Введение к работе
Актуальность темы. Экономия потребления энергии диктует необходимость использования децентрализованных систем отопления, позволяющих индивидуально регулировать температуру. Замена электронагревом традиционных видов нагрева повышает надёжность оборудования, облегчает контроль и регулирование температуры. Особое значение применения электроводонагревательных приборов приобретает для объектов, не имеющих централизованного энергообеспечения. В качестве нагревательных элементов в таких приборах широко применяются трубчатые нагревательные элементы, которые наряду с неоспоримыми достоинствами (простота конструкции, дешевизна) имеют ряд существенных недостатков (низкий класс электробезопасности, небольшой срок службы и невысокая надёжность). Качественно улучшить условия подготовки горячей воды могут нагревательные элементы трансформаторного типа (НЭТ), в которых индуктор, как в обычных силовых трансформаторах, состоит из магнитопровода и первичной обмотки. Особенностью конструкции таких элементов является вторичная обмотка, выполненная в виде короткозамкнутого (КЗ) витка, в которой выделяется основная доля тепла. Вторичная обмотка непосредственно, без промежуточного теплообменника или дополнительного слоя изоляции, омывается нагреваемой водой. Такое техническое решение позволяет получить более безопасный в эксплуатации нагревательный элемент с большим сроком службы. В связи с вышеизложенным возникает необходимость разработки новых типов таких НЭТ.
Исследования трансформаторов с КЗ обмоткой для установок электронагрева проводятся на кафедре “Электромеханика” Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета (КнАГТУ) под руководством заведующего кафедрой Кузьмина В.М. Результаты этих исследований опубликованы в работах Серикова А.В., Размыслова В.А., Янченко А.В., Романюка В.П. и других.
Целью работы является разработка и исследование новой системы энергообеспечения на основе трехфазных трансформаторов с короткозамкнутой вторичной обмоткой с высокими эксплуатационными показателями, которые предназначены обеспечить горячим водоснабжением и отоплением объекты, не имеющие централизованного теплоснабжения (небольшие промышленные и сельскохозяйственные предприятия, частный сектор и т.д.).
Методы исследования. В теоретических исследованиях применялись аналитические и численные методы расчёта. Для моделирования и исследования теплового поля использовался пакет MatLab, в частности ToolBox Partial Differential Equations (PDE), предназначенного для решения граничных задач в двумерных областях методом конечных элементов. При экспериментальных исследованиях проводился сравнительный анализ расчетных и фактических параметров и характеристик макетного образца для нагрева.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- разработана новая конструкция нагревательного элемента трансформаторного типа системы электроводонагрева;
- разработаны новые математические модели для расчета теплового поля и электромагнитных процессов, учитывающие особенности конструкции и работы трёхфазных трансформаторов, используемых в теплогенерирующих комплексах;
- проведены теоретические и экспериментальные исследования трехфазного трансформатора, используемого в качестве нагревательного элемента;
- выработаны новые рекомендации по использованию и проектированию специальных видов трансформаторов с короткозамкнутой вторичной обмоткой, системы электроводонагрева.
Реализация работы. Результаты работы внедрены на ЗАО "Электротехника-БирЗСТ" г. Биробиджан, в учебный процесс специальность "Электромеханика" и используются при курсовом и дипломном проектировании, в спецкурсах для студентов "Электрические машины и приборы", "Проектирование электрических машин и приборов", "Бытовые машины и приборы", в лабораторном практикуме и при проведении практических занятий по указанным курсам.
Личный вклад автора состоит в разработке теоретических положений и анализе результатов, в самостоятельной подготовке задач исследования электромагнитных и тепловых процессов, их решении, проведении экспериментов, анализа полученных результатов и формировании выводов работы.
Апробация работы. Основное содержание работы докладывалось и получило одобрение на трех научно-технических конференциях КнАГТУ с 2006 по 2009 гг., на международной научно-практической конференции в области экологии и безопасности жизнедеятельности (КнАГТУ, 2007г.), на Всероссийской научно-технической конференции ( КнАГТУ, 2007г.).
Публикации. По результатам исследований, отражённых в диссертационной работе, опубликованы 2 научные статьи в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК, получено 1 свидетельство на полезную модель, 1 положительное решение на выдачу патента Российской Федерации на изобретение, общее количество публикаций – 8.
Объём и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх разделов, заключения и библиографического списка из 138 наименований, содержит 133 страницы машинописного текста, иллюстрируется 46 рисунками и 4 таблицами. Работа включает в себя также 4 приложения на 13 листах.
