[發(fā)明專(zhuān)利]一種大容量高頻變壓器熱點(diǎn)模型構(gòu)建方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210005919.4
• 申請(qǐng)日: 2022-01-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114297876A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張建文;陳婷;胡雪;張樂(lè)彬;王路伽
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 北京中仟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11825
• 代理人: 劉文騫

1.一種大容量高頻變壓器的熱點(diǎn)模型，其特征在于，可根據(jù)熱點(diǎn)模型可求得磁芯和繞組的熱點(diǎn)溫度。

所述熱點(diǎn)模型包括高頻變壓器磁芯熱阻、磁芯熱容、初次級(jí)繞組熱阻和初次級(jí)繞組熱容。

所述熱點(diǎn)模型的求解微分方程組如下：

根據(jù)所述熱點(diǎn)模型和微分方程，可得熱點(diǎn)的求解步驟如下：

S1：確定高頻變壓器的磁芯材料，根據(jù)修正的Steinmetz公式計(jì)算磁芯損耗為P_core；

S2：確定初次級(jí)繞組材料結(jié)構(gòu)，計(jì)算初次級(jí)繞組的損耗分別為P_pri和P_sec；

S3：根據(jù)磁芯材料和繞組材料的比熱容、體積和密度，計(jì)算磁芯、初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的熱容C_core，C_pri，C_sec；

S4：計(jì)算磁芯與初級(jí)繞組之間熱阻R_cp，磁芯與次級(jí)繞組之間熱阻R_cs；

S5：設(shè)定高頻變壓器內(nèi)部的氣體流動(dòng)情況，分別計(jì)算磁芯、初級(jí)繞組、次級(jí)繞組與環(huán)境之間的熱阻值R_ca，R_pa，R_sa；

S6：設(shè)定環(huán)境溫度T_a，將S1～S5求得的各個(gè)數(shù)值代入高頻變壓器熱點(diǎn)模型的微分方程中可求得所需的熱點(diǎn)溫度T_p，T_s，T_c。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建立的高頻變壓器熱點(diǎn)模型和根據(jù)能量平衡列出的微分方程組及其求解步驟，其特征在于，所述的S1中綜合考慮電壓和頻率要求確定磁芯材料，求磁芯損耗采用帶有修正系數(shù)的Steinmetz公式。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建立的高頻變壓器熱點(diǎn)模型和根據(jù)能量平衡列出的微分方程組及其求解步驟，其特征在于，所述的S2中求繞組損耗根據(jù)修正的Ferreria公式求出初次級(jí)繞組的損耗。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建立的高頻變壓器熱點(diǎn)模型和根據(jù)能量平衡列出的微分方程組及其求解步驟，其特征在于，所述S3熱容可根據(jù)以下公式計(jì)算出：

C_pri＝c_pm_p

C_core＝c_cm_c

C_sec＝c_sm_s

式中c_c、c_p、c_s分別為磁芯和初次級(jí)繞組比熱容，m_c、m_p、m_s分別為磁芯和初次級(jí)繞組質(zhì)量。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建立的高頻變壓器熱點(diǎn)模型和根據(jù)能量平衡列出的微分方程組及其求解步驟，其特征在于，所述S4中磁芯與初次繞組之間的傳導(dǎo)熱阻，其計(jì)算公式如下：

式中，h_t表示熱傳導(dǎo)系數(shù)，λ表示材料的熱導(dǎo)率，l表示元件在熱流方向上的長(zhǎng)度，A_t表示初次級(jí)繞組分別與磁芯之間的相對(duì)面積。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建立的高頻變壓器熱點(diǎn)模型和根據(jù)能量平衡列出的微分方程組及其求解步驟，其特征在于，所述S5中設(shè)定高頻變壓器對(duì)流和輻射熱阻的等效熱阻通過(guò)以下公式獲得：

式中，h_c為對(duì)流系數(shù)，A_c為對(duì)流面積，h_r為輻射系數(shù)，A_r為輻射面積。

磁芯的對(duì)流和輻射面積由以下公式確定：

式中，H_c為磁芯高度，H_r為繞組高度，W_c為磁芯寬度，K為磁芯面積系數(shù)，取值為0.0069，x為繞組到磁芯的距離，d為線(xiàn)徑。

對(duì)流傳熱系數(shù)的表達(dá)式如下：

式中，λ為熱導(dǎo)率，D表示表面特征長(zhǎng)度，無(wú)量綱數(shù)平均努塞爾數(shù)Nu表示表面附近流體的流動(dòng)，公式如下：

Nu＝0.55(GrPr)^0.25

式中，Gr和Pr分別是無(wú)量綱的Grasshof數(shù)和Prandtl數(shù)，公式分別如下：

Gr＝ρ²gβD³ΔT/μ²

Pr＝c_pμ/λ

式中，ρ為流體的密度，ΔT為溫度差，λ為熱導(dǎo)率，D為表面特征長(zhǎng)度，g為重力加速度，c_p為等壓比熱容，β表示體積膨脹系數(shù)，μ為動(dòng)力粘度公式如下：

式中，t和t₀分別表示時(shí)間，μ₀為t₀時(shí)刻動(dòng)力粘度。

輻射傳熱系數(shù)的計(jì)算公式如下：

式中，T_i可表示為磁芯和初次級(jí)繞組的溫度，T_j表示環(huán)境溫度，ε_i表示材料的輻射系數(shù)，ΔT為溫度差，σ為玻爾茲曼常數(shù)。