本發(fā)明涉及溫升控制的設(shè)計及制造，具體地指一種基于等速溫降的大型電氣制動器電阻表面溫度的計算方法。

背景技術(shù)：

1、大型電氣制動器是一種利用電氣原理來實現(xiàn)制動的裝置，以確保設(shè)備在需要時能夠快速、安全地減速或停止，在水利水電、市政交通等行業(yè)均有大量應(yīng)用。由于電氣制動器運行時采用周期性輸入大電流，在強制機械通風(fēng)情況下，其主要組成部件仍會產(chǎn)生較大溫升，其過程是一個短時暫態(tài)的溫升過程，溫升值受到電流、通風(fēng)系統(tǒng)等外部因素影響。另外，由于組建空間幾何參數(shù)影響其散熱過程，溫升與散熱是一個復(fù)雜的非線性耦合過程。確定電阻表面溫度對于電氣制動器的部件工作特性選擇、材料選取至關(guān)重要。

2、現(xiàn)有技術(shù)中暫無電氣制動器電阻表面溫度的計算公式，一般采用物理模型與數(shù)值建模相結(jié)合的方法對電阻表面溫度進行經(jīng)驗預(yù)估，但是這種方法存在如下問題：

3、第一，采用物理模型、數(shù)值建模的成本很高；

4、第二，經(jīng)驗預(yù)估的誤差較大。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種基于等速溫降的大型電氣制動器電阻表面溫度的計算方法，能夠準(zhǔn)確、快速地計算出電氣制動器電阻表面溫度。

2、為達到上述目的，本發(fā)明設(shè)計一種基于等速溫降的大型電氣制動器電阻表面溫度的計算方法，其特別之處在于，包括如下步驟：

3、s1)建立大型電氣制動器電阻的熱平衡狀態(tài)控制方程，所述熱平衡狀態(tài)控制方程包括

4、產(chǎn)熱量方程：dq1＝0.86i2rdτ

5、散熱量方程：dq2＝αf(tb-t)dτ

6、電阻得熱方程：dq3＝gcd(tb-t0)空氣得熱方程：dq4＝vmγkckd(t-t0)根據(jù)熱量平衡：ndq2＝dq4

7、式中，

8、q1為電阻器的產(chǎn)熱量，

9、i為輸入電阻器的制動電流，

10、r為電阻器的電阻，

11、τ為電阻器的升溫時間，

12、q2為電阻器的散熱量，

13、α為電阻器表面的對流換熱系數(shù)，

14、f為電阻器表面的換熱面積，

15、tb為電阻器表面溫度，

16、t為空氣溫度，

17、q3為電阻器的得熱量，

18、g為電阻器重量，

19、c為電阻器的比熱，

20、d為微分符號，

21、t0為初始空氣溫度，

22、q4為空氣的得熱量，

23、v為大型電氣制動器的空間體積，

24、m為空氣影響系數(shù)，

25、γk為空氣比重，

26、ck為空氣比熱，

27、n為因輻射作用與周圍壁面吸熱引起的系數(shù)；

28、s2)基于等速降溫，將步驟s1)中公式整理得到電阻器通電結(jié)束后的電阻器溫升公式為

29、δtb＝δt1b+δt2b

30、

31、式中，

32、△tb為電阻器通電結(jié)束后的電阻器溫升，

33、δt1b＝tb-t，

34、δt2b＝t-t0，

35、tb為電阻器表面溫度，

36、t為空氣溫度，

37、t0為初始空氣溫度，

38、n＝0.86·i2r，

39、

40、c＝gc，

41、e表示自然常數(shù)，

42、i為輸入電阻器的制動電流，

43、r為電阻器的電阻，

44、α為電阻器表面的對流換熱系數(shù)，

45、f為電阻器表面的換熱面積，

46、γk為空氣比重，

47、ck為空氣比熱，

48、l為通風(fēng)量，

49、g為電阻器重量，

50、c為電阻器的比熱；

51、s3)收集相關(guān)數(shù)據(jù)，包括通風(fēng)量l、空氣初始溫度t0、電阻器的比熱c、電阻器表面的換熱面積f、電阻器密度、以及輸入電阻器的制動電流i；

52、s4)確定對流換熱系數(shù)α；

53、s5)將步驟s3)中的數(shù)據(jù)、以及步驟s4)中的對流換熱系數(shù)α代入步驟s2)中電阻器通電結(jié)束后的電阻器溫升公式，求出電阻器通電結(jié)束后的電阻器溫升△tb；

