Termika Administrajado Pro Pad-Mounted Transformers
En la vera operacio, la transformiloj montitaj sur podioj konfrontas tipajn calorrilatantajn problemojn:
Por optimigi la dissendon de varmo, ĉi tiu artikolo uzas finhav-analizon por konstrui 3D modelon de transformilo. Per mapado de la distribuoj de la temperaturkampo, ĝi identigas lokojn de trovarmo kaj perfektigas la dizajnon de la refreŝiga sistemo.
1. Bazoj de Temperaturkampo
Temperaturkampo priskribas spaca-tempajn variasojn de temperaturo, kun la genero, transdonado kaj distribuo de varmo tute interligita. Por transformiloj montitaj sur podioj, la varmo origine venas el la kerno, vicoj, etc. La operacikondiĉoj/duradoj ŝanĝas la varmopatrojn, kaj la multmedialaj interagoj (kerno, vicoj, izolado) kreas neegalajn temperaturdistribuojn.
La transdonado de varmo okazas per kondukado (dominanta, movante varmon de vicoj/kerno tra izolanta rezino al la ambianta aero) kaj konvekto. La intensitivo de kondukado rilatas kun temperaturgradientoj—la varmo moviĝas de varmaj komponentoj al pli malvarma rezino, poste disendiĝas en ekstera aero. La kalkuloj de varmofluko sekvas:
En la formulo: q reprezentas la densecon de varmofluko; λ reprezentas la termkonduktivecon; ∂t/∂x estas la temperaturgradiento, reflektanta la rapidon de ŝanĝo de temperaturo kun distanco; n estas la koeficiento de varmokonverto. Kiam estas temperaturdiferencoj je diversaj pozicioj, la varmo ĉefe cirkulas por balanci la temperaturon, kaj ĉi tiu stato de temperaturbalanco estas konvekto. Dum la operacio de transformilo montita sur podio, la varmo produktita de diversaj partoj estos en kontakto kun aero kaj transdonos inter ili, kaŭzante ŝanĝojn en la temperaturo de la ĉirkaŭa gaso. En tiu procezo, la transdonado de varmo atingas per konvekto, kiu povas esti esprimita per la jena formulo:
En la formulo, h estas la koeficiento de konvektiva varmotransdonado, tf reprezentas la temperaturon de la fluido, kaj tw reprezentas la temperaturon de la surfaco de la objekto. Kiam la temperaturo de objekto estas pli alta ol absolute zero, radianta varmo estos produkta, kutime nomata kiel termradiado. Kun aliaj faktoroj restantaj senŝanĝaj, la kvanto de produta radiado inter objektoj ŝanĝos kiel la temperaturo pligrandigas (kun la temperaturo daŭriganta sinsekvan supran tendencon). Dum la operacio de transformilo montita sur podio, la aparato mem ne venas en direkta kontaktado kun termradiado; kiam la temperaturo de la transformilo stabiligas, ĝia funkcio de termradiado atingos disendon de varmo per termradiado, kaj ĉi tiu procezo povas esti esprimita per la jena formulo:
En la formulo, S signifas la areon de la radiada surfaco, T estas la termodinamika temperaturo de la objekto, kaj σ estas la radiada konstanto. Dum la dizajno de la refreŝiga sistemo por transformiloj montitaj sur podioj, la metodo de finhav-analizo (FEA) estas ĉefe emplolta por etabli termekvilibrajn ekvaciojn. Per kalkuloj, oni povas determini la temperaturon je ĉiu nodo de la objekto. Ĉi tio estas aparte utila por mezuri temperaturpunktojn, kiuj estas malfacile akireblaj praktike, identigi optimumajn lokojn de varmo, kaj poste faradi klopodan analizon. La kernaj principoj de la disigo de la temperaturkampo per FEA estas jenaj:
Diskretigi la tridimensian fizikan domajnon;
Uzi funkciojn por priskribi la temperaturvariasojn je ajna nodo ene de la elemento;
Konstrui elementajn ekvaciojn;
Kompili la elementojn kaj aplikar eksterajn eksitadojn je la nodoj;
Solvi la ekvaciojn prezentante la limkondiĉojn de la temperaturkampo;
Kalkuli la temperaturmonton je ĉiu nodo;
Derivi la temperaturmonton de la elemento bazante sur la ekvacioj de la temperaturkampo.
