প্যাড-মাউন্টেড ট্রান্সফরমারের জন্য তাপ ব্যবস্থাপনা ডিজাইন
প্রকৃত পরিচালনার সময়, প্যাড-মাউন্টেড ট্রান্সফরমারগুলি সাধারণত গরম-সম্পর্কিত সমস্যার সম্মুখীন হয়:
তাপ ছড়িয়ে দেওয়ার অপটিমাইজেশনের জন্য, এই পেপারটি সসীম উপাদান বিশ্লেষণ ব্যবহার করে 3D ট্রান্সফরমার মডেল তৈরি করে। তাপমাত্রা ক্ষেত্রের বিতরণ ম্যাপিং করে, এটি অতিরিক্ত তাপমাত্রার হটস্পট চিহ্নিত করে এবং শীতলকরণ সিস্টেমের ডিজাইন পরিবর্তন করে।
1. তাপমাত্রা ক্ষেত্রের বাসিক ধারণা
একটি তাপমাত্রা ক্ষেত্র স্থান-সময়ের তাপমাত্রা পরিবর্তন বর্ণনা করে, যেখানে তাপ উৎপাদন, স্থানান্তর এবং বিতরণ দৃঢ়ভাবে সংযুক্ত। প্যাড-মাউন্টেড ট্রান্সফরমারের ক্ষেত্রে, তাপ কোর, ওয়াইন্ডিং ইত্যাদি থেকে উৎপন্ন হয়। পরিচালনার অবস্থা/সময় তাপের প্যাটার্ন পরিবর্তন করে, এবং বহু-মাধ্যম ইন্টারঅ্যাকশন (কোর, ওয়াইন্ডিং, আইসোলেশন) অসম তাপমাত্রা বিতরণ তৈরি করে।
তাপ সঞ্চালিত হয় পরিবহন (প্রধান, ওয়াইন্ডিং/কোর থেকে আইসোলেটিং রেজিন দিয়ে বাইরের বায়ুতে তাপ স্থানান্তর করে) এবং সংবহনের মাধ্যমে। পরিবহনের তীব্রতা তাপমাত্রা গ্রেডিয়েন্টের সাথে সম্পর্কিত - তাপ গরম কম্পোনেন্ট থেকে ঠান্ডা রেজিনে চলে যায়, তারপর বাইরের বায়ুতে ছড়িয়ে পড়ে। তাপ ফ্লাক্স গণনা নিম্নরূপ:
সূত্রে: q তাপ ফ্লাক্স ঘনত্ব প্রতিনিধিত্ব করে;λ তাপ পরিবহন ক্ষমতা প্রতিনিধিত্ব করে; ∂t/∂x তাপমাত্রা গ্রেডিয়েন্ট, যা দূরত্বের সাথে তাপমাত্রার পরিবর্তনের হার প্রতিফলিত করে; n তাপ রূপান্তর গুণাঙ্ক। যখন ভিন্ন অবস্থানে তাপমাত্রার পার্থক্য থাকে, তখন তাপ প্রধানত তাপমাত্রা ভারসাম্য রক্ষার জন্য পরিচলিত হয়, এবং এই তাপমাত্রা ভারসাম্যের অবস্থাই হল তাপ সংবহন। প্যাড-মাউন্টেড ট্রান্সফরমারের পরিচালনার সময়, বিভিন্ন অংশ থেকে উৎপন্ন তাপ বায়ুর সাথে সংস্পর্শে আসে এবং তাদের মধ্যে স্থানান্তর হয়, যা পরিবেশের গ্যাসের তাপমাত্রা পরিবর্তন করে। এই প্রক্রিয়ায়, তাপ সংবহন দ্বারা তাপ স্থানান্তর সম্পন্ন হয়, যা নিম্নলিখিত সূত্র দ্বারা প্রকাশ করা যায়:
