TECHNOLOGIE, PRODUKTY – INFORMACJE FIRMOWE
strefa MES
Rys. 2. Fotografia mostu szynowego AC zasilającego zespół prostownikowy
Rys. 3. Fotografia przekonstruowanego mostu szynowego AC
Tabela 2. Dane materiałowe w analizie pola elektromagnetycznego, gdzie: ρ – gęstość [kg/m3], σ – konduktywność [MS/m], ασ – temperaturowy współczynnik rezystancji [1/K], µr – względna przenikalność magnetyczna ośrodka [-]
Tabela 3. Dane materiałowe w analizie pola termicznego, gdzie: ρ – gęstość [kg/m3], cp – ciepło właściwe [J/kg-K], λ – współczynnik przewodnictwa cieplnego [W/m-K], ε – współczynnik emisyjności [-]
Rodzaj σ [MS/m] ασ [1/K] µr [-] ρ [kg/m3] materiału układu płaskiego. Wówczas asymetria rozkładu gęstości miedź 8 900 56 0,004 0,99
Rodzaj λ [W/m-K] cp [J/kg-K] ε [-] ρ [kg/m3] materiału Przyjęto, że układ zasilany jest prądem przemiennym miedź 8 900 350 400 0,76
ści szyn wskutek wytworzenia równomiernego pola magnetycznego oddziaływania faz. W omawianym przypadku zasilania układu prostownika w celu zmniejszenia narażeń cieplnych przekonstruowano strefa MES układ szyn do postaci z rys. 3. Proponowany system szyn w obszarze oznaczonym jako „strefa MES” poddano weryfi30 Rys. 4. Model mostu szynowego kacji numerycznej metodą elementów skończonych.
170
160
prądu w szynach fazy środkowej jest wyższa niż w szynach trójfazowym o wartości skutecznej 20 kA. Założono powietrze 1,225 0 0 1,00 powietrze 1,225 0,024 faz sąsiednich, co wywołuje wyższy przyrost temperatury. temperaturę zewnętrzną początkową w1000 wysokości 22 °C. W związku z powyższym podjęto prace nad opracoPrzyjęto standardowe wartości materiałowe (tabela 2-3). waniem nowej konfiguracji mostu szynowego zasilającego oddziaływania zmienia się wraz zewarunków zmianą geometrii układu prostownik. Przyjęto, że poprawę cieplnych L1 L2 L3 i jest szczególnie w przypadku układu płaskiego. możnaszyn uzyskać prowadzącsilny szyny w układzie trójkątnym. rozkładu igęstości prądu w szynach Mimo Wówczas trudnościasymetria wykonawczych konstrukcyjnych rozwią-fazy jestkorzystne wyższa niżze w szynach co wyzanie środkowej przyjęto za względu faz nasąsiednich, spodziewany wołuje wyższy przyrost wzrostu obciążalności szyn temperatury. wskutek wytworzenia równomiernego pola magnetycznego oddziaływania faz. W związku z powyższym podjęto prace nad opracowaniem W nowej omawianym przypadku układu prostownika konfiguracji mostu zasilania szynowego zasilającego prostoww celunik. zmniejszenia narażeń warunków cieplnych przekonstruowano Przyjęto, że poprawę cieplnych można uzyukład skać szynprowadząc do postaciszyny z rys. 3. Proponowany system w układzie trójkątnym. Mimoszyn trudnow obszarze oznaczonym jako „strefarozwiązanie MES” poddano ści wykonawczych i konstrukcyjnych przyjęto za weryfikacji numerycznej metodą elementów wzrostu skończonych. korzystne ze względu na spodziewany obciążalno-
40
Rys. 4. Model mostu szynowego
Tabela 2. Dane materiałowe w analizie pola elektromagnetycznego, gdzie: ρ – gęstość [kg/m3], σ – konduktywność [MS/m], ασ – Założono, że szyny prądowe w układzie z rysunku 3 wykona- temperaturowy współczynnik rezystancji [1/K], µ – względna r no z miedzi, a system znajduje się w otoczeniu swobodnego przenikalność się mechanizmem przewodzenia, magnetyczna ośrodka [-] a w powietrzu mechani3 powietrza. Rozpatrzono dwa modele fizyczne analizowane- Rodzaj zmem przewodzenia i konwekcji. Uwzględniono udział promateriału ρ [kg/m ] σ [MS/m] ασ [1/K] µr [-] go przypadku: mieniowania cieplnego ciepła. miedź 8 900w przepływie 56 0,004 0,99 y model A – analiza pola elektromagnetycznego i pola tem- powietrze 1,225 0 0 1,00
Model fizyczny
peratury oparta o mechanizm przewodzenia ciepła, Model numeryczny 3. Dane materiałowe w analiziedla pola termicznego, gdzie: ρ y model B – analiza sprzężonych pól: elektromagnetyczne- Tabela Model numeryczny wykonano „strefy MES” (fragment 3 ], cp – ramką ciepło właściwe [J/kg-K], – współczynnik go i termicznego z uwzględnieniem dynamiki ruchu po- – gęstość mostu [kg/m oznaczona na rysunku 3). Plikiλ źródłowe opraprzewodnictwa cieplnego [W/m-K], ε – współczynnik emisyjności [-] wietrza otaczającego system szyn. cowano w laboratorium zaawansowanych technik symulaRodzaj materiału ρ [kg/m3] λ [W/m-K] cp [J/kg-K] ε [-] W analizie elektromagnetycznej uwzględniono wpływ zjawi- miedź cyjnych RTDS Instytutu 8 900Energetyki 350 Oddziału 400Gdańsk. 0,76Analinaskórkowości i zbliżenia namostu rozkład gęstości prądu zę polową przeprowadzono w geometrii 2D. Przyjęto rzeRys. 3.ska Fotografia przekonstruowanego szynowego AC w szypowietrze 1,225 0,024 1000 nach. Na potrzeby analizy termicznej przyjęto, że powietrze czywiste wymiary geometryczne toru prądowego: przekrój Modelspełnia fizyczny termodynamiczne równanie gazu doskonałego nie- Analiza szyn równy 160x10 mm, liczba faz równa 3, liczba szyn na wyników Założono, że szyny prądowe w układzie rysunku 3 ściśliwego. Założono, że transport ciepła wzszynach odbywa fazę równa 7. Fragment na rys. 4. Rozkład gęstości prądu w modelu szynachprzedstawiono w przypadku zasilania
wykonano z miedzi, a system znajduje się w otoczeniu swobodnego powietrza. Rozpatrzono dwa modele fizyczne analizowanego przypadku: • model 32 A – analiza pola elektromagnetycznego i pola temperatury oparta o mechanizm przewodzenia ciepła, • model B – analiza sprzężonych pól: elektromag-
prądem przemiennym jest silnie niejednorodny, a dla wymuszenia stałoprądowego jest symetryczny. Rozkład pola magnetycznego w układzie szyn zasilanych prądem stałym i prądem przemiennym przedstawiono na rysunkach, URZĄDZENIA DLA ENERGETYKI 1/2022 odpowiednio: 5a i 5b. Rozkład strat Joule’a w moście szynowym w modelu A
