מחקר השוואתי של סימולציה של עליית טמפרטורה ביחידה הראשית הטבעתית

היחידה הראשית של הטבעת היא קבוצה של ציוד מיתוג מתח גבוה המותקן בארון מתכת מפלדה או עשוי מיחידת אספקת חשמל של רשת טבעת במרווחים מורכבים של ציוד חשמלי. המבנה הכולל של מתג העומס והמעגל המוליך מורכב מהמעגל המוליך, הכולל מספר רכיבים המרכיבים את הליבה העיקרית של יחידת הטבעת. עם זאת, בשל המבנה הפנימי הקומפקטי שלה, היחידה הראשית הטבעתית מתמודדת עם אתגרים בפיזור חום. זה יכול להוביל לעיוות תרמי והזדקנות בעת הפעלה לפרקי זמן ממושכים בסביבות טמפרטורה גבוהה. בעיות אלה משפיעות לא רק על חיי השירות של היחידה אלא גם על תכונות הבידוד שלה, ומהוות סיכונים בטיחותיים. בפרט, נזק לציוד ותאונות חשמל הופכים סבירים יותר, ומהווים סיכונים בטיחותיים משמעותיים.

בתחומי מחקר שונים, חוקרים ערכו סדרה של מחקרים על עליית הטמפרטורה של מתגי קו עילי וניתחו גורמים שונים המשפיעים על התפלגות הטמפרטורה¹. ב- Polykrati et ^al.2 מוצג מודל מתמטי להערכת עליית הטמפרטורה של רכיבים המותקנים ברשת ההפצה במהלך תקלת קצר חשמלי. המודל יושם על מתגי הניתוק הנפוצים של הרשת, ומאפייני התוצאות שורטטו על פי הצורות השונות של החלק הא-סימטרי של צורת הגל של זרם הקצר והערך ההתחלתי של רכיב זרם DC בקצר חשמלי. גואן ועמיתיו, לעומת זאת, לקחו בחשבון את התנגדות המגע והדחייה האלקטרומגנטית על ידי בניית גשר מגע שווה ערך להדמיית ממשק המגע וניתחו עוד יותר את שדה הצימוד האלקטרומגנטי-תרמי ואת ניסוי עליית הטמפרטורה³. בנוסף, החוקרים חקרו את שדה הטמפרטורה ואת התפלגות הלחץ התרמית של המגעים הדינמיים והסטטיים בתוך היחידה הראשית הטבעתית על ידי סימולציית אלמנטים סופיים, שסיפקה בסיס לחקר חיי מפסק⁴. לבסוף, מולר ועמיתיו התמקדו במאפיינים הגיאומטריים של צלעות קירור והעריכו את ההשפעות של בחירת חומרים, שטח פנים כולל, אחידות טמפרטורה וטמפרטורת פני שטח מקסימלית על ביצועים תרמיים⁵. מחקרים אלה מספקים תובנות ושיטות יקרות ערך לשיפור הביצועים והאמינות של ציוד המתגים, הפחתת עליית הטמפרטורה והארכת חיי הציוד. וואנג ועמיתיו הציעו מודל למידה עמוקה של MiNET (MDLM) בסביבת UPIOT במטרה לזהות אבחון תקלות של ארונות טבעות חשמליים, שאומת כבעל דיוק זיהוי של 99.1%, שהוא גבוה משמעותית מזה של שיטות אחרות⁶. Lei et al. חקרו את הביצועים התרמיים של פסי צבירה GIS במצב יציב באמצעות שיטת ניתוח צימוד מגנטו-נוזל-תרמי, ובכך ייעלו את המוליך ואת קוטר המיכל בהתבסס על תוצאות סימולציית עליית הטמפרטורה⁷. Ouerdani et al. השתמשו במודל סימולציית עליית הטמפרטורה של RMU כדי לקבוע את עליית הטמפרטורה במקומות קריטיים בתוכו, ובכך לקבוע את משך העומס המרבי עבור הרכיבים בתוך ה- RMU בהתאם⁸. Zheng et al. תיארו פס צבירה מלבני קונבנציונלי במודל של מתגים בזרם גבוה על ידי בניית מודל דו-ממדי ויישום שיטת האלמנטים הסופיים (FEM) לחישובי שדה אלקטרומגנטי. זה איפשר להם להשיג את התפלגות מוליך האוטובוס, צפיפות זרם ואובדן חשמל. פס צבירה לא סדיר תוכנן לאחר התחשבות בהשפעות אפקט הקרבה ואפקט העור. עיצוב פסי צבירה לא סדיר זה שיפר את הביצועים של פסי צבירה מלבניים קונבנציונליים⁹.

