Система горячего водоснабжения и электроотопления на основе нагревательных элементов трансформаторного типа

• Автор: Костюченко, Владимир Иванович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Комсомольск-на-Амуре
• Количество страниц: 133 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ИЗВЕСТНЫХ УСТРОЙСТВ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОНАГРЕВА, ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ И РАЗРАБОТКА НОВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ
1.1. Производство и применение устройств электронагрева системы децентрализованного энергообеспечения
1.2. Перспективы развития применения электронагрева
1.3. Анализ распространённых принципов построения нагревательных элементов
1.4. Конструктивные схемы трёхфазных трансформаторов, используемых в
качестве нагревательных элементов
ВЫВОДЫ
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ ТРЕХФАЗНОГО ЭЛЕКТРОВОДОНАГРЕВАТЕЛЯ СИСТЕМЫ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ
2.1. Математическая модель трехфазного электроводонагревателя трансформаторного типа с пространственной магнитной системой
2.2. Исследование и анализ переходных процессов на разработанной математической модели
2.3. Исследование высших гармоник намагничивающих токов трехфазных трансформаторов с пространственной магнитной системой
2.4. Управление системой электроводонагрева
ВЫВОДЫ
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО ПОЛЯ ТРЕХФАЗНОГО ЭЛЕКТРОВОДОНАГРЕВАТЕЛЯ СИСТЕМЫ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ
3.1. Моделирование теплового поля

3.2. Исследование теплового поля трехфазного электроводонагревателя
трансформаторного типа с пространственной магнитной системой
ВЫВОДЫ
ГЛАВА 4. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТРЕХФАЗНЫХ ТРАСФОРМАТОРОВ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОВОДОНАГРЕВА
4.1 Особенности расчета преобразователя электрической энергии на основе
трехфазного трансформатора
4.] .1 Особенности расчета основных электрических величин и размеров
4.1.2. Особенности расчета пространственной магнитной системы призматической формы
4.1.3. Особенности расчета вторичной короткозамкнутой обмотки низшего напряжения
4.1.4. Результаты электромагнитного расчета вторичной обмотки
4.2. Экспериментальные исследования макетного образца трехфазного трансформатора с короткозамкнутой вторичной обмоткой
4.3. Подтверждение исследований тепловых процессов
4.4. Подтверждение результатов исследования гармоник намагничивающих
токов трансформаторов с пространственной магнитной системой
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1. Технические данные электронагревателей трансформаторного

Приложение 2. Программа расчета переходного процесса в трехфазном
трансформаторе
Приложение 3. Результаты электромагнитного расчёта трёхфазных трансформаторов с призматической формой магнитопровода
Приложение 4. Акты внедрения

ВВЕДЕНИЕ
Совершенствование электротехнических устройств позволяет интенсифицировать ряд процессов в промышленности и домашнем хозяйстве, повышает качество, улучшает массо-габаритные и энергетические показатели многих промышленных и бытовых приборов, увеличивает удобство их эксплуатации. Замена электронагревом традиционных видов нагрева повышает надёжность оборудования, облегчает контроль и регулирование температуры.
Горячее водоснабжение крупных общественных зданий, многоквартирных домов и промышленных предприятий осуществляется присоединением их к теплоцентрали и котельным. Там, где это экономически невыгодно (в небольших городах, сельской местности с преобладанием малоквартирных домов, на небольших промышленных и сельскохозяйственных предприятиях, в фермерских хозяйствах, в северных районах, где имеются большие трудности для прокладки и эксплуатации теплотрасс и т.д.) потребность в горячей воде может быть удовлетворена путём установок приборов децентрализованного нагрева, например, устройств с электрическим нагревом.
Электроприборы горячего водоснабжения могут быть выполнены как для непосредственного нагрева воды (без её накапливания), так и для нагрева соответствующих емкостей с водой. Указанные приборы применяют всюду, где установка газовых и подобных им огневых аппаратов невозможна или нежелательна. Их достоинствами являются возможность полной автоматизации управления, в том числе получения воды заданной температуры с помощью автоматических смесителей, простота и безопасность обслуживания. В качестве нагревательных элементов в таких приборах широко применяются трубчатые нагревательные элементы (ТЭНы), которые наряду с неоспоримыми достоинствами (простота конструкции, дешевизна) имеют ряд существенных недостатков (низкий класс электробезопасности, небольшой срок службы, в установках большой мощности количество ТЭНов, как правило, увеличивается, а значит, уменьшается надёжность таких приборов).

В системах децентрализованного энергообеспечения с повышенными требованиями к условиям безопасности и надежности в работе часто приходится применять дополнительные меры. В случае, когда применяются электронагревательные устройства трансформаторного типа, может быть использована "вынесенная нагрузка". В нагревателях с вынесенной нагрузкой короткозамкнутая вторичная обмотка выполняется таким образом, что основная доля тепловой мощности выделяется в той её части, которая удалена от индуктора и непосредственно контактирует с нагреваемой средой. Этот элемент вторичной обмотки должен иметь большую площадь теплоотдающей поверхности. Часть вторичной обмотки, охватывающая магнитопровод с первичной обмоткой обычно изолируется от нагреваемой среды и проектируется так, чтобы в ней выделялся минимум тепловой мощности.
Примером такого технического решения может служить нагревательный элемент, выполненный на основе тороидального трансформатора (рис 1.8).

Магнитопровод 1 с первичной обмоткой 2 помещен в герметичную металлическую камеру 3. Вторичная обмотка состоит из нижней и боковой частей камеры, центрального стержня 4 и токопроводящей ленты 5, электрически соединенных между собой с помощью сварки. Герметизация внутреннего объема камеры обеспечивается втулкой 6, изготовленной из электроизоляци-