2 Modelado kaj Simulado de Temperaturkampo de Transformiloj Montitaj sur Podioj
2.1 Finhav-modelado
Tablo 1 listigas la rilatajn parametrojn de la transformilo montita sur podio elektita en ĉi tiu artikolo. Konstruas finhavan modelon bazitan sur ĉi tiuj parametroj. Poste, simpligitaj modeloj estas etablita por la alta-voltaj vico, malalta-voltaj vico, kaj ferkerno de la transformilo montita sur podio.
Dum la konstruado de modelo, ĉar la sudaĵ-konektoj de la eliro de la alta-voltaj vico estas relative solidaj, ili ne estas konsiderataj en la komenca fazo de dizajno. Por simpligo, la ferkerno estas modeligita kiel unueca strukturo, ignorante la interlamelajn spacetojn (kiuj estas traktataj per la ecoj de masiva silicefero por konsideri la materialan konduktecon). La 3D simula modelo de la transformilo estas montrita en Figuro 1.
Por analizi la efektojn de naturla konvekto sur la dissendon de varmo, estas aldona ekstera aerdomajno (kun dimensioj de 5000mm×5000mm×3000mm) al la simula medio, ebligante realistan modeligon de la fluopatroj ĉirkaŭ la transformilo.
2.2 Kaŝilo-modelo de Transformilo Montita sur Podio
La vicoj kaj ferkerno estas modelitaj kiel varmfontoj, kun iliaj varmogeneradrapidecoj kalkulitaj bazite sur la parametroj de transformildizajno. La aerdomajno estas konfigurita kun preseksitoj en la supro kaj ensitoj distribuitaj laŭ la fundo kaj flankoj, konservante la ambiantecon temperaturon fixitan je 300K. Dum simulacioj, la parametroj de naturla konvekto estas derivitaj elektante taŭgan turbulecmodelon bazitan sur la Rayleigh-nombro.
La geometrio de la kaŝilo (Figuro 2) estas simpligita pro sia kompleksa kompozita strukturo. La perfotaj paneloj de la tegmento estas neglektitaj, traktante la tutan tegmenton kiel kontinua aerdomajno. Porozaj medioj estas metitaj sub la aerelsaloj por simuli fluoresistancon. La aerdomajno ĉirkaŭ la subtenaj traboj de la kaŝilo estas konsiderata interligita. Aldonas 155mm-altan aeran straton sub la kaŝilon por konsideri la efikon de la fundamentaro sur la dissendon de varmo.
En la konstruita modelo, la antaŭagorditaj fundo-bukloj, supro-bukloj, kaj supra-infera bukloj ĉiuj apartenas al porozaj medioj, kun dikteco de 10 mm (kiel la flava-verda bloko en Figuro 3), do simulas la reton. La specifo de la fundo-buklo estas 1450 × 1200 mm², kaj la specifo de la supra-infera buklo estas 550 × 500 mm². Tri bukloj kaj epoksidplaŝo ankaŭ estas agorditaj en la modelo, kaj la bukloj estas determinitaj esti en malfermita aŭ fermita stato laŭ la aktuala situacio. Ĝenerale, se la plank-tipo estas adoptita, la supro-buklo, la epoksidplaŝo, kaj Buklo 1 estas en malfermita stato; se la fundo-bukla tipo estas adoptita, la supro-buklo, la fundo-buklo, kaj Bukloj 1/2/3 estas ĉiuj en malfermita stato.
2.3 Analizo de Distribuo de Temperaturkampo
Poste, konstruas finhavan modelon retigante la geometrian modelon. Asure la unuecon de naturla konvekto kaj interna reta modelo, kaj perfektigas la retigon ĉe la bukloj de la kaŝilo kaj aerinterfacoj por plibonori la kalkulan akuratecon. Bazita sur la geometria modela, la finhava modelo havas 401,856 nodojn kaj 518,647 retojn. Klavaj agordoj por la modelo de transformilo montita sur podio:
Uzante finhavan softvaron, la modelo de la temperaturkampo montras: La vicoj havas la plej altan temperaturon en la transformilo, sekvis de la ferkerno; la adjaca aeratemperaturo estas ankaŭ alta, malkreskanta dum la asalto de la aero ĝis kongruas kun la ambiantecona temperaturo je la preseksito. Dum la operacio, la vastiĝo de varma aero kaŭzas akumulon de aero kaj koliziojn inter la ambianteca kaj kanala aero (pro daŭra varmigo kaj volumenpligrandigo). La viskozaeco de aero afektas la fluon en la kanalo kaj la fluokampon. Varma aero akcelas proksime de la tero kaj malrapidigas for; la kontakto de la fluo kun la surfaco formas termrandan straton, kiu, pro sia diko, reduktas la koeficientojn de varmotransdonado, pligrandigante la temperaturon kaj la viskozecon de aero dum malpligrandigas la fluvelocan. Varma aero ŝanĝas la temperaturon super la transformilo, kun la temperaturo proporcia al la termradiado.
