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

40895. ФОРМИ БЕЗПОСЕРЕДНЬОЇ ДЕМОКРАТІЇ В УКРАЇНІ 199.5 KB
  Поняття і види форм безпосереднього народовладдя в Україні Вибори в Україні Референдуми в Україні Поняття і види форм безпосереднього народовладдя в Україні Чинна Конституція України визнала вперше не лише належність влади народу тобто володіння політичною владою як його природне право мати владу але і його право здійснювати владу. 5 Конституції України зазначається що право визначати і змінювати конституційний лад в Україні належить виключно народові і воно не може бути узурповане...
40896. Симетричний смушковий хвильовід 51 KB
  Тут менше аніж у попередній лінії оскільки ємність тут більша. Однак тут менше не в 2 рази оскільки у попередньому хвильоводі ємність враховувалась і до верхньої сторони верхньої смужки і до нижньої див. тому там ємність більша аніж у звичайному конденсаторі.
40897. Повільні хвилі 183.5 KB
  Непрямолінійний розповсюджувач меандр спіраль Для багатьох електричних приладів необхідно отримати хвилю, що рухається зі швидкістю . Це зокрема стосується приладів, у яких відбувається передача енергії та інформації від хвилі іншим носіям.
40898. Гібридні хвилі 91 KB
  У випадку розглянутому вище, хвильовода (стержня), ми маємо три граничні умови і дві константи в рівняннях, а тому рівняння в загальному випадку не буде мати розв’язків. Однак, тут нам потрібно розглядати не тільки, а і хвилю : Тепер поле описується чотирма константами і відповідно чотирма граничними умовами.
40899. Об’ємні резонатори 117.5 KB
  З урахуванням граничних умов на бокових стінках (стінках хвильовода): Накладемо ще дві граничні умови: звідки одержимо - неправильно. Це тому, що не врахували відбиття від торців; правильно буде записати:
40900. Відкриті резонатори 118.5 KB
  Тут не можна використовувати геометричні наближення потрібно розвязувати рівняння Максвела. Розвяжемо рівняння Максвела для сферичного діелектричного резонатора. Щоб отримати саме хвильове рівняння де була б ще й похідна необхідно зробити заміну: . Розвяжемо простіше рівняння для та методом відокремлених змінних: тоді .
40901. Метод магнітної стінки 112.5 KB
  Обернена ситуація хвиля виходить з металу або діелектрика в вакуум. Зліва стояча хвиля справа біжуча звичайна зі сталою амплітудою. вакуум метал Пряма хвиля ідбита хвиля Граничні умови:.
40902. Ортогональність власних хвиль у хвильоводі 125.5 KB
  Запишемо лему Лоренца для цього випадку. ( - стала розповсюдження.) У вигляді хвилі візьмемо властивість хвилі у хвильоводі: ; - позначення. бо розглядаємо власні хвилі і зовнішніх струмів немає.
40903. Збудження обємних резонаторів 136.5 KB
  Таким чином маємо ортонормованість власних функцій резонатора з нормою яку легко знайти. Таким чином МП псевдовектор ЕП вектор. Таким чином для гармонічних полів: . Таким чином довели строге рівняння Пуансона для електростатичної частини полів.