Pad-Mounted Transformerlar uchun Termal Boshqaruv Dizayni
Faktiki ish rejimida, qutiga o'rnatilgan transformatorlar tipik issiqga oid muammolarga duch keladi:
Issiqni yo'qotishni optimallashtirish uchun, bu maqola sonli element tahlili usulidan foydalanib 3D transformator modelini yaratadi. Harorat maydoni tarqalishini xaritalashtirish orqali, aylanib yuboriladigan issiq nuqtalarini aniqlaydi va sovuq tizimini takomillashtiradi.
1. Harorat Maydoni Asoslari
Harorat maydoni fazoviy va vaqt oralig'ida harorat o'zgarishlarini tasvirlaydi, issiq yaratish, uzatish va tarqatish ketma-ketliga ega. Qutiga o'rnatilgan transformatorlar uchun, issiq markaziy qismda, saralarda va hokazo joylarda paydo bo'ladi. Ish rejimi va davomiyligi issiq shaklini o'zgartiradi, va bir nechta orta aloqalar (markaz, sara, isolatsiya) tomonidan beriluvchi ta'sir yuzaga keladi.
Issiqning uzatilishi konduksiya (dominant, saralardan va markaziy qismdan isolatsiya rezina orqali havaga) va konveksiyada amalga oshadi. Konduksiya intensivligi harorat graduslari bilan bog'liq—issiq issiq komponentlardan sovuq rezina gacha, keyin tashqi havaga yo'qotiladi. Issiq flux hisob-kitoblari quyidagicha:
Formulada: q issiq flux doimiylikka ko'ra;λ issiq konduksiya indeksini ifodalaydi; ∂t/∂x harorat gradusi, masofa bo'yicha harorat o'zgarish tezligini ifodalaydi; n issiq konvertatsiya koeffitsiyenti. Agar turli joylarda harorat farqlari bo'lsa, issiq asosan haroratni moslashtirish uchun aylanib boradi, va bu holat harorat moslashma deb ataladi. Qutiga o'rnatilgan transformator ish rejimida, turli qismlardan paydo bo'lgan issiq havaga tegishli bo'lib, orasida uzatiladi, bu esa aylanib o'tkaziladigan gazning haroratini o'zgartiradi. Bu jarayonda, issiq uzatilishi konveksiya orqali amalga oshadi, bu formulada ifodalash mumkin:
Formulada, h konveksiya issiq uzatish koeffitsiyenti, tf suyuqlik haroratini ifodalaydi, va tw ob'ektning yuzasining haroratini ifodalaydi. Agar ob'ektning harorati mutlaq noldan yuqori bo'lsa, issiq izlambash paydo bo'ladi, adabiy dunyoda termal izlambash deb ataladi. Boshqa omillar o'zgarishsiz qolgan holda, ob'ektlar orasida paydo bo'lgan izlambash miqdori harorat oshish bilan o'zgaradi (harorat o'zroq oshib boradi). Qutiga o'rnatilgan transformator ish rejimida, jihoz o'ziga termal izlambash bilan to'g'ridan-to'g'ri bog'liq emas; transformatorning harorati barqarorlanganda, uning termal izlambash funksiyasi izlambash orqali issiqni yo'qotadi, va bu jarayon quyidagi formulada ifodalash mumkin:
Formulada, S izlambash maydonini ifodalaydi, T ob'ektning termodinamik haroratini ifodalaydi, va σ izlambash doimiylikka ko'ra. Qutiga o'rnatilgan transformatorlar uchun issiqni yo'qotish tizimini ishlab chiqarishda, sonli element tahlili (FEA) usuli asosan qo'llaniladi, shuningdek, harorat tenglamalarni o'rnatish uchun. Hisob-kitoblar orqali, ob'ektning har bir nodusidagi harorat aniqlanadi. Bu amaliyat aniqlovchi harorat nuqtalarini olish uchun, eng yaxshi aylanib yuboriladigan nuqtalarni topish uchun va so'ngra ulashish tahlilini o'tkazish uchun maxsus kerak. FEA usulida harorat maydonini ajratishning asosiy printsiplari quyidagilar:
Uch o'lchovli fizik jihatni diskretlash;
Element ichidagi istalgan nodusdagi harorat o'zgarishlarni funksiyalarga ifodalash;
Element tenglamalarini tuzish;
Elementlarni jamlash va noduslarda tashqi tortishlarni qo'llash;
Harorat maydoni chegaraviy shartlarni hisobga olgan holda tenglamalarni yechish;
Har bir nodusdagi harorat oshishini hisoblash;
Harorat maydoni tenglamalari asosida elementning harorat oshishini aniqlash.