3 Dizajno de Disendo de Varmo de Transformiloj Montitaj sur Podioj
3.1 Analizo de Modelo
Transformiloj montitaj sur podioj estas aranĝitaj en kaŝiloj kun alta nivelo de sekureco. Por certigi glatan aeran cirkladon ene de la kaŝilo kaj plene ludigi la rolon de la disendo de varmo de la transformilo, necesas konfiguri akso-fluventilojn por eligu varman aeran el la interno de la aparato. Samtempe, termradiiloj estas instalitaj ekstere de la kaŝilo por atingi terminterŝanĝon. Per terminterŝanĝo, la daŭra cirklado de aero ene de la transformilo povas esti promovita.
Dum la operacio de transformiloj montitaj sur podioj, la varmo estas ĉefe generata de vicoj kaj ferkernejo. Do, la dizajno devas fokusigi la fluostatojn de ĉi tiuj du komponentoj kaj integri la rilatajn elementojn por konstrui la modelon de disendo de varmo.
3.2 Determinado de Parametroj de Modelo
Por transformiloj montitaj sur podioj, la diferenco inter la parametroroj de intema aero kaj la temperaturperformancparametroroj estas relativaj malgrandaj. Elektante siliceferfoliojn, ilia termrezisteco devus esti prioritata. Samtempe, la numerala proporcio de kupradratoj al izolanta rezino estas analizita por determini la termoperformancparametrorojn.
3.3 Agordado de Kondiĉoj
La meza presevo je la aerensalto kaj elsalto de la transformilo montita sur podio estas unu atmosfera presevo. Kompletigante la performon de la termradiilo, la temperaturo de malvarma aero estas prenita kiel la ensalta kondiĉo por etabli finhavan modelon, kaj la simetria ebeno kaj la direkto de la aerensalto-elalto estas difinitaj.
3.4 Analizo de Rezultoj
Post la konstruado de la modelo kaj la agordado de la limkondiĉoj, kalkuloj estas faritaj. La analizo montras, ke la aerelalto de la transformilo montita sur podio estas la plej varma punkto, kun temperaturo atinganta 394.5K (korespondanta al varmkvadratpunkta temperaturo de 120.5℃). La plej varma punkto de la ferkerno estas malproksima de la aerelalto, kaj la kalkulita varmkvadratpunkta temperaturo estas 110℃. Plue, la pozicioj proksimaj al la aerensaltoj kaj -elaltoj havas malbonan disendon de varmo.
3.5 Analizo de Aerensalto kaj -elalto
Simulas la ŝanĝon de la fluvelocan: Se la varma alta-voltaj vico estas konstruita proksime al la aerelalto kaj la aerelalto havas ortangulan strukturon, ĝi afektos la aeran presevon, igante la aeran en la kapsulo mincan kaj nefavoran por la disendo de varmo.
Surbaze de ĉi tio, optimigas la dizajnon de la aerelalto: Movas la aerelalto supren je proksimume 30cm, konservas la altecon senŝanĝa, kaj samtempe reduktas la larĝon de la aerensalto (plejparte reduktas je 10cm), tiel ke la tuta longo de la kaŝilo pligrandigas je 20cm. Post kalkulo, en ĉi tiu skemo, la varmkvadratpunkta temperaturo kaj la meza temperaturo de la vicoj signife malkreskas. Analizante la distribuon de la fluvelocan de la aerokampo, la fluo de aero en la vico montras angulon de 120° kiam ĝi estas transferita al la aerelalto, indikante, ke la fluo de aero estas glata.
3.6 Resumo
Transformiloj montitaj sur podioj ludas gravan rolon en la sistema de elektra distribuo. Se la grandega kvanto de varmo generata dum la operacio ne povas esti disendita tempestive, ĝi verŝajne kaŭzos defektojn kaj minacas la stabilecon de la sistemo. Dizajnistoj bezonas profunde analizi la problemojn de disendo de varmo de transformiloj montitaj sur podioj, kombini ĝin kun la ŝanĝoj de la temperaturkampo, uzi sciencajn metodojn kiel la finhav-metodo por konstrui modelon de disendo de varmo, optimigi la sistemon de disendo de varmo de la aparato, kaj plibonori la tutan efikecon de disendo de varmo.
