1.一种轻量化车载牵引变压器热点因子计算方法,其特征在于,包括以下步骤:第一步、建立轻量化车载牵引变压器的轴对称二维模型
根据轻量化车载牵引变压器结构特点进行初步处理:删除绕组出线端子、夹件、撑条等对温度分布影响较小的结构,将冷却风道简化为内外两个壁面同时或独立具有恒定的热流量的环空管道;
第二步、布置温度监测节点,所述温度监测节点包括:绕组温度节点、绝缘纸边界节点、环氧树脂边界节点和空气温度节点,节点之间通过热阻相连,形成轻量化车载牵引变压器热网络模型;节点的布置方法具体如下:
1)在绕组导体每一匝中心布置1个绕组温度节点,绕组温度节点间根据绕组结构在轴向和辐向对齐;
2)在绕组温度节点的上、下、左、右4个方向分别布置4个绝缘纸边界节点;
3)在上、下绝缘纸边界节点的上、下侧分别布置2个环氧树脂边界节点;
4)在冷却风道两侧的2个环氧树脂边界节点之间设置1个空气温度节点;
5)绕组温度节点与绝缘纸边界节点之间通过绝缘纸热阻相连,绝缘纸边界节点与环氧树脂边界节点之间通过环氧树脂热阻相连,环氧树脂边界节点与空气温度节点之间通过对流热阻相连,空气温度节点之间通过空气热阻相连;
第三步、计算各部分热阻
1)绝缘纸热阻Rp使用如下公式计算:
式中,kp为绝缘纸的热导率(W·m-1·k-1),lp为在该绝缘纸热阻的热流方向上绝缘纸的厚度(m),Sp为在该绝缘纸热阻的热流方向上绝缘纸与铜导体的接触面积(m2);
2)环氧树脂热阻Re使用如下公式计算:
式中,ke为环氧树脂的热导率(W·m-1·k-1),le为在该环氧树脂热阻的热流方向上环氧树脂的厚度(m),Se为在该环氧树脂热阻的热流方向上环氧树脂与绝缘纸的接触面积(m2);
3)空气热阻Rair使用如下公式计算:
式中,mair为冷却风道空气的质量流量(kg·s-1),Cp_air为空气的比热容(J·kg-1·K-1),Lduct为冷却风道的总长(m),l为导体的轴向宽度(m);
4)对流热阻Rconv使用如下公式计算:
式中,Do为冷却风道的外直径(m),Di为冷却风道的内直径(m),Nux为局部努塞尔数,kair为空气的热导率(W·m-1·k-1),Sduct为单个绕组温度节点外环氧树脂与冷却风道的接触面积(m2);
所述对流热阻Rconv的计算公式中,Nux的计算公式如下:式中,n为绕组温度节点的编号,其规则为:最内侧冷却风道入口处绕组温度节点编为1号,顺次往下编为2、3、4…直至最外侧冷却风道出口的绕组温度节点;x为距风道入口的距离(m),R为冷却风道的中心线半径(m),Re为冷却风道雷诺数,使用如下公式计算:式中,ρ为空气密度(kg·m-3),v为空气流速(m·s-1),μ为空气动力粘度(kg·m-1·s-1);
第四步、为绕组温度节点分配发热功率
编号为n的绕组温度节点分配到的发热功率按照如下公式计算:
3 3
式中,Vn为编号为n的绕组温度节点对应的导体体积(m),V总为绕组的总体积(m),Q为该台变压器现场试验获取的负载损耗(W);
第五步、获取热点温升
根据第一步到第四步所述轻量化车载牵引变压器热网络模型结构,依照基尔霍夫定律列写节点电压方程求解绕组温度节点温度以获得最热点温度,同时获取对应时间点的环境温度,最热点温度减去环境温度即为热点温升;
第六步、计算热点因子
根据第五步所述获取热点温升的方法,施加额定负载损耗,获取额定负载损耗下的热点温升ΔTn(K);再依次施加0.5倍、0.6倍、0.7倍、0.8倍、0.9倍、1.1倍、1.2倍、1.3倍、1.4倍、1.5倍额定电流下的损耗,获取上述损耗下对应的热点温升(K)分别记为ΔTi(i=1、2、
3、4、5、6、7、8、9、10);使用如下公式计算热点因子δ:式中, Ii为热点温升为ΔTi时
对应的负载电流(A),In为额定电流(A)。