Диссертация (1144049), страница 2
Текст из файла (страница 2)
197Выводы по главе 4 ................................................................................................... 201Заключение .................................................................................................................. 202Список использованных источников ........................................................................ 205Приложение .................................................................................................................
220Акт внедрения проектной компании ООО ИмпульсПроект .............................. 221Акт внедрения от ООО "Невская Энергосервисная Компания" ........................ 222Акт внедрения от ООО «Энерговектор» .............................................................. 223Акт внедрения от ЗАО НПО "Техносервис-Электро" ......................................... 224Акт внедрения от завода ЗАО ПсковЭлектросвар ............................................... 225Акт внедрения от Производственной компании «СЕВКАБЕЛЬ» ..................... 2266ВВЕДЕНИЕ1.1 Актуальность работыВсвязиссущественнымобострениемконкуренциинарынкеэлектротехнической продукции первостепенное значение приобретает высокаяэксплуатационнаянадежностьизделий.Онадостигаетсятщательностьюисследовательской, конструкторской и технологической проработки новогоизделия и всесторонними многоуровневыми испытаниями.
С другой стороны,конкуренция диктует необходимость сокращения сроков проектирования иснижения суммарных затрат потребителя на приобретение и эксплуатациюизделия. Это обстоятельство ограничивает время и ресурсы, доступные дляпроведения натурных испытаний, и, зачастую делает невозможным поископтимальных параметров путем изготовления опытных образцов и натурныхэкспериментов с ними.С другой стороны, исследования показывают, что многие традиционныесекторы машиностроения достигли технической зрелости и, в этом смысле, вышлина «технологическое плато» [6][7]. Считается, что для зрелых, устоявшихсясекторов промышленности серьезных технологических прорывов можно ожидатьв следующих направлениях:• Современноекомпьютерноепроектирование,включающиевсебяконцептуальный расчетный дизайн, всестороннее рабочее проектирование, итехнологическую подготовку производства.• Поиск, разработка, исследование и применение новых материалов.Обеэтизадачитребуютактивногоиспользованиякомпьютерногоинжиниринга (CAE), основной чертой которого, применительно к электротехнике,является решение мультифизических полевых задач численными методами.Ставится задача как можно более полной замены натурного экспериментачисленным моделированием, особенно в стадии концептуальной разработки и7поискового конструирования.
Для достижения этой цели необходима разработкаадекватных численных моделей, которым можно было бы задавать релевантныевопросы и получать на них адекватные ответы.Специфика электротехнических изделий в широком спектре, от кабелей икабельной арматуры, до электрических машин, трансформаторов, исполнительныхмеханизмов и т.п. состоит в том, что численная модель, адекватная с точки зренияконструкторской проработки изделия, обязательно должна включать в себяфизические эффекты из разных областей физики – как минимум, уравненияэлектромагнитного поля, теплопередачи и теории упругости.
Этот факт очевидендлятакихустройств,электромагнитнойназначениемэнергиивкоторыхтепловую,ноявляетсянепреобразованиетолько:длямногихэлектротехнических систем, главным фактором, ограничивающим нагрузочнуюспособность, является уровень допустимой температуры, а для мощныхимпульсныхсистем–уровеньмеханическихнапряжений,вызванныхэлектромагнитным полем.Кроме того, в большинстве случаев уравнения электромагнитного поляжелательно, а порой необходимо решать совместно с уравнениями подключеннойэлектрической цепи. Для этого есть два основных мотива:• Электротехническое изделие, как правило, функционирует в составе болеекрупнойсистемы.Вотдельныхслучаяхустройства,например,вентильные или вентильно-реактивные двигатели, по самому принципудействиянемогутфункционироватьбезэлектроннойсистемыуправления.
Поэтому адекватная численная модель такого двигателядолжна включать систему управления, которая обычно представляется ввиде уравнений электрической цепи.• Эквивалентные электрические схемы являются естественным и простымописанием более сложных устройств. Сочетанием полевой модели суравнениями цепи в ряде случаев удается упростить модель, понизить ее8размерность, и, тем самым, уменьшить время отклика, не жертвуяточностью результата.Для численного решения связанных задач необходимо, но недостаточноуказать способ решения каждой подзадачи.
