პად-მითითებული ტრანსფორმატორების თერმალური მართვის დიზაინი

რეალური მოქმედების პროცესში ბაზის ტრანსფორმატორები ხედავენ ტიპიურ თერმიკ პრობლემებს:

• მაღალი ტემპერატურა/მაღალი ტვირთი გაჩერებები: გაჩერებები ხშირად ხდება მაღალი ტემპერატურისა და მაღალი ტვირთის პირდაპირ პირობებში.

თერმიკის გასაუმჯობესებლად, ამ სტატიაში სასრული ელემენტების ანალიზის გამოყენებით აიშვება 3D ტრანსფორმატორის მოდელი. ტემპერატურის ველის განლაგების მაპირებით იდენტიფიცირება ხდება თერმიკის ჰოტსპოტები და გამოიყენება გამართული გასართობის სისტემის დიზაინი.

1. ტემპერატურის ველის ძირითადი ცნებები

ტემპერატურის ველი აღწერს სივრცით-დროთა ტემპერატურის ცვლილებებს, რომელიც მუშაობს თერმიკის წარმოებას, გადაცემას და განაწილებას მიუთითებელ დაკავშირებით. ბაზის ტრანსფორმატორებისთვის, თერმიკი წარმოდგენის კორებიდან, გარკვეული კონდიციებიდან და გარკვეული დროის განმავლობით ცვლილებები თერმიკის შეფასებას ქმნის და მრავალ საშუალებაში (კორები, კოილები, იზოლაცია) არათანაბრივი ტემპერატურის განაწილებას.

თერმიკის გადაცემა ხდება შემდეგი საშუალებით: კონდუქცია (ძირითადი, რომელიც გადაიტაცებს თერმიკს კოილებიდან და კორებიდან იზოლირებულ რეზინამდე და შემდეგ გადაცემს გარე ჰარს) და კონვექცია. კონდუქციის ინტენსივობა კორელირებულია ტემპერატურის გრადიენტებთან - თერმიკი მოძრავია ცხელი კომპონენტებიდან უფრო ცივ რეზინაში და შემდეგ გადაცემულია გარე ჰარში. თერმიკის ფლაქსის გამოთვლა შემდეგია:

ფორმულაში: q აღნიშნავს თერმიკის ფლაქსის სიმკვრივეს;λ აღნიშნავს თერმალურ კონდუქციას; ∂t/∂x არის ტემპერატურის გრადიენტი, რომელიც აღწერს ტემპერატურის ცვლილების რაოდენობას მანძილზე;&n არის თერმიკის კონვერტირების კოეფიციენტი. როდესაც არსებულია ტემპერატურის განსხვავება სხვადასხვა პოზიციებზე, თერმიკი ძირითადად გადაცემულია ტემპერატურის ბალანსირების საშუალებით, და ეს ტემპერატურის ბალანსირების სიტუაცია არის კონვექცია. ბაზის ტრანსფორმატორის მუშაობის დროს, რაოდენობის გამოსახულების გამოსახულებები შეიძლება შეიძლება შეხვიდეს ჰართან და გადაცემული იქნება მათ შორის, რაც გამოიწვევს გარე ატმოსფეროს ტემპერატურის ცვლილებას. ამ პროცესში, თერმიკის გადაცემა ხდება კონვექციის საშუალებით, რაც შეიძლება გამოიხატოს შემდეგი ფორმულით:

ფორმულაში, h არის კონვექციის თერმალური გადაცემის კოეფიციენტი, t_f აღნიშნავს ფლუიდის ტემპერატურას, ხოლო t_w აღნიშნავს საგანის ზედაპირის ტემპერატურას. როდესაც საგანის ტემპერატურა არის უფრო მაღალი აბსოლუტური ნულის ველში, რადიაციული თერმიკი იქნება შექმნილი, რომელიც ჩვეულებრივ უწოდებენ თერმალურ რადიაციას. რაც შეეხება სხვა ფაქტორებს, რომელიც დარჩება უცვლელი, რადიაციის რაოდენობა შეიძლება შეიცვალოს ტემპერატურის ზრდით (როცა ტემპერატურა უწყვეტად იზრდება). ბაზის ტრანსფორმატორის მუშაობის დროს, თანამშრომლობა თავად არ შეიძლება შეხვიდეს თერმალურ რადიაციას; როდესაც ტრანსფორმატორის ტემპერატურა სტაბილიზებულია, მისი თერმალური რადიაციის ფუნქციონირება იქნება გასართობი თერმალური რადიაციის საშუალებით, და ეს პროცესი შეიძლება გამოიხატოს შემდეგი ფორმულით:

ფორმულაში, S აღნიშნავს რადიაციის ზედაპირის ფართობს, T არის საგანის თერმოდინამიკური ტემპერატურა და σ არის რადიაციის მუდმივა. ბაზის ტრანსფორმატორების გასართობის სისტემის დიზაინში, სასრული ელემენტების ანალიზის (FEA) მეთოდი მთავრდება თერმალური ეკვილიბრიუმის განტოლებების დასადგენად. გამოთვლის შემდეგ, შეიძლება დადგენილი იქნება თითოეული კვადრატის ტემპერატურა. ეს გამოიყენება პრაქტიკულად რთული ტემპერატურის წერტილების შესასწავლად, უკეთესი ჰოტსპოტების პოზიციების დასადგენად და შემდეგ კუპლირების ანალიზის ჩატარებისთვის. FEA-ის გამოყენებით ტემპერატურის ველის დეკომპოზიციის ძირითადი პრინციპები შემდეგია:

