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PSM高压电源干式变压器的热分析计算

夏于洋 李青 毛晓惠

夏于洋, 李青, 毛晓惠. PSM高压电源干式变压器的热分析计算[J]. 强激光与粒子束, 2020, 32: 025008. doi: 10.11884/HPLPB202032.190294
引用本文: 夏于洋, 李青, 毛晓惠. PSM高压电源干式变压器的热分析计算[J]. 强激光与粒子束, 2020, 32: 025008. doi: 10.11884/HPLPB202032.190294
Xia Yuyang, Li Qing, Mao Xiaohui. Thermal analysis calculation of dry-type transformer in PSM high voltage power supply[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2020, 32: 025008. doi: 10.11884/HPLPB202032.190294
Citation: Xia Yuyang, Li Qing, Mao Xiaohui. Thermal analysis calculation of dry-type transformer in PSM high voltage power supply[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2020, 32: 025008. doi: 10.11884/HPLPB202032.190294

PSM高压电源干式变压器的热分析计算

doi: 10.11884/HPLPB202032.190294
基金项目: 国家重点研发计划项目(2017YFE0300504)
详细信息
    作者简介:

    夏于洋(1992—),男,硕士,从事波加热辅助高压电源技术工作;xiayy@swip.ac.cn

  • 中图分类号: TM4

Thermal analysis calculation of dry-type transformer in PSM high voltage power supply

  • 摘要: 多绕组干式整流变压器作为托卡马克装置加热系统中高压电源的一个重要设备,其性能优良与否直接关系到高压电源的输出品质。开展变压器的功率损耗与散热分析研究,减少变压器因温度上升造成的性能影响,对保证变压器的良好工作状态是十分重要的。通过MATLAB对干空气下的比热容、传热系数等热物理性质与温度的关系进行拟合分析,得到相关的关系方程,对变压器的对流传热与热辐射进行分析计算,得到仅在空气自然对流和热辐射的情况下,不能使变压器的温度控制在满足性能的温度范围之内。在强迫空气对流的情况下,实现了变压器良好的散热。进一步利用ANSYS对变压器的温度场分布进行分析,利用温度场的分布趋势图观察强迫风冷相对于自然冷却的优点,强迫风冷降低了整体的温度,使热量更快地散发到周围大气中,减少了变压器受高温的危害。
  • 图  1  简化的变压器图

    Figure  1.  Simplified transformer diagram

    图  2  干空气的空气密度、比热容、动力粘度、导热系数等与温度之间的关系

    Figure  2.  Relationship between air density, specific heat capacity, dynamic viscosity, thermal conductivity, and temperature of dry air

    图  3  强迫空气对流出口温度与空气流速的关系

    Figure  3.  Exit temperature changes with wind speed

    图  4  风冷通道中温度场分布等值线图

    Figure  4.  Contour map of temperature field distribution in air-cooled channels

    图  5  风冷通道中Y方向等值线图

    Figure  5.  Y-direction contour map in the air-cooled channel

    图  6  变压器自然冷却时温度变化图

    Figure  6.  Temperature change diagram of transformer during natural cooling

    表  1  变压器的基本参数

    Table  1.   Basic parameters of the transformer

    R/mr/m${P_{{\rm{Cu}}}}$/W${P_{{\rm{Fe}}}}$/WH/m${T_{{\rm{fo}}}}$/${}^ \circ {\rm{C}}$D/mA/m2
    0.980.7439 82310 7701.8250.207.49
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    表  2  干空气的热物理性质

    Table  2.   Thermophysical properties of dry air($p = 100 \;{\rm{kPa}}$

    $T/{}^\circ {\rm{C}}$$\;\rho /\left( { {\rm{kg} } \cdot { {\rm{m} }^{\rm{3} } } } \right)$${c_p}/\left( {{\rm{J}} \cdot {\rm{k}}{{\rm{g}}^{{\rm{ - 1}}}} \cdot {{\rm{K}}^{{\rm{ - 1}}}}} \right)$$\;\mu /\left( { {\rm{1} }{ {\rm{0} }^{ {\rm{ - 6} } } }\;{\rm{Pa} } \cdot {\rm{s} } } \right)$$k/\left( {{\rm{mW}} \cdot {{\rm{m}}^{ - 1}} \cdot {{\rm{K}}^{ - 1}}} \right)$
    201.1641.01318.2425.24
    401.0921.01319.2226.52
    601.0251.01720.4028.03
    800.9681.02220.992.931
    1000.9161.02221.7730.70
    1200.8701.02622.7531.98
    1400.8271.02623.5433.26
    1600.7891.03024.1234.42
    2000.7321.03425.8936.98
    2500.6531.04327.9539.77
    3000.5961.04729.7142.91
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-08-12
  • 修回日期:  2019-09-16
  • 刊出日期:  2019-12-26

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