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

57933. За О. Цегельською. Пригода на ковзанці. Безпечний відпочинок взимку 75.5 KB
  Мета: познайомити з оповіданням О. Цегельської; формувати вміння читати, зв’язно розповідати; розширювати знання учнів про зимові розваги; закріпити знання правил про поведінку на льоду, показати, яку небезпеку може приховувати вода; розвивати пам’ять, увагу, мислення, пізнавальний інтерес...
57934. Графічні можливості текстового процесора MS WORD 1.94 MB
  Мета: навчальна: систематизувати і узагальнити знання учнів за даною темою; розвивальна: розвинути практичні навички опрацювання графічної інформації під час роботи з текстовими документами, творчі здібності і естетичний смак, сприяти профорієнтації...
57935. Опрацювання табличних даних за допомогою будованих функцій 19.78 MB
  Учбова: Навчити дітей на практиці застосовувати набуті знання та навички з використання вбудованих функцій та формул в електронних таблицях. Виховна: Виховати у дітей естетичне оформлення файлу, створеному у середовищі табличного процесора...
57936. Виконання обчислень в середовищі табличного процесора 105.09 KB
  Мета уроку: Учбова: Навчити дітей виконувати обчислення в середовищі табличного процесора. Обладнання до уроку: проектор підставка під проектор ноутбук проекційний екран лазерний вказівник затемненн...
57937. Розвиток Архітектури Харкова у XVIII столітті 112.5 KB
  Дидактична мета: В ході уроку забезпечити засвоєння та усвідомлення учнями знань щодо розвитку архітектури Харкова у XVIII столітті історичних пам’яток нашого міста сучасного стану споруд того часу.
57938. Подорож у світ пірамід 28.5 KB
  Мета уроку: Сформувати поняття піраміди правильної та зрізаної піраміди та їх елементів. Засвоїти властивості правильних пірамід формули для обчислення площі повної та бічної поверхні піраміди.
57939. Поняття презентації та комп’ютерної презентації, їх призначення 75.5 KB
  Мета: навчальна: ознайомити учнів з поняттям презентації та комп’ютерної презентації їх призначенням зі слайдовими та потоковими презентаціями; оглянути програмні та технічні засоби призначених для створення і демонстрації презентацій...
57940. Повторення та закріплення вивченого матеріалу з теорії бухгалтерського обліку 201.5 KB
  Мета уроку: навчальна: повторити, закріпити та підсумувати навчальний матеріал з теорії бухгалтерського обліку, навчити учнів застосовувати здобуті знання на практиці та в житті...
57941. Створення звітів та макросів у Microsoft Access 2007 60.5 KB
  Мета: навчальна: ввести визначення понять звіт заголовок звіту область даних макрос; пояснити учням основні принципи створення звітів та макросів; розвивальна: формувати навички аналітикосинтетичного мислення просторову уяву науковий світогляд щодо вирішення різних задач прикладного спрямування...