Научная статья на тему 'ТЕПЛОВЫЕ МОДЕЛИ ТИРИСТОРНЫХ ШКАФОВ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ'

ТЕПЛОВЫЕ МОДЕЛИ ТИРИСТОРНЫХ ШКАФОВ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
14
2
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТЕПЛОВАЯ МОДЕЛЬ / ТИРИСТОРНЫЙ ШКАФ / ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ АГРЕГАТ / ЕСТЕСТВЕННОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ / ТЕПЛОВОЙ ПОТОК

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Евдокимов А.А.

В общем процессе проектирования преобразователей важной является задача их теплового конструирования. В эту задачу входит выбор геометрических, тепловых и аэродинамических характеристик элементов системы охлаждения и их компоновки в силовом шкафу, обеспечивающей заданный температурный режим функционирования тиристоров.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Евдокимов А.А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THERMAL MODELS OF THYRISTOR CASES OF CONVERTING UNITS

In the general designing process of converters the problem of their thermal designing is important. This task includes the choice of geometrical, thermal and aerodynamic characteristics of elements of the cooling system and their configuration in a power case providing the set temperature condition of functioning of tiristor.

Текст научной работы на тему «ТЕПЛОВЫЕ МОДЕЛИ ТИРИСТОРНЫХ ШКАФОВ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ»

информационный-терроризм. Информационный терроризм - прямое воздействие на психику и сознание людей в целях формирования нужных мнений и суждений, определенным образом направляющих поведение людей. Кибертеррористический акт (кибертеракт) - политически мотивированный акт, проведенный с помощью компьютерных и коммуникационных средств, применение которых непосредственно создает или потенциально может создать опасность для жизни и здоровья людей, повлекло или может повлечь значительный ущерб материальным объектам, наступление общественно опасных последствий или целью которого является привлечение максимально возможного внимания к политическим требованиям террористов. В настоящее время данный вопрос ни как не урегулирован действующим Уголовным законодательством.

В статусе «Кво» мы видим, что категория «Терроризм» в Уголовном Кодексе за 20 лет претерпела множество изменений и это в первую очередь связано с активизацией террористических групп. На будущее мы можем спрогнозировать, что появятся новые составы и произойдет ужесточение ответственности за определенные преступления террористического характера.

Использованные источники:

1. Гаврилин Ю.В., Смирнов Л.В. Современный терроризм: сущность, типология, проблемы противодействия. Учебное пособие. - М.: ЮИ МВД России, Книжный мир, 2003. 66 с.

2. Мазуров В.А. Кибертерроризм: понятие, проблемы противодействия / Доклады ТУСУРа. 2010. № 1. С. 41- 45.

3. Шамаев А.М. Информационное обеспечение антитеррористической деятельности // Историческая и социально-образовательная мысль. 2015. Т. 7. №5-2. С. 181 - 184.

УДК 621.382.2/.3

Евдокимов А.А. студент 5 курса электромеханический факультет Омский государственный университет путей сообщения

Россия, г. Омск ТЕПЛОВЫЕ МОДЕЛИ ТИРИСТОРНЫХ ШКАФОВ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ

В общем процессе проектирования преобразователей важной является задача их теплового конструирования. В эту задачу входит выбор геометрических, тепловых и аэродинамических характеристик элементов системы охлаждения и их компоновки в силовом шкафу, обеспечивающей заданный температурный режим функционирования тиристоров.

Ключевые слова: тепловая модель, тиристорный шкаф, вынужденное охлаждение, преобразовательный агрегат, естественное охлаждение, тепловой поток.

UDK 621.382.2/.3

Еvdokimov А.А. student

5 year, Electromechanical faculty Omsk State Transport University

Russia, Omsk

THERMAL MODELS OF THYRISTOR CASES OF CONVERTING

UNITS

In the general designing process of converters the problem of their thermal designing is important. This task includes the choice of geometrical, thermal and aerodynamic characteristics of elements of the cooling system and their configuration in a power case providing the set temperature condition of functioning of tiristor.

Keywords: thermal model, thyristor case, the compelled cooling, the converting unit, natural cooling, thermal stream.

Создание методов теплового расчета тиристорных шкафов на ЭВМ обусловливает необходимость разработки алгоритмов, которые основываются на математическом описании тепловых и аэродинамических процессов в силовых шкафах преобразователей. Это в свою очередь требует определения вида тепловых моделей шкафов, которые представляют собой идеализированные схемы конструкций, выявляющие характер размещения тепловыделяющих элементов в объеме шкафа и их влияние на его температурное поле. Анализ конструктивных и режимных параметров тиристорных шкафов с воздушным охлаждением показывает, что современные конструкции шкафов можно характеризовать двумя основными видами тепловых моделей (рисунки 1-3).

