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

33057. Практика пізнання 13.32 KB
  Практика це матеріальна чуттєвопредметна цілепокладаюча діяльність людини що має своїм змістом засвоєння і перетворення природних і соціальних об'єктів і становить загальну основу рушійну силу розвитку людського суспільства і пізнання. Структура практикимістить у собі такі моменти якпотреба мета мотив доцільна діяльність у вигляді її окремих актів предмет до якого спрямована діяльність засоби за допомогою яких досягається мета і нарешті результатдіяльності. ♦ Основним і вихідним видом суспільної практики є насамперед...
33058. Процес абстрактного, логічного мислення 14.88 KB
  Процес пізнання завжди починається з безпосереднього живого споглядання тобто з безпосередньої взаємодії людини в практичній діяльності з предметами і явищами. Основні формичуттєвого пізнання: ♦ відчуття; ♦ сприймання; ♦ уявлення. Першою і початковою формою і джерелом чуттєвого пізнання є відчуття. Тому сприймання це така форма чуттєвого пізнання коли у свідомості людини відбувається цілісне відображення зовнішнього матеріального предмета з усією сукупністю його властивостей якостей сторін які відображені у відчуттях.
33059. Поняття світогляду, його специфіка, структура, функції 13.72 KB
  Поняття світогляду його специфіка структура функції Отже світогляд – це сукупність поглядів оцінок принципів що визначають найзагальніше усвідомлення розуміння світу місця в ньому людини а також ціннісні орієнтації людей їх життєві позиції. Світогляд як складне духовне явище поєднує в собі переконання ідеали цілі мотиви поведінки інтереси ціннісні орієнтації принципи пізнання моральні норми естетичні погляди тощо. Структура світогляду залежить від певних чинників. Залежно від співвідношення інтелектуального та емоційного...
33060. Предмет і специфіку філософії 13.27 KB
  Методологічна функція полягає в тому що філософія виступає як загальне вчення про метод і як сукупність найбільш загальних методів пізнання і освоєння дійсності людиною. Прогностична функція філософії формулювання в її рамках гіпотез про загальні тенденції розвитку матерії і свідомості людини і світу. Критична функція філософії.
33061. Зародження філософії 15.38 KB
  Зародження філософії історично співпадає з виникненням зачатків наукового знання з появою громадської потреби в цілісному переконанні на світ і людину у вивченні загальних принципів буття і пізнання. онтос буття суще вчення про буття чи про першооснови усього сущого : проблема буття розуміється тут в універсальному всеосяжному сенсі чому є щось а не ніщо одне з перших філософських питань аналізуються буття сам принцип існування небуття чи можливе неіснування ніщо буття матеріальне природа і ідеальне ідея думка...
33062. Співвідношення філософії та науки 15.18 KB
  Порівняння пізнавальних можливостей філософії і конкретних наук зясування місця філософії в систему людських знань має давні традиції в європейській культурі. Ще в античності Платон і Арістотель намагалися розмежувати особливості науки і філософії. При цьому теоретична міць філософії прагнення логічно обгрунтувати знання висловити його в теоретичній формі виявлялася несумірної з можливостями конкретних наук що давало підстави протягом довгих століть від Аристотеля до Гегеля вважати філософію наукою наук .
33063. Джерела, провідні ідеї та напрями філософії Стародавньої Індії 59.26 KB
  Джерела провідні ідеї та напрями філософії Стародавньої Індії Зародки філософського мислення Індії сягають у глибоку давнину середина І тис. Канонічним духовним джерелом Стародавньої Індії є Веди із їх назвою споріднено наше слово відати знати записані на листях пальми приблизно за 1. Таким чином вже у найдавніших духовних джерелах Стародавньої Індії йдеться про фундаментальні моральні ідеї про певне осмислення становища людини у світі про різні шляхи звільнення від кармінних законів долі найкращим з яких є шлях дійового...
33064. Канонічні джерела, провідні ідеї та напрями філософії Стародавнього Китаю 57.41 KB
  Давньокитайська філософія порівняно з давньоіндійською виглядає стрункішою, деталізованішою (аж до нумерології та побудови вичерпних систем комбінаторики подвійних символічних елементів світобудови) та більше зануреною у глибину суперечливого, парадоксального мислення.
33065. Натурфілософія 13.62 KB
  ntur природа філософія природи умоглядне тлумачення природи що розглядається в її цілісності що спирається на абстрактні поняття що виробляються в ході виникнення і розвитку філософії. фюсис природа або фюсиологами а перші філософські трактати як правило були присвячені дослідженню природи її пристрої трактати Про природу були написані і Фалесом і Гераклитом і Анаксимандром і Анаксименом і Парменидом. філософія ще не існувала окремо від пізнання природи а знання про природу окремо від філософії. У центрі уваги усієї...