本文關鍵詞：筒式多包封空心電抗器的熱、磁優(yōu)化研究　出處：《華中科技大學》2014年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：電力系統(tǒng)對電力電抗器的性能要求主要為電感值、通流能力。電抗器優(yōu)化設計主要解決大容量電抗器性能要求與成本等因素的矛盾。本文主要從熱、電磁兩個方向推導實現(xiàn)空心電抗器優(yōu)化設計。 為了給電抗器熱優(yōu)化做好理論準備,本文第2章根據(jù)有限元法得到電抗器溫度場計算結果,分析了電抗器散熱過程及溫升分布特點。在其基礎上,推導發(fā)展了基于對流換熱過程實驗關聯(lián)式的電抗器溫度場計算方法。為電抗器溫度場計算提供了一種原理清晰、計算快速、準確的途徑,并為本文后續(xù)與熱相關的電抗器優(yōu)化設計理念提供了理論及計算基礎。 文章第3章從包封熱負荷分配和單元熱效率提高兩個方面開展電抗器熱優(yōu)化。為實現(xiàn)分配優(yōu)化,第3章提出了一種使各包封遵循“等高、等熱流”的包封間熱負荷分配原則。該原則在保證各包封電流密度近似相同的前提下,使各包封向氣道的散熱熱力密度相等,使各包封具有相同的熱源條件；同時,等高的包封和等高、等寬氣道保證各氣道內具有完全相同的流動過程,從而保證了各包封具有相同的散熱能力�！暗雀�、等熱流”的熱負荷分配方法保證整個電抗器生熱、散熱能力良好匹配,使各包封導體具有相同的利用率,從而為后續(xù)優(yōu)化方法打下基礎。 同時,第3章提出了一種針對電抗器“包封-氣道”單元的散熱效率優(yōu)化方法。散熱效率優(yōu)化方法通過調整“包封-氣道”單元形狀比例,影響氣道內流體速度、狀態(tài)等,以提高氣道散熱能力。在其基礎上縮小包封內線圈導體截面,在保證線圈最大溫升不變的前提下,尋找導體用量與單元外形比例的關系。第3章形成了“包封-氣道”單元散熱效率優(yōu)化曲線,并定義了一種散熱效率系數(shù)用以描述單元可進一步被優(yōu)化的能力,為筒式多包封空心電抗器的設計優(yōu)化提出了一種新的方向。 為提高電抗器內線匝對磁通的交鏈狀況,從電磁角度提高導體利用率,文章第4章依據(jù)線圈電磁效率的本質,重構了描述厚壁線圈電磁效率的“哈克圖”優(yōu)化曲線。文章從磁場能量角度證明了“哈克圖”電磁效率優(yōu)化曲線在筒式多包封并聯(lián)型空心電抗器電磁優(yōu)化方面的適用性；但同時文章從溫升角度證明“哈克圖”曲線無法直接在電抗器優(yōu)化中應用。 基于前述與熱、磁相關的三種優(yōu)化方法,本文提出熱、磁聯(lián)合優(yōu)化方案。為實現(xiàn)熱、磁聯(lián)合,文章將三種優(yōu)化方法轉化為三種等式約束條件：包封等高度、等熱流密度約束條件,包封最大溫升恒定約束條件,電抗器電感守恒約束條件。通過構建結構方程,獲得電抗器整體線圈導體用量與線圈外形比例間的關系,即形成了熱、磁聯(lián)合優(yōu)化方法,并形成“熱、磁聯(lián)合優(yōu)化曲線”,形成了集生熱、散熱、磁場耦合匹配耦合的綜合優(yōu)化方法及實用方法。 為驗證文章各種優(yōu)化方法的準確性、實用性,文章第5章介紹了各種優(yōu)化方法的具體實現(xiàn)流程。并基于本文所述各種優(yōu)化方法形成了普通空心電抗器的散熱分配優(yōu)化樣機、熱磁耦合優(yōu)化樣機,通過對比證明了本文優(yōu)化方法的準確性和實用性；同時,結合相關科技項目,本文介紹了一種具有自主知識產權的高耦合度分裂電抗器樣機以及鐵心電抗器樣機的優(yōu)化設計結果,證明了本文的優(yōu)化方法能在多種線圈型電氣設備中推廣應用。
[Abstract]:The performance of the electric power reactor is mainly the inductance value and the flow capacity . The optimal design of the reactor mainly solves the contradiction between the performance requirement and the cost of the large - capacity reactor . The optimization design of the hollow reactor is mainly derived from the two directions of heat and electromagnetic . In order to get the theoretical preparation for the reactor thermal optimization , the calculation results of the reactor temperature field are obtained according to the finite element method in Chapter 2 , and the heat dissipation process and the temperature rise distribution characteristics of the reactor are analyzed . On the basis of the calculation , the calculation method of the temperature field of the reactor based on the experimental correlation formula of the convection heat exchange process is derived . In order to realize the distribution optimization , the third chapter proposes a principle of distributing the heat load between the enclosures with equal high and equal heat flow . The principle is to ensure that each envelope has the same heat source condition . At the same time , the heat load distribution method such as high encapsulation and equal heat flow ensures that the whole reactor has the same heat dissipation capacity . At the same time , Chapter 3 proposes a method for optimizing the heat dissipation efficiency of the " envelope - air duct " unit of the reactor . By adjusting the proportion of the shape of the " envelope - air duct " unit , the relation between the quantity of the conductor and the proportion of the unit form is found by adjusting the proportion of the shape of the " envelope - air duct " unit . In chapter 3 , the relation between the quantity of the conductor and the outer shape of the unit is found . The third chapter provides the heat dissipation efficiency optimization curve of the " envelope - air duct " unit , and defines a heat dissipation efficiency coefficient to describe the capability of the unit to be further optimized , and provides a new direction for the design optimization of the cylinder type multi - encapsulated hollow reactor . In order to improve the cross - winding condition of the inner turns of the reactor , the utilization of the conductor is improved from the electromagnetic angle . According to the essence of the electromagnetic efficiency of the coil , the paper reconstructs the optimization curve of the electromagnetic efficiency of the thick - wall coil . On the basis of the foregoing three optimization methods related to heat and magnetism , this paper proposes a thermal and magnetic combination optimization scheme . In order to realize the thermal and magnetic combination , three kinds of optimization methods are converted into three kinds of equation constraint conditions : the height such as encapsulation and the like , the maximum temperature rise constant constraint condition and the reactor inductance conservation constraint condition . In order to verify the accuracy and practicability of various optimization methods of the article , the concrete realization flow of various optimization methods is introduced in Chapter 5 of the article . Based on the various optimization methods described herein , the optimized prototype and the thermal magnetic coupling optimization prototype of the common hollow reactor are formed .

【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM47

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本文編號：1380096