Первая модель (рисунок 1) соответствует шкафам со свободной конвекцией охлаждающего воздуха, вторая (рисунки 2, 3) — с вынужденной. Для штыревых приборов с односторонним теплоотводом применима модель рисунок 2, а для таблеточных приборов с двусторонним теплоотводом — модель рисунок 3. В связи с переходом на таблеточные тиристоры в основном рассматриваются конструкции шкафов на базе этих приборов. Тепловые модели в сочетании с режимными параметрами шкафов позволяют определить характер процессов аэродинамики и теплообмена и выявить основные факторы, определяющие их тепловой режим.

Рисунок 1 - Тепловая модель тиристорного шкафа с естественным охлаждением: 1 - корпус шкафа; 2 - тиристор с охладителем; 3 -

резистор;

4 - делитель тока; 5 - токопроводящие шины; 6 - жалюзи

Рисунок 2 - Тепловая модель тиристорного шкафа с вынужденным охлаждением (штыревые приборы): 1 - жалюзи; 2 - резистор; 3 -тиристор с охладителем; 4 - закрытый канал; 5 - корпус шкафа; 6 -

коллектор для

подвода охлаждающего воздуха (А - полость со свободной конвекцией воздуха; В - с вынужденной конвекцией)

Рисунок 3 - Тепловая модель тиристорного шкафа с вынужденным охлаждением (таблеточные приборы): 1 - жалюзи; 2 - резистор;3 -делитель тока; 4 - тиристор с охладителем; 5 - закрытый канал; 6 - корпус шкафа; 7 - коллектор для подвода охлаждающего воздуха (А - полость сосвободной конвекцией воздуха; В - с вынужденной конвекцией)

В объеме шкафа имеется пять видов тепловыделяющих объектов: три группы регулярно расположенных в трех измерениях шкафа элементов (тиристоры, резисторы, делители тока), реактор в нижней части шкафа, вертикальные и горизонтальные токопроводящие шины. Теплообмен в шкафу характеризуется тем, что тепловой поток, выделяемый тиристорами, передается ребристым охладителям и воспринимается воздухом в объеме шкафа; теплопередача осуществляется теплопроводностью и конвекцией. Доля передаваемой излучением теплоты в общем теплообмене внутри шкафа незначительна, что связано с приблизительно одинаковым температурным уровнем всех тепловыделяющих элементов шкафа. Однако эта величина может достигать 40% потерь через стенки шкафа. Поэтому теплообмен излучением учитывают только при расчете температуры стенок шкафа.

Тепловые потоки, выделяемые резисторами, делителями тока, шинами и реактором, также воспринимаются воздухом; теплоотдача осуществляется излучением и конвекцией. Теплота, аккумулированная воздухом в объеме шкафа, отводится в окружающую среду через стенки шкафа и свободно конвективным потоком воздуха.

Таким образом, имеют место две категории задач теплообмена: сопряженные (конвекция с теплопроводностью) и сложные (конвекция с излучением). Оценка тепловых потоков свидетельствует о преобладающем значении конвективной составляющей.

Согласно основным положениям теории теплообмена теплоотдача с поверхности обусловлена характером движения потока теплоотводящей среды. На основании геометрических параметров элементов и теплофизических свойств воздуха при заданных температурных условиях

значения чисел Грасгофа ^г) и Релея ^а), характеризующих режим течения среды. Они составляют

ОТ = ^^ = 6 -106 ^ 1.Ш9;

V

Ra = ОтРг = = 4-106 7-108,

Я

где Gг - число Грасгофа;

Ra - число Релея;

Рг - число Прандтля;

g - ускорение свободного падения;

в - коэффициент объемного расширения воздуха;

Лt - перепад температур;

1 - характерный размер;

V - коэффициент кинематической вязкости;

ц - коэффициент динамической вязкости;

ср - теплоемкость;

X - коэффициент теплопроводности.

Из этого следует, что режим течения переходный. В связи со сложностью конструкции и неоднородностью температурного поля на разных участках могут иметь место как ламинарный, так и турбулентный режимы течения воздуха. При имеющемся характере размещения теплоотдающих поверхностей будут образовываться тепловые пограничные слои. При ламинарном режиме они могут достигать большой толщины, в связи с чем коэффициенты теплоотдачи имеют низкое значение. Для их увеличения необходимо принимать конструктивные меры по разрушению пограничных слоев. Структура потоков воздуха в данном случае определяется размещением тепловыделяющих объектов относительно друг друга (характером компоновки в объеме шкафа и плотностью упаковки). Степень заполнения, которую можно характеризовать компактностью ^ в данном случае высока и составляет 0,85, что приближается к этому показателю для шкафов с вынужденным охлаждением. Такая высокая компактность в условиях свободной конвекции отрицательно сказывается на теплоотдаче с поверхности ребер охладителя, что усугубляется наличием горизонтальных шин и различными температурными уровнями тиристоров, резисторов и делителей тока, группируемых вместе.