2 Qutiga O'rnatilgan Transformatorlar uchun Model Tuzish va Harorat Maydoni Modellashtirish
2.1 Sonli Element Model Tuzish
Jadval 1 bu maqolada tanlangan qutiga o'rnatilgan transformatorning o'ziga xos parametrlarini ko'rsatadi. Usunda, bu parametrlar asosida sonli element model tuziladi. Keyin, qutiga o'rnatilgan transformatorning yuqori bosqichli sarasi, past bosqichli sarasi va temir markazi uchun soddalashtirilgan modellar tuziladi.
Model tuzilishi jarayonida, yuklanish qatargacha bo'lgan bog'liqliklar juda kuchli bo'lganligi sababli, ular boshlang'ich dizayn bosqichida hisobga olinmaydi. Soddalashtirish uchun, demir yadro monolit struktura sifatida modeldan o'tkaziladi, interlayerni farqlari e'tiborga olinmaydi (bu farqlar bulk silicon stilning xususiyatlari orqali material elektr chiqaruvchanligini hisoblash uchun qaror qilinadi). Transformatorning 3D simulatsiya modeli Rasm 1-da ko'rsatilgan.
Tabiiy konveksiyaning issiqtinchilikka ta'sirini tahlil qilish uchun, simulatsiya mohitiga 5000mm×5000mm×3000mm o'lchamli tashqi havodomen qo'shiladi, bu transformator atrofida havoni samarali modeldan o'tkazish imkonini beradi.
2.2 Pod-montajli transformatorning qopqog'i modeli
Vindinglar va demir yadro issiqlik manbalari sifatida modeldan o'tkaziladi, ularning issiqlik yaratish tezliklari transformator dizayn parametrlariga asosan hisoblanadi. Havodomen ustki va pastki tomonlarda bo'lgan shiroq chiqishlari bilan sozlanadi, ambiyalent harorat 300K ga belgilangan. Simulatsiyada, tabiiy konveksiya parametrlari Rayleigh raqami asosida moslashtirilgan intensivlik modeli tanlab olinadi.
Qopqog'in geometriyasi (Rasm 2) murakkab kompozitsiya tuzilishi sababli soddalashtiriladi. Oquv panellari e'tiborga olinmaydi, butun nafaqa davvalaganda havodomen sifatida hisoblanadi. Eves ostidagi havodomen chiqishlari poroz maydonlar bilan ifodalangan, bu orqali oqim qiyinchiliklari modeldan o'tkaziladi. Qopqog'ning pastki qo'llab-quvvatlash luchlarining atrofidagi havodomen ulgur-bulgur ligi e'tiborga olindi. Qopqog'ning pastki tomonga 155mm balandlikdagi qatnov havodomeni qo'shildi, bu fundamentning issiqtinchilikka ta'siri hisobga olinadi.
Tuzilgan modelda, oldindan belgilangan pastki, ustki va yuqori-pastki deliklari hammasi poroz maydonlar sifatida hisoblanadi, ularning qalinligi 10 mm (Rasm 3-da ko'rsatilgan sar-yashil blok), bu mesh plitalarni modeldan o'tkazadi. Pastki delikning o'lchamlari 1450 × 1200 mm², yuqori-pastki deliklarning o'lchamlari esa 550 × 500 mm². Modelga uchta ochilish va epoksid plita belgilangan, ochilishlar haqiqiy holatga qarab ochiq yoki yopiq holatda belgilanadi. Umumiy holda, agar pod-montajli tur tanlangan bo'lsa, ustki delik, epoksid plita va Ochiq joy 1 ochiq holatda belgilanadi; agar pastki delikli tur tanlangan bo'lsa, ustki delik, pastki delik va Ochiq joy 1/2/3 hammasi ochiq holatda belgilanadi.
2.3 Temperatura maydoni tarqalishi tahlili
Keyin, geometrik modelni meshlash orqali chekli element model tuziladi. Tabiiy konveksiya va ichki mesh modellarining birlikasini ta'minlash, qopqog'ning deliklari va havodomen chegaralarida meshlashni rafinatsiya qilish orqali hisoblash aniqligini oshiring. Geometrik model asosida, chekli element modelda 401,856 nod va 518,647 mesh mavjud. Pod-montajli transformator modelining asosiy sozlamalari:
Chekli element dasturi yordamida, temperatura maydoni modeli ko'rsatadi: Vindinglarda eng yuqori harorat, keyin demir yadro; yaqin havodomen harorati ham yuqori, havodomen yuqoriga ko'tarilganda ambiyalent haroratga yetkaziladi. Ishlashda, issiqlik havodomenini kengaytiradi, bu esa havodomenning takrorlanuvchi ishlashidan va hajmi oshirishidan kelib chiqqan. Havodomen viskoziteti kanal oqimini va oqim maydonini ta'sir qiladi. Yaqin yerda issiqlik havodomeni tezlanadi, uzoqda esa sekinlaydi; oqim-sirt aloqasi issiqlik chegaraligi hosil qiladi, bu esa qalinligi sababli issiqlik uzatish koeffitsientini kamaytiradi, harorat va havodomen viskozitetini oshiradi, oqim tezligini kamaytiradi. Issiqlik havodomeni transformator ustidagi haroratni o'zgartiradi, harorat infrakras o'tkanishga proporsional.
