Termiese Bestuurontwerp vir Padgebonde Transformators
Tydens werklike bedryf staar padgebaseerde transformators tipiese hitte-gerelateerde probleme in die gesig:
Om hitte-afvoer te optimaliseer, gebruik hierdie dokument eindige-element analise om 'n 3D-transformatormodel te bou. Deur temperatuurveldverspreidings te kaart, identifiseer dit oorverhitte warmplekke en verfyn die koelsysteemontwerp.
1. Temperatuurveld Grondslae
'n Temperatuurveld beskryf ruimtelike-tydelike temperatuurvariasies, met hittegenerering, oordrag en verspreiding strak gekoppel. Vir padgebaseerde transformators, ontstaan hitte in kerns, windings, ens. Bedryfsomstandighede/duur verander hittepatrone, en multi-medium interaksies (kerns, windings, isolasie) skep ongelyke temperatuurverspreidings.
Hitte word oorgedra deur geleiding (dominerend, wat hitte van windings/kerns deur isolerende hars na omgewingslucht dryf) en konveksie. Geleidingsintensiteit korreleer met temperatuurgradiënte—hitte beweeg van warm komponente na koeler hars, dan dissipeer na buitelug. Hittevluxberekeninge volg:
In die formule: q verteenwoordig die hittevluxdichtheid; λ verteenwoordig die termiese geleidbaarheid; ∂t/∂x is die temperatuurgradiënt, wat die koers van temperatuurverandering met afstand weerspieël; n is die hitte-oorskakelingskoëffisiënt. Wanneer daar temperatuurverskille by verskillende posisies is, sirkuleer hitte hoofsaaklik om die temperatuur te balanseer, en hierdie toestand van temperatuurbalans is termiese konveksie. Tydens die bedryf van 'n padgebaseerde transformator, sal die hitte wat deur verskeie dele gegenereer word, in kontak kom met lug en tussen hulle oordra, wat veranderinge in die temperatuur van die omringende gas veroorsaak. Tydens hierdie proses, word hitteoordrag bereik deur termiese konveksie, wat deur die volgende formule uitgedruk kan word:
In die formule, h is die konveksiehitte-oordrakoëffisiënt, tf verteenwoordig die vloeistof temperatuur, en tw verteenwoordig die temperatuur van die voorwerp se oppervlak. Wanneer die temperatuur van 'n voorwerp hoër is as absolute nul, word stralende hitte gegenereer, gewoonlik genoem termiese straling. Met ander faktore onveranderd, sal die hoeveelheid straling tussen voorwerpe verander as die temperatuur styg (met die temperatuur wat 'n voortdurende opwaartse neiging handhaaf). Tydens die bedryf van 'n padgebaseerde transformator, kom die toerusting self nie in direkte kontak met termiese straling nie; wanneer die temperatuur van die transformator stabiliseer, sal sy termiese stralingsfunksie hitte-afvoer deur termiese straling bereik, en hierdie proses kan deur die volgende formule uitgedruk word:
In die formule, S dui die stralingsoppervlak aan, T is die termodynamiese temperatuur van die voorwerp, en σ is die stralingskonstante. By die ontwerp van die hitte-afvoelsitem vir padgebaseerde transformators, word die eindige-element analise (FEA) metode primêre gebruik gemaak om termiese ewewigvergelykings te vestig. Deur berekeninge, kan die temperatuur by elke knoop van die voorwerp bepaal word. Dit is spesifiek nuttig vir die meet van temperatuurpunte wat in die praktyk moeilik verkrygbaar is, die identifisering van optimale warmplekke, en dan gekoppelde analise. Die kernbeginsels van die temperatuurveld-dekomposisie deur FEA is as volg:
Diskretiseer die driedimensionele fisiese domein;
Gebruik funksies om die temperatuurvariasies by enige knoop binne die element te beskryf;
Stel elementvergelykings op;
Verbind die elemente en pas buite-aanrandings toe by die knope;
Los die vergelykings op deur rekening te hou met die temperatuurveldgrenstoestande;
Bereken die temperatuurstygting by elke knoop;
Aflei die elementtemperatuurstygting gebaseer op die temperatuurveldvergelykings.