Рассмотрение условий теплообмена в шкафах, характеризуемых моделью рисунок 1, позволяет указать следующие определяющие факторы:

компоновку элементов в щкафу: число тиристоров и шаги их размещения по высоте, ширине и длине шкафа; размещение делителей тока и резисторов относительно тиристора; наличие дополнительных тепловыделяющих объектов в нижней зоне шкафа;

параметры жалюзи: геометрические размеры; коэффициент аэродинамического сопротивления;

параметры охладителя: тип; геометрические размеры; тепловое

сопротивление; мощность тепловыделений; температуру охлаждающего воздуха;

предельные температуры тепловыделяющих элементов.

Поскольку температура воздуха и предельные температуры практически постоянны и заданы по условию, то эти факторы из числа варьируемых переменных исключают.

Из конструктивных соображений в большинстве случаев по глубине шкафа целесообразно размещать по два тиристора Число тиристоров по ширине слабо влияет на температурное поле шкафа. Наиболее важным параметром является число тиристоров по высоте шкафа, которое обусловливает перепад давления, скорость и температуру воздуха и приборов по высоте шкафа.

Поэтому основными определяющими факторами для модели шкафа с естественно конвективным теплоотводом являются число тиристоров по высоте шкафа, параметры охладителя и жалюзи.

Как видно из рисунков 2, 3, в тиристорном шкафу преобразователя с вынужденным охлаждением имеются две зоны — А и В, отличающиеся характером тепловых процессов. В зоне А, где располагаются делители тока и резисторы, осуществляется свободная конвекция воздуха, а в зоне В, где расположены тиристоры с охладителями, — вынужденная. Согласно расчетам, выполненным на основании приведенных параметров, число Re, характеризующее режим течения охлаждающей среды в канале В, составляет (1^10)103. Это свидетельствует о возможности турбулентного и переходного режимов течения воздуха. В связи с тем, что тракт, по которому движется воздух, имеет прерывистый характер, движение неустановившееся. Процесс теплообмена в канале осуществляется следующим образом. Тепловой поток от двух поверхностей тиристора передается теплопроводностью ребристым охладителям, от которых он отводится за счет вынужденной конвекции охлаждающего воздуха. Таким образом, в общем случае должна рассматриваться сопряженная задача теплообмена при обтекании развитой (оребренной) поверхности.

Последовательное размещение ряда тиристоров с охладителями по высоте шкафа создает систему параллельных каналов прямоугольной или сложной формы. Для упрощения задачи могут быть приняты допущения, заключающиеся в пренебрежении передачей теплоты через стенки канала, продольной теплопроводностью стенок, утечками воздуха через стенки.

Все тепловыделяющие элементы и их охладители приняты идентичными. Для модели с вынужденной конвекцией тепловой режим определяют следующие факторы: тип охладителя (характер и размеры ребер, площадь теплоотдающей поверхности), скорость воздуха, мощность тепловыделений. Компоновка элементов в канале практически не варьируется и определяющего влияния на температурный режим тиристора при вынужденной конвекции не имеет.

Таким образом, можно сформулировать следующие задачи

теплообмена, характерные для тиристорных шкафов преобразователей:

1) теплообмен при обтекании воздухом оребренных поверхностей в условиях вынужденной или свободной конвекции;

2) теплообмен в системе дискретно расположенных по высоте шкафа источников теплоты цилиндрической формы при совместном действии свободной конвекции и излучения.

Использованные источники:

1. Бурков А. Т. Электронная техника и преобразователи: Учебник для вузов ж.-д. трансп. / А. Т. Бурков. М.: Транспорт, 1999. 464 с.

2. Чебовский О. Г. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник / О. Г. Чебовский, Л. Г. Моисеев, Р. П. Недошивин. М.: Энергоатомиздат, 1985. 400 с.

3. Хазен М. М. Исследование теплового сопротивления охладителей на базе тепловых труб для силовых полупроводниковых приборов / М. М. Хазен, Н. П. Красова // Развитие систем тягового электроснабжения: Сб. науч. тр. / ВНИИЖТ. М., 1991. С. 91 - 99.

УДК 621.382.2/.3

Евдокимов А.А. студент 5 курса электромеханический факультет Омский государственный университет путей сообщения

Россия, г. Омск КОНСТРУКТИВНЫЕ И РЕЖИМНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ Для обеспечения нормальной работы преобразовательных агрегатов необходимо в процессе их функционирования осуществлять отвод теплоты, выделяемой элементами силовой части. Элементы силовой части тиристорного шкафа в совокупности с системой охлаждения представляют собой единый комплекс, нагрузочная способность которого в значительной степени определяется параметрами систем охлаждения.

Ключевые слова: преобразовательный агрегат, тиристоры, охладители, коэффициент теплоотдачи, охлаждающая среда.

UDK 621.382.2/.3

Еvdokimov А.А. student

5 year, Electromechanical faculty Omsk State Transport University

Russia, Omsk

DESIGN AND REGIME DATA OF CONVERTING UNITS

For ensuring normal operation of converting units it is necessary to carry out withdrawal of the warmth which is marked out by elements of a power part in the course of their functioning. Elements of a power part of a thyristor case in

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.