সূত্রে, h সংবহন তাপ স্থানান্তর গুণাঙ্ক, tf প্রবাহীর তাপমাত্রা এবং tw বস্তুর পৃষ্ঠের তাপমাত্রা প্রতিনিধিত্ব করে। যখন একটি বস্তুর তাপমাত্রা পরম শূন্যের চেয়ে বেশি, তখন তাপ বিকিরণ উৎপন্ন হয়, সাধারণত এটিকে তাপ বিকিরণ বলা হয়। অন্যান্য কারণ অপরিবর্তিত থাকলে, বস্তুর মধ্যে উৎপন্ন বিকিরণের পরিমাণ তাপমাত্রার সাথে পরিবর্তিত হবে (তাপমাত্রা একটি অবিচ্ছিন্ন উপরের প্রবণতা রাখে)। প্যাড-মাউন্টেড ট্রান্সফরমারের পরিচালনার সময়, যন্ত্রটি সরাসরি তাপ বিকিরণের সাথে সংস্পর্শ হয় না; যখন ট্রান্সফরমারের তাপমাত্রা স্থিতিশীল হয়, তখন তার তাপ বিকিরণ ফাংশন তাপ বিকিরণ দ্বারা তাপ ছড়িয়ে দেওয়া অর্জন করে, এবং এই প্রক্রিয়া নিম্নলিখিত সূত্র দ্বারা প্রকাশ করা যায়:
সূত্রে, S বিকিরণ পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল, T বস্তুর থার্মোডাইনামিক তাপমাত্রা, এবং σ বিকিরণ ধ্রুবক। প্যাড-মাউন্টেড ট্রান্সফরমারের তাপ ছড়িয়ে দেওয়ার সিস্টেম ডিজাইন করার সময়, মূলত সসীম উপাদান বিশ্লেষণ (FEA) পদ্ধতি ব্যবহার করা হয় তাপমাত্রা সমতা সমীকরণ স্থাপন করতে। গণনার মাধ্যমে, বস্তুর প্রতিটি নোডের তাপমাত্রা নির্ধারণ করা যায়। এটি বিশেষভাবে ব্যবহৃত হয় বাস্তবে প্রাপ্ত করা কঠিন তাপমাত্রা পয়েন্ট মাপা, সেরা হটস্পট অবস্থান চিহ্নিত করা, এবং তারপর কোপলিং বিশ্লেষণ করার জন্য। FEA ব্যবহার করে তাপমাত্রা ক্ষেত্র বিশ্লেষণের মূল নীতিগুলি নিম্নরূপ:
ত্রিমাত্রিক পদার্থিক ডোমেইন ডিসক্রিটাইজ করুন;
ফাংশন ব্যবহার করে এলিমেন্টের যেকোনো নোডের তাপমাত্রা পরিবর্তন বর্ণনা করুন;
এলিমেন্ট সমীকরণ গঠন করুন;
এলিমেন্টগুলি সমন্বিত করুন এবং নোডে বহিরাগত উত্তেজনা প্রয়োগ করুন;
তাপমাত্রা ক্ষেত্রের সীমারেখা বিবেচনায় নিয়ে সমীকরণ সমাধান করুন;
প্রতিটি নোডে তাপমাত্রা বৃদ্ধি গণনা করুন;
তাপমাত্রা ক্ষেত্র সমীকরণের উপর ভিত্তি করে এলিমেন্ট তাপমাত্রা বৃদ্ধি নির্ণয় করুন।
2 প্যাড-মাউন্টেড ট্রান্সফরমারের মডেলিং এবং তাপমাত্রা ক্ষেত্র সিমুলেশন
2.1 সসীম উপাদান মডেলিং
টেবিল 1 এ এই পেপারে নির্বাচিত প্যাড-মাউন্টেড ট্রান্সফরমারের সম্পর্কিত প্যারামিটারগুলি তালিকাভুক্ত করা হয়েছে। এই প্যারামিটারগুলির উপর ভিত্তি করে একটি সসীম উপাদান মডেল গঠন করা হয়। এরপর, প্যাড-মাউন্টেড ট্রান্সফরমারের উচ্চ-ভোল্টেজ ওয়াইন্ডিং, নিম্ন-ভোল্টেজ ওয়াইন্ডিং এবং লোহার কোরের জন্য সরলীকৃত মডেল গঠন করা হয়।