2 Modellering en Temperatuurveld Simulasie van Padgebaseerde Transformators
2.1 Eindige Element Modellering
Tabel 1 lys die relevante parameters van die padgebaseerde transformator wat in hierdie dokument gekies is. 'n Eindige element model word gebou op grond van hierdie parameters. Daarna word vereenvoudigde modelle gestel vir die hoëspanning winding, laagspanning winding en ysterkern van die padgebaseerde transformator.
Tydens modelbou, aangesien die gesmolte verbindinge van die hoëspanningswindinguitgangsterminals relatief stevig is, word hulle nie in ag geneem in die aanvanklike ontwerpfase nie. Vir vereenvoudiging, word die ysterkern gemodelleer as 'n eenheidsstruktuur, met interlaminaire gapinge genegeer (hierdie gapinge word aangespreek deur die eienskappe van massief silikerooster om die materiaalgeleidbaarheid te reken). Die 3D simulasie model van die transformator word in Figuur 1 getoon.
Om die effek van natuurlike konveksie op hitte-afvoer te analiseer, word 'n buitelugdomein (met dimensies van 5000mm×5000mm×3000mm) by die simulasie-omgewing gevoeg, wat realistiese modellering van die lugsirkulasie rondom die transformator moontlik maak.
2.2 Omsluitingsmodel van Padgebaseerde Transformator
Die windings en ysterkern word gemodelleer as hittebronne, met hul hittegenerasietempo's bereken op grond van transformatorontwerpparameters. Die lugdomein is gekonfigureer met drukuitlaat openinge boaan en inlaat openinge verdeel langs die onderkant en sye, met 'n omgewingstemperatuur ingestel op 300K. Tydens simulasies, word natuurlike konveksieparameters afgelei deur 'n gepaste turbulensiemodel te kies op grond van die Rayleigh nommer.
Die omsluitingsgeometrie (Figuur 2) is vereenvoudig as gevolg van sy komplekse saamgestelde struktuur. Die dak se perforasiepaneel word genegeer, en die hele dak word behandel as 'n kontinue lugdomein. Porose media word by die luguitlaat openinge onder die dakrand geplaas om stroomweerstand te simuleer. Die lugdomein rondom die omsluitingsondersteuningsbalks word as geïntegreerd beskou. 'n Aanvullende 155mm-hoë luglaag word onder die omsluiting bygevoeg om die fondament se impak op hitte-afvoer in ag te neem.
In die gestelde model, behoort die voorafgestelde onderkantse openinge, boaan openinge, en bo-onder openinge alle tot porose media, met 'n dikte van 10 mm (soos die geel-groen blok in Figuur 3), en simuleer dus die roosterplaat. Die spesifikasie van die onderkantse opening is 1450 × 1200 mm², en die spesifikasie van die bo-onder openinge is 550 × 500 mm². Drie openinge en 'n epoxy plaat word ook in die model gestel, en die openinge word bepaal of hulle in 'n oop of toe-staat is volgens die werklike situasie. In die algemeen, as die vloer-gebaseerde tipe gebruik word, is die boaan opening, die epoxy plaat, en Opening 1 in 'n oop staat; as die onderkantse opening-tipe gebruik word, is die boaan opening, die onderkantse opening, en Opening 1/2/3 almal in 'n oop staat.
