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

85327. Концепция этногенеза Л. Н. Гумилева 42.19 KB
  В основу своей теории этногенеза Гумилев положил в качестве главного постулата тезис о природнобиологическом характере этноса обусловленного тем что он является составной частью биоорганического мира планеты и возникает в определенных географоклпматических условиях.cnn же некоторое количество людей обладающих этим признаком соберется вместе объединенные одной целью если при этом они находятся в благоприятных географических условиях необходим разнообразный ландшафт появляется зародыш нового этноса начинается бурный процесс...
85328. Основные принципы формирования понятия народной художественной культуры 38.78 KB
  До сих пор понимание предметного поля каждого ил этих образований народной к остается весьма дискурсивным. Тем более что ряд наук филология история этнография искусствоведение претендовали в разные годы на всеобъемлющую роль в изучении народной культуры преувеличивая значение для последней своих проблем. Нельзя не сказать и о том что в России ситуация усугубляется за счет потерянных народной художественной культурой ориентиров развития в ХХ в.
85329. Традиционные и инновационные формы народной художественной культуры 39.23 KB
  В народной художественной культуре любого народа постоянно появляется и бытует огромное количество образований представляюших собой традиционный фольклор традиции и новых образований связанных с традиционными художественными структурами новации. В культурологии сочетанием традиции и новации обозначают две взаимозависимые стороны развития культуры в которых зафиксирована мысль о том что она содержит в себе как устойчивые так и изменчивые моменты. Глобальная характеристика культуры заключается в единстве традиции и новаторства...
85330. Поняття «норма» і «аномалія» в психології 31.92 KB
  Норма лат. В практичній психології і педагогіці сьогодні працюючими є поняття учбова норма; соціальновікова норма індивідуальна норма. Питання про аномалії в розвитку може розглядатися тільки в контексті знання про нормальні параметри цих процесів і поведінки.
85331. Полісенсорна система навчання слабочуючих дітей і комунікаційна система навчання глухих 38.93 KB
  Отже потрібно для нього створити відповідні його природі умови. У сучасній дидактичній системі навчання мови глухих дітей за принципом формування мовного спілкування С.Зиков розрізняють три форми словесної мови: дактильная усна і письмова. В якості вихідної форми мови найбільш повно відповідає природі глухого дитини використовується пальцева сприймається зором форма словесної мови дактильная форма.
85332. Психолого-педагогічні основи розвитку і освіти дітей зі складним дефектом 37.31 KB
  Залежно від структури порушення діти з поєднаними порушеннями поділяються на три основні групи. У першу входять діти з двома вираженими психофізичними порушеннями кожне з яких може викликати аномалію розвитку: сліпоглухих діти розумово відсталі глухі слабочуючі із затримкою психічного розвитку первинної. У другу групу мають одне істотне психофізичний порушення провідне і супутнє йому інше порушення виражене в слабкому ступені але помітно обтяжлива хід розвитку: розумово відсталі діти з невеликим зниженням слуху. У третю групу...
85333. Причини порушень слуху 41.95 KB
  Стійкі порушення слуху у дітей можуть бути вродженими і набутими. Висновок про природжений або набутий характер порушення слуху робиться зазвичай на підставі відомостей отриманих зі слів батьків а ці відомості часто виявляються досить неточними. З іншого боку нерідко дійсно вроджене порушення слуху залишається протягом декількох місяців а іноді років нерозпізнаним а коли воно виявляється то приписується якомусь випадковому захворювання або травмі що мали місце незадовго до виявлення дефекту слуху.
85334. Поняття про складне порушення розвитку 38.45 KB
  У літературі та практиці на даний час не встановилася єдина термінологія одні й ті ж порушення можуть бути названі і складними і комплексними і множинними. Порушення розвитку може бути ізольованим одиничним або складним множинним. Одиничне порушення це порушення якоїсь однієї системи організму.
85335. Прояви порушення вищих психічних функцій при ДЦП 44.98 KB
  У цих дітей рухові розлади поєднуються з психічними та мовними порушеннями і вони потребують психологопедагогічної та логопедичної корекції. Інші вищеназвані категорії дітей з порушеннями опорнорухового апарату як правило не мають порушень пізнавальної діяльності і не вимагають спеціального навчання і виховання. Порушення опорнорухового апарату можуть бути наслідком поліомієліту різних вроджених і набутих деформацій рухового апарату ряду спадкових і вроджених захворювань.