মডেল গঠনের সময়, যেহেতু উচ্চ-ভোল্টেজ ওয়াইন্ডিং আউটলেট টার্মিনালের সংযোগগুলি সুদৃঢ়, তাই প্রাথমিক ডিজাইন পর্যায়ে তাদের বিবেচনা করা হয় না। সরলীকরণের জন্য, লোহার কোরকে একটি একক স্ট্রাকচার হিসাবে মডেল করা হয়, এবং লেমিনেট ফাঁকগুলি অবহেলা করা হয় (এই ফাঁকগুলি বাল্ক সিলিকন ইস্পাতের বৈশিষ্ট্য দ্বারা বিবেচিত হয় যা পদার্থের পরিবহন ক্ষমতা বিবেচনা করে)। ট্রান্সফরমারের 3D সিমুলেশন মডেল চিত্র 1 এ দেখানো হয়েছে।
তাপ ছড়িয়ে দেওয়ার জন্য স্বাভাবিক সংবহনের প্রভাব বিশ্লেষণ করার জন্য, সিমুলেশন পরিবেশে 5000mm×5000mm×3000mm আকারের একটি বাইরের বায়ু ডোমেইন যোগ করা হয়, যা ট্রান্সফরমারের চারপাশে বায়ু প্রবাহের প্যাটার্ন বাস্তববাদী মডেলিং করতে সক্ষম করে।
2.2 প্যাড-মাউন্টেড ট্রান্সফরমারের এনক্লোজার মডেল
ওয়াইন্ডিং এবং লোহার কোরকে তাপ উৎস হিসাবে মডেল করা হয়, এবং তাদের তাপ উৎপাদন হার ট্রান্সফরমার ডিজাইন প্যারামিটারের উপর ভিত্তি করে গণনা করা হয়। বায়ু ডোমেইনটি শীর্ষে চাপ আউটলেট এবং নিচে এবং পাশে বিতরণ করা ইনলেট দিয়ে সংকলিত করা হয়, যা পরিবেশের তাপমাত্রা 300K সেট করা থাকে। সিমুলেশনের সময়, স্বাভাবিক সংবহন প্যারামিটারগুলি রেলিগ নম্বরের উপর ভিত্তি করে একটি উপযুক্ত টার্বুলেন্স মডেল নির্বাচন করে নেওয়া হয়।
এনক্লোজারের জ্যামিতি (চিত্র 2) জটিল যৌথ স্ট্রাকচারের কারণে সরলীকরণ করা হয়। ছাদের পারফোরেটেড প্যানেলগুলি অবহেলা করা হয়, এবং পুরো ছাদকে একটি অবিচ্ছিন্ন বায়ু ডোমেইন হিসাবে বিবেচনা করা হয়। ছাদের নিচের বায়ু আউটলেটে পোরাস মিডিয়া রাখা হয় প্রবাহ প্রতিরোধ সিমুলেট করতে। এনক্লোজারের নিচের সাপোর্ট বিমের চারপাশের বায়ু ডোমেইন সংযুক্ত বিবেচনা করা হয়। এনক্লোজারের নিচে 155mm-উচ্চ বায়ু লেয়ার যোগ করা হয় ভিত্তির প্রভাব তাপ ছড়িয়ে দেওয়ার উপর বিবেচনা করতে।
তৈরি করা মডেলে, প্রিসেট নিচের ছিদ্র, শীর্ষ ছিদ্র এবং উপর-নিচের ছিদ্র সবগুলি পোরাস মিডিয়া, 10 mm মোটামুটি (যেমন চিত্র 3-এ হলুদ-সবুজ ব্লক), যা মেশ প্লেট সিমুলেট করে। নিচের ছিদ্রের প্রশস্তি 1450 × 1200 mm², এবং উপর-নিচের ছিদ্রের প্রশস্তি 550 × 500 mm²। মডেলে তিনটি ছিদ্র এবং এপক্সি প্লেট সেট করা হয়, এবং ছিদ্রগুলি প্রকৃত অবস্থার উপর ভিত্তি করে খোলা বা বন্ধ অবস্থায় নির্ধারণ করা হয়। সাধারণত, যদি ফ্লোর-মাউন্টেড টাইপ গৃহীত হয়, তাহলে শীর্ষ ছিদ্র, এপক্সি প্লেট এবং ছিদ্র 1 খোলা অবস্থায় থাকে; যদি নিচের ছিদ্র ধরন গৃহীত হয়, তাহলে শীর্ষ ছিদ্র, নিচের ছিদ্র এবং ছিদ্র 1/2/3 সবগুলি খোলা অবস্থায় থাকে।
