом...
6629. Введение в медицинскую генетику 19.74 KB
  Введение в медицинскую генетику Относительный рост доли генетически обусловленной патологии в структуре заболеваемости, смертности, синдромах социальной дезадаптации в настоящее время связан с быстрым прогрессом диагностических возможностей. Наследс...
6630. Структура ДНК, репликация, транскрипция, трансляция, структура генов и код передачи генетической информации 30.73 KB
  Структура ДНК, репликация, транскрипция, трансляция, структура генов и код передачи генетической информации. Аминокислотная последовательность и структура всех белков определяется информацией, закодированной в структуре дезоксирибонуклеиновой кислот...
6631. Организация и структура генома, генетические карты 22.94 KB
  Организация и структура генома, генетические карты. В настоящее время термин геном используется для обозначения полной генетической системы клетки, определяющей характер развития организма и наследственную передачу всех его структурных и функциона...
6632. Методы современного генетического анализа 21.01 KB
  Методы современного генетического анализа ДНК может быть изолирована из любого типа тканей или клеток, содержащих ядра. У человека ДНК обычно выделяют из лейкоцитов крови, для чего собирают от 0,5 до 2-3 мл венозной крови. В плазме, обогащенной лейк...