Особенностями связанных задач могутбыть разномасштабность в пространственной области, существенная разницахарактерных постоянных времени отдельных подзадач, нетривиальные механизмыобмена данных между отдельными задачами, в том числе алгоритмы вычисленияинтерфейсных переменных, при помощи которых осуществляется связь.В каждом конкретном случае необходимо изучить, требует ли задачареализации сильной (прямой) связи между подзадачами, или возможна слабая(каскадная) связь. При использовании каскадных связей необходима оценкавозможности применения однонаправленной или двусторонней связи.
В последнемслучае вычислительная схема, включающая несколько отдельных задач,становится итерационной. В этом случае необходимо уделить специальноевнимание сходимости и численной устойчивости алгоритма.Решению мультифизических задач посвящена обширная литература. Онавключает теоретическое рассмотрение вопросов, возникающих при совместноманализе физических процессов из разных областей, либо описываемыхуравнениями разной природы, так и непосредственное решение практическиважных мультифизических задач.Изложенные соображения доказывают актуальность настоящей работы,направленной на систематизацию методов и приемов анализа электротехническихустройств методом совместного численного моделирования полей разнойфизической природы, или сопряжения в одной системе разнородных численныхмоделей.
Необходимость двустороннего обмена данными между разнымимоделями требует анализа таких специфических проблем как разномасштабностьв пространственной и временной области, сходимости и устойчивостигетерогенных моделей, выбора оптимального математического описания длякаждой частной модели с учетом имеющихся ограниченных ресурсов. Поскольку9современная численная модель является сочетанием уравнений физическогопроцесса, выбранных численных методов и их программной реализации,необходимо применительно к конкретным практическим задачам рассматриватьвсе три перечисленные компоненты численной модели, каждый раз зановоопределяя оптимальное сочетание приемов и методов.
Отсюда вытекает цельработы и задачи, поставленные для ее достижения.1.2 Цели и задачиЦельработы:наосновеотечественнойпрограммырасчетаэлектромагнитных, тепловых полей и упруго-напряженного состояния исследоватьпроблемы, возникающие при решении мультифизических задач, определить путиих преодоления и подтвердить эффективность последних при решениипрактически значимых мультифизических задач, в частности, для кабельнойтехники.Длядостиженияуказаннойцеливработерешалисьследующиеосновные задачи:1. Выработать методику и найти решения задачи расчета теплового состояниямногоцепных подземных кабельных линий с учетом электромагнитного итепловоговзаимодействиякабелейисопоставитьрезультатымультифизического моделирования с методикой стандарта МЭК, выявить ипроанализировать ситуации существенного расхождения, а также показатьосуществимость инженерного анализа теплового состояния кабельных линий набазе отечественного программного продукта.2.
Исследовать проблемы снижения внешнего магнитного поля подземнойкабельной линии путем варьирования расположения фазных кабелей иэкранирования перспективными материалами – магнитными пленками сосверхвысокой магнитной проницаемостью, а также изучить взаимосвязь мер поуменьшениювнешнегомагнитногополясоснижениемпропускнойспособности кабельной линии путем мультифизического моделирования.10Выработать способы преодоления сложностей, связанных с пространственнойразномасштабностью задачи.3.
Создать методику определения дополнительных потерь от поверхностногоэффекта и эффекта близости для перспективных конструкций алюминиевых имедных кабельных жил, скрученных из массивных профилированных секторов,сопоставить результаты с расчетами по стандарту ГОСТ Р МЭК 60287, выявивграницы применимости последнего.4. Предложить и реализовать на базе отечественного программного продуктаметодику нахождения оптимальной геометрической формы и электрическихсвойств конструктивных элементов кабельных муфт высокого напряжения вчасти выравнивания электрического поля в плоскости разделки путемчисленного моделирования переменного электрического поля.5. Разработатьметодикуанализаэлектромагнитного,температурногоимеханического состояния высоконагруженных сварочных трансформаторов приповторно-кратковременномрежимеработыпутеммультифизическогомоделирования.
Предложить способ сведения трехмерной задачи к двумерной,оценитьвозникающиепогрешностиисопоставитьрезультатымультифизического моделирования с классической методикой расчета.6. Исследовать задачу термической стойкости грозозащитного троса с встроеннымоптоволоконным модулем к прямому удару молнии путем мультифизическогомоделирования импульсного электромагнитного поля и вызванных им тепловыхэффектов. Найти и обосновать способ сведения трехмерной задачи к двумернойс подключенной электрической цепью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