• სამგანზომილო ფიზიკური დომენის დისკრეტიზაცია;

• ფუნქციების გამოყენება ნებისმიერი კვადრატის ტემპერატურის ცვლილების აღსაწერად ელემენტის შიგნით;

• ელემენტების განტოლებების დამუშავება;

• ელემენტების კომპონება და ექსტერნალური ექსციტაციების დამატება კვადრატებზე;

• განტოლებების გადაწყვეტა ტემპერატურის ველის საზღვრების გათვალისწინებით;

• თითოეული კვადრატის ტემპერატურის ზრდის გამოთვლა;

• ელემენტის ტემპერატურის ზრდის გამოთვლა ტემპერატურის ველის განტოლებების საფუძველზე.

2 ბაზის ტრანსფორმატორების მოდელირება და ტემპერატურის ველის სიმულაცია
2.1 სასრული ელემენტების მოდელირება

ცხრილი 1 აღწერს არჩეული ბაზის ტრანსფორმატორის დაკავშირებულ პარამეტრებს. სასრული ელემენტების მოდელი არის შექმნილი ამ პარამეტრებზე დაფუძნებული. შემდეგ, შემოკლებული მოდელები არის დამუშავებული ბაზის ტრანსფორმატორის მაღალი ვოლტის კოილის, დაბალი ვოლტის კოილის და რკინის კორისთვის.

მოდელირების დროს, რადგან მაღალი ვოლტის კოილის გამოყენების ტერმინალების სიმართლე შეფუთვის შედეგად შეიძლება შეიცვალოს, ისინი არ ითვლება დასაწყისი დიზაინის ფაზაში. შემოკლებისთვის, რკინის კორი არის მოდელირებული ერთი მთელი სტრუქტურის რაოდენობით, რომელიც იგნორირებს შეფუთვებს (ეს შეფუთვები არის განსაზღვრული მრავალფაზიანი სილიკონის ფერის შესახებ მასის გადაცემის საშუალებით). ტრანსფორმატორის 3D სიმულაციის მოდელი ნაჩვენებია ფიგურა 1-ში.

ნატურალური კონვექციის გავლენის ანალიზისთვის სიმულაციის გარემოში დამატებულია გარე ჰარის დომენი (ზომებით 5000mm×5000mm×3000mm), რაც საშუალებას აძლევს რეალისტურად მოდელირებას ტრანსფორმატორის გარშემო ჰარის მოძრაობის შესახებ.

2.2 ბაზის ტრანსფორმატორის შეფუთვის მოდელი

კოილები და რკინის კორი არის მოდელირებული როგორც თერმიკის წყაროები, რომლების თერმიკის წარმოების ტემპერატურები გამოითვლება ტრანსფორმატორის დიზაინის პარამეტრებზე. ჰარის დომენი არის დამატებული წნევის გამოყენებით ზედა და ქვედა და გვერდების განაწილებით, რომელიც არის მინიჭებული გარე ტემპერატურით 300K. სიმულაციის დროს, ნატურალური კონვექციის პარამეტრები არის გამოყენებული შესაბამისი ტურბულენტი მოდელის რაილეის რიცხვის შესაბამისად.

შეფუთვის გეომეტრია (ფიგურა 2) არის შემოკლებული მის რთული კომპოზიტური სტრუქტურის გამო. შეფუთვის თავის პერფორირებული პანელები არიან გამოტოვებული, რომელიც მთელი შეფუთვის თავი არის დამუშავებული როგორც უწყვეტი ჰარის დომენი. პორული მედია არის დამატებული ჰარის გამოყენების ქვეშ რეგულაციის ქვეშ დასახარავად მიმართული წინააღმდეგობის სიმულაციისთვის. შეფუთვის ქვედა სამართავი ბარის გარშემო ჰარის დომენი არის შემოკრებული. შეფუთვის ქვეშ დამატებითი 155mm-ის სიმაღლის ჰარის შრიფტი არის დამატებული ფუნდამენტის გასართობის გავლენის შესაფასებლად.

დამატებულ მოდელში, დამატებული ქვედა ხვრელები, ზედა ხვრელები და ზედა-ქვედა ხვრელები ყველა მოდელირებული არის როგორც პორული მედია, რომლის სიმკვრივე არის 10 mm (როგორც ნაჩვენებია ფიგურა 3-ში, ყვითელი-მწვანე ბლოკი), რაც მეშვეობით მეშვეობით სიმულაციას ქვეშ დასახარავად სიმულაციას ქვეშ დასახარავად სიმულაციას ქვეშ დასახარავად სიმულაციას ქვეშ დასახარავად სიმულაციას ქვეშ დასახარავად სიმულაციას ქვეშ დასახარავად სიმულაციას ქვეშ დასახარავად სიმულაციას ქვეშ დასახარავად სიმულაციას ქვეშ დასახარავად სიმულაციას ქვეშ დასახარავად სიმულაციას ქვეშ დასახარავად სიმულაციას ქვეშ დასახარავად სიმულაციას ქვეშ დასახარავად სიმულაციას ქვეშ დასახარავად სიმულაციას ქვეშ დასახარავად სი