2.3 Temperatuurveld Verspreidingsanalise
Vervolgens word 'n eindige element model opgebou deur die geometriese model te verfyn. Verzeker eenheid van natuurlike konveksie en interne verfyningsmodelle, en verfyn die verfynings by omsluitingsopeninge en luginterfaces om berekeningsakkuraatheid te verbeter. Op grond van die geometriese model, het die eindige element model 401,856 knope en 518,647 mase. Kernaanstellings vir die padgebaseerde transformatormodel:
Deur gebruik te maak van eindige element sagteware, wys die temperatuurveldmodel: Windings het die hoogste temperatuur in die transformator, gevolg deur die ysterkern; aangrensende lugtemperatuur is ook hoog, wat verminder tydens lugstygting tot dieselfde as omgewingstemperatuur by die drukuitlaat. Tydens bedryf, veroorsaak heetluguitbreiding lugakkumulasie en botsings tussen omgewings- en leidinglug (as gevolg van voortdurende verhitting en volume toename). Lugviskositeit beïnvloed leidingvloei en die vloeiagtige veld. Heetlug versnel naby die grond en vertraag weg; lugvloei-oppervlakkontak vorm 'n termiese grenslaag, wat, as gevolg van sy dikte, hitteoordrakoëffisiënte verminder, temperatuur en lugviskositeit verhoog terwyl vloeiagtige snelheid verminder. Heetlug verander die temperatuur bo die transformator, met temperatuur proporsioneel aan termiese straling.
3 Hitte-afvoer Ontwerp van Padgebaseerde Transformators
3.1 Model Analise
Padgebaseerde transformators word binne omsluitings met 'n hoë veiligheidsvlak gerangskik. Om gladde lugvloei binne die omsluiting te verseker en die transformator se hitte-afvoer prestasie ten volle te benut, moet assieluks waaiers geconfigureer word om heetlug van die toerustingbinne af te voer. Tegelykertyd word hittearmature buite die omsluiting geïnstalleer om hitte-uitruiling te bewerkstellig. Deur hitte-uitruiling, kan die voortdurende sirkulasie van lug binne die transformator bevorder word.
Tydens die bedryf van padgebaseerde transformators, word hitte hoofsaaklik deur windings en ysterkerns gegenereer. Daarom moet die ontwerp fokus op die lugvloei-toestande van hierdie twee komponente en die relevante elemente integreer om die hitte-afvoer model te bou.
3.2 Bepaling van Model Parameters
Vir padgebaseerde transformators, is die verskille tussen binnelugparameters en temperatuurprestasieparameters relatief klein. Wanneer silikeroosterblads word gekies, moet hul hitteresistensieprestasie prioriteit kry. Tegelykertyd word die numeriese verhouding van koperdrae tot isolerende hars geanaliseer om die termiese prestasieparameters te bepaal.
3.3 Toestand Stelling
Die gemiddelde druk by die luginlaat en -uitlaat van die padgebaseerde transformator is een atmosferiese druk. In kombinasie met die prestasie van die hittearmatuur, word die temperatuur van koue lug as die inlaattoestand geneem om 'n eindige element model te vestig, en die simmetrievlak en luginlaat-uitlaat rigting word gedefinieer.
3.4 Resultaat Analise
Na die modelvestiging en grenstoestandstelling, word berekeninge uitgevoer. Die analise wys dat die luguitlaat van die padgebaseerde transformator die warmste punt is, met 'n temperatuur van 394.5K (wat ooreenstem met 'n warmplektemperatuur van 120.5℃). Die warmste punt van die ysterkern is ver van die luguitlaat, en die berekende warmplektemperatuur is 110℃. Bovendien het posisies naby die luginlaat- en -uitlaat swak hitte-afvoerprestasie.
3.5 Luginlaat- en -uitlaat Analise
Simuleer die verandering van lugvloei-snelheid: As die warm hoëspanningswinding naby die luguitlaat ingebou word en die luguitlaat 'n regtehoekige struktuur het, sal dit die lugdruk beïnvloed, wat die lug binne die omsluiting dun maak en ongunstig is vir hitte-afvoer.
Gebaseer hierop, word die luguitlaatontwerp geoptimaliseer: Beweeg die luguitlaat ongeveer 30cm op, hou die hoogte onveranderd, en vermind