3 Pod-montajli transformatorlarning issiqtinchilik dizayni
3.1 Model tahlili
Pod-montajli transformatorlar yuqori xavfsizlik darajasiga ega qopqog'larda joylashtiriladi. Qopqog' ichidagi havodomenining samarali aylanishini ta'minlash va transformatorning issiqtinchilik performansini to'liq ishlatish uchun, axial yo'nalishli fandalarni sozlash kerak, bu fandalar tashqi qurilma ichidagi issiqlik havodomenini chiqaradi. Shu bilan birga, qopqog' tashqarisida issiqlik o'tkazgichlarni o'rnatish orqali issiqlik almashishni amalga oshirish mumkin. Issiqlik almashish orqali, transformator ichidagi havodomenining davvalaganda aylanishi ta'minlanadi.
Pod-montajli transformatorlarning ishlash jarayonida, issiqlik asosan vindinglar va demir yadrolardan paydo bo'ladi. Demak, dizaynda ularning havodomen oqim holatlariga e'tibor qaratilishi kerak va issiqtinchilik modelini tuzish uchun shu elementlarni integratsiya qilish kerak.
3.2 Model parametrlarini aniqlash
Pod-montajli transformatorlar uchun, ichki havodomen parametrlari va harorat performansi parametrlari orasidagi farqlar ancha kichik. Silicon stil tanlashda, uning issiqlikga barqarorlik xususiyatiga e'tibor berilishi kerak. Shu bilan birga, misk va izolyatsiya rezina soniy orqali termal performans parametrlarini aniqlash kerak.
3.3 Holat sozlamalari
Pad montajli transformatorning havoz va chiqish orindosidagi o'rtacha bosim bitta atmosfer bosim. Sovaloqning ishlash xususiyatini hisobga olgan holda, sovuq havoni kirish shart sifatida qabul qilib, cheklangan element modeli yaratiladi va simmetriya tekisligi va havo kirish-chiqish yo'nalishi aniqlanadi.
3.4 Natija tahlili
Modelni yaratib, chegaralarni belgilangan holda hisob-kitoblarni amalga oshiriladi. Tahlil natijalari, pad montajli transformatorning havo chiqishi eng issiq nuqtasi ekanligini ko'rsatadi, uning harorati 394.5K (bu 120.5°C ga mos keladi). Temir yodda eng issiq nuqta havo chiqishidan uzoqda joylashgan va hisob-kitob bo'yicha issiq nuqta 110°C. Shuningdek, havo kirish-chiqish orindosiga yaqin joylar ziyoratish xususiyatini kamroq ega.
3.5 Kirish va chiqish havolari tahlili
Havo tebranish tezligining o'zgarishini simulatsiya qilish: Agar issiq bog'liq spirlar havo chiqishiga yaqin joylashsa va havo chiqishi to'g'ri burchakli struktura ekanligi, bu havo bosimiga ta'sir qiladi, shu orqali kapsul ichidagi havo ozroq bo'lib, ziyoratish uchun aniq emas.
Bu asosda, havo chiqishi dizaynini optimallashtirish: Havo chiqishini yuqoriga 30 sm gacha surish, balandlikni o'zgartirmasdan, hamda havo kirishining enini (asosan 10 sm) pasaytirish, shunda korpusning umumiy uzunligi 20 sm ga oshadi. Hisob-kitoblar natijasida, ushbu shartda spirlarning eng issiq nuqtasi va o'rtacha harorati katta darajada kamaydi. Havo tebranish maydonining tezlik tarqalishini tahlil qilishda, spirlardan havo chiqishiga o'tkazilayotgan paytda havo tebranishi 120° burchakni bildiradi, bu esa havo tebranishining murakkabligini ko'rsatadi.
3.6 Xulosa
Pad montajli transformatorlar elektr energiyasini taqsimot tizimida muhim rol o'ynaydilar. Agar ish rejimida yuzaga keladigan katta miqdordagi issiqni muddatli davom etmasdan ziyoratib bo'lmaganda, bu imkoniyat bilan xato yuz berishi va tizimning barqarorligiga tahdid yetkazishi mumkin. Dizaynerlar pad montajli transformatorlarning ziyoratish muammolarini samarali tahlil qilishlari, harorat maydonidagi o'zgarishlar bilan birlashtirib, cheklangan element usuli kabi ilmiy usullardan foydalanib, ziyoratish modellari yaratish, jihozning ziyoratish tizimini optimallashtirish va jami ziyoratish samaradorligini oshirish talab qilinadi.