באשר להיבט של השימוש בסימולציית הקרח, וואנג ועמיתיו ביצעו סימולציית עליית טמפרטורה באמצעות שדה מערבולת, שדה זרימת אוויר ותאוריות שדה טמפרטורה ומצאו כי עליית הטמפרטורה של היחידה הראשית הטבעתית הייתה חמורה יותר תחת הסעה טבעית. הם הפחיתו בהצלחה את רמת עליית הטמפרטורה על ידי הוספת קירור אוויר מאולץ וביצוע שיפורים במבנה המגע הפנימי¹⁰. Zhu et ^al.11 השתמשו icepak כדי לדמות מודל תרמי על מנת להשוות את ההשפעה של נוכחות vias תרמי על PCB ואת נוכחותם של צלעות קירור על הטמפרטורה של מכשירי כוח. לבסוף, הניתוח התיאורטי מושווה עם תוצאות הסימולציה כדי לאמת את נכונות הניתוח התיאורטי. Mao et ^al.12 חקרו את הטמפרטורה ואת פיזור זרימת האוויר הפנימית בתנאי הפעלה בקיץ על ידי סימולציה תרמית המבוססת על תוכנת CAE בסימולציית icepak. הבעיה כיצד לשפר את יעילות הקירור ולשלוט בעליית הטמפרטורה של מגעים מצופים כסף מרובים נתונה, וקווי המתאר של הטמפרטורה וזרימת האוויר הפנימית שנלכדו בסימולציה יניחו את הבסיס לתכנון ערכת הקירור עבור ששת המגעים המצופים כסף המותקנים ביחידת האיטום. לעומת זאת, בשימוש במודול תרמי במצב יציב, שיטות דוגמנות Zhang¹³ נדונות לפתרון הרשת התרמית של שיחים בלחץ גבוה באמצעות הליך ארעי חלופי. תוצאות הבדיקה והסימולציה תואמות היטב את המצב התרמי היציב ואת המצבים הארעיים של השיח. התוצאות הארעיות משמשות לאחר מכן להערכת קיבולת עומס היתר של השיח. Vaimann et ^al.14 פיתחו וניתחו מודל תרמי אנליטי של מנוע רתיעה סינכרוני לחיזוי הטמפרטורה של מרכיביו השונים והרשת התרמית הכוללת של הפרמטרים.

עם ההתקדמות המתמדת של המחקר על ציוד חשמלי כגון יחידות ראשיות טבעתיות, בדיקות עליית טמפרטורה קונבנציונליות, ושיטות ייצור הם יחסית לא יעילים. לכן, על ידי שימוש בטכנולוגיית אלמנטים סופיים בשילוב עם בדיקות לא מקוונות, לא רק בעיות עלות התכנון מטופלות, אלא ניתן לבצע התאמות ואופטימיזציות באופן מיידי לבעיות בעולם האמיתי בהתבסס על סימולציות. בהתבסס על התקדמות המחקר שהוזכרה לעיל, השימוש ב- ANSYS Icepak ובצימוד תרמי במצב יציב לניתוח השוואתי מוזכר לעתים רחוקות. לכן, הפרוטוקול מתאר את מחקר המנגנונים של אלמנטים סופיים, משתמש בשילובים נומריים ומורפולוגיים כדי לבסס מודל סימולציה של עליית טמפרטורה של אלמנט סופי עבור המארז, ודן במודל סימולציית עליית הטמפרטורה של אלמנט סופי בהתבסס על התוצאות של שני המודולים האנליטיים על ידי השוואת התוצאות של שני מודולי הסימולציה. באמצעות ההשוואה בין שני מודולי הסימולציה, נקבל את המאפיינים של מגמת עליית הטמפרטורה של היחידה הראשית הטבעתית ונמצא את השיטה המתאימה ביותר כדי לספק את הבסיס הדרוש ורעיונות מחקר לאסטרטגיה למיתון עליית הטמפרטורה של היחידה הראשית הטבעתית.