Разработка математических моделей и алгоритмов тепловых расчетов при автоматизированном проектировании трансформаторов малой мощности

• Автор: Лукашенко, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1996
• Место защиты: Оренбург
• Количество страниц: 193 с.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЩЕЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ТЕПЛОВЫХ РАСЧЕТОВ
ТРАНСФОРМАТОРОВ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
1.2. Анализ используемых материалов и их теплофизические свойства, применяемые при тепловых расчетах трансформаторов
1.2. Расчет эквивалентного коэффициента теплопроводности обмотки
1.3. Расчет коэффициентов теплоотдачи
1.4. Анализ методов исследования тепловых полей трансформатора малой мощности и его выбор
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И АЛГОРИТМ РАСЧЕТА ТРЕХМЕРНОГО СТАЦИОНАРНОГО ПОЛЯ ТЕМПЕРАТУР ТРАНСФОРМАТОРА МАЛОЙ МОЩНОСТИ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ РАЗНОСТЕЙ
2.1. Допущения, положенные в основу разработки математической модели поля температур
2.2. Выбор расчетной области и особенности нанесения сетки
2.3. Расчетные выражения для определения температуры узла
2.3.1. Расчет температур в "особенных" областях и узлах
2.3.2. Расчет температуры на поверхностях охлаждения катушки и каркаса
2.3.3. Расчет температуры на поверхностях охлаждения магнитопровода

2.4. Граничные условия и способы их реализации
2.5. Корректировка поля температур и улучшение сходимости итерационного процесса
2.6. Алгоритм расчета поля температур трансформатора
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ МАЛОЙ МОЩНОСТИ И ЧИСЛЕННЫЕ РАСЧЕТЫ ИХ ПОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
3.1. Экспериментальное исследование трансформатора, выполненного на магнитопроводе ШЛ25*40, с частотой питания 50 Гц
3.1.1. Проведение опыта холостого хода и режима
нагрузки трансформатора
3.1.2. Испытание трансформатора на нагревание
и обработка экспериментальных данных
3.2. Подготовка данных для расчета поля температур исследуемого трансформатора
3.2.1. Расчет коэффициентов теплопроводности
3.2.2. Расчет коэффициентов теплоотдачи с охлаждаемых поверхностей трансформатора
3. 3. Расчет поля температуры испытуемого образца
трансформатора
3.3.1. Математическая обработка результатов расчета
поля температуры трансформатора
3.3.2. Уточнение коэффициентов теплоотдачи и оценка принятых допущений
3.4. Экспериментальные исследования трансформаторов
других мощностей и расчет их поля температуры

3.4.1. Исследование трансформаторов, выполненных
на магнитопроводах ШЛ16*32 и ШЛ32*64, с частотой питания 50 Гц
3.4.2. Исследование трансформатора, выполненного на магнитопроводе ШЛ16*32, с частотой питания 1000 Гц
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕПЛОВЫХ РАСЧЕТОВ ТРАНСФОРМАТОРОВ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
4.1. Требования, предъявляемые к разработке тепловой схемы замещения трансформатора малой мощности
4.2. Расчет тепловых сопротивлений магнитопровода
4.2.1. Определение поля температуры стержня
4.2.2. Определение тепловых сопротивлений стержня
4.2.3. Определение тепловых сопротивлений ярма
4.3. Разработка тепловой схемы замещения катушки и особенности расчета ее тепловых сопротивлений
4.4. Расчет тепловой схемы и определение средних
температур частей трансформатора
4. 5. Алгоритм и программное обеспечение для теплового расчета при автоматизированном проектировании
трансформатора малой мощности
4.6. Анализ результатов теплового расчета исследуемых
трансформаторов по тепловой схеме
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

Сложные очертания границ расчетной области, громоздкие математические выкладки не позволяют в достаточной мере применять аналитические методы к расчету трехмерных тепловых полей.
Расчеты температурных полей аналитическими методами выполняют при следующих общих допущениях:
1) обмотка (катушка) трансформаторов рассматривается как ограниченная цилиндрическая стенка равновеликого с реальной катушкой сечения;
2) реальное поле температуры заменяется одномерным (двухмерным) полем;
3) обмотка и сердечник трансформаторов рассматриваются однородными телами;
4) теплообмен равномерен по всей охлаждаемой поверхности;
5) КТО и КТП не зависят от температуры.
В отдельных задачах некоторые допущения могут быть исключены, например, последнее допущение может быть устранено путем уточнения КТО и КТП / И, 24, 74 /.
Появление быстродействующих ЭВМ послужило толчком к развитию известных численных методов расчета / 16 /. В настоящее время наибольшее распространение получил метод конечных разностей (МКР). Он позволяет учитывать реальные, зависящие от температуры, свойства среды, рассматривать достаточно сложные по виду области расчета и выполнять сами расчеты без тех допущений, которые принимались при исследовании полей аналитическими методами. В зависимости от сложности границ исследуемых областей и поставленной задачи расчеты могут выполняться в прямоугольной или полярной системе координат. С целью повышения точности описания границ области возможно использование двух систем координат од-