54、s6)將初始空氣溫度t0與電阻器通電結(jié)束后的電阻溫升△tb相加，求得電阻器通電結(jié)束后的電阻器表面溫度tb。

55、進一步地，s2)中，由步驟s1)中的電阻得熱方程dq3＝gcd(tb-t0)獲得電阻表面溫升

56、由步驟s1)中的空氣得熱方程dq4＝vmγkckd(t-t0)和散熱量方程dq2＝αf(tb-t)dτ獲得空氣溫升

57、假定電阻器通電結(jié)束后的電阻溫升為δtb＝tb-t0＝(tb-t)+(t-t0)＝δt1b+δt2b，則電阻表面溫升為

58、將通風(fēng)量代入空氣溫升再將δt2b代入電阻表面溫升從而得到兩邊同時除以dδt1b、dτ，并兩邊取倒數(shù)、積分，得到進而整理得到電阻器通電結(jié)束后的電阻器溫升公式。

59、更進一步地，s4)中，通過實際過程測試和分析，將電阻器在不同風(fēng)速條件下的對流換熱系數(shù)α進行擬合，將電阻器的對流換熱系數(shù)α與風(fēng)速的對應(yīng)關(guān)系擬合成能夠直接參考的表格；根據(jù)通風(fēng)量l和大型電氣制動器的空間體積v，求出電阻器表面的風(fēng)速，并通過步驟s4)中的表格，查出該風(fēng)速對應(yīng)的對流換熱系數(shù)α。

60、更進一步地，s5)中，首先利用通風(fēng)量l試算空氣溫升δt2b，確保空氣溫升δt2b≤60℃，再計算電阻器通電結(jié)束后的電阻器溫升△tb。

61、本發(fā)明的優(yōu)點在于：

62、1、本發(fā)明基于熱平衡狀態(tài)控制方程(包括產(chǎn)熱量方程、散熱量方程、電阻得熱方程、以及空氣得熱方程)，基于等速降溫，分析出電阻器通電結(jié)束后的電阻器溫升公式，再將初始空氣溫度t0與電阻器通電結(jié)束后的電阻溫升△tb相加，求得電阻器通電結(jié)束后的電阻器表面溫度tb；

63、2、針對電阻器通電結(jié)束后的電阻器溫升△tb計算公式中的電阻器表面對流換熱系數(shù)α，本發(fā)明將電阻器在不同風(fēng)速條件下的換熱系數(shù)進行擬合，并通過大量實際測試與總結(jié)，將不同風(fēng)速與對應(yīng)的換熱系數(shù)擬合成一個可直接參考的表格；在計算電阻器通電結(jié)束后的電阻器溫升△tb時，只需根據(jù)電阻器表面的風(fēng)速，在表格中找出對應(yīng)的換熱系數(shù)即可；

64、本發(fā)明基于等速溫降的大型電氣制動器電阻表面溫度的計算方法，基于等速降溫原則，從一系列熱平衡狀態(tài)控制方程中分析出電阻器通電結(jié)束后的電阻器溫升公式，并進一步計算出電阻器通電結(jié)束后的電阻器表面溫度，提高了大型電氣制動器電阻表面溫度的計算準(zhǔn)確性、快速性，同時可推廣至大型電力系統(tǒng)裝置通過大電流時的系統(tǒng)及部件溫升控制計算。

技術(shù)特征：

1.一種基于等速溫降的大型電氣制動器電阻表面溫度的計算方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于等速溫降的大型電氣制動器電阻表面溫度的計算方法，其特征在于：s2)中，

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于等速溫降的大型電氣制動器電阻表面溫度的計算方法，其特征在于：s4)中，通過實際過程測試和分析，將電阻器在不同風(fēng)速條件下的對流換熱系數(shù)α進行擬合，將電阻器的對流換熱系數(shù)α與風(fēng)速的對應(yīng)關(guān)系擬合成能夠直接參考的表格；根據(jù)通風(fēng)量l和大型電氣制動器的空間體積v，求出電阻器表面的風(fēng)速，并通過步驟s4)中的表格，查出該風(fēng)速對應(yīng)的對流換熱系數(shù)α。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于等速溫降的大型電氣制動器電阻表面溫度的計算方法，其特征在于：s5)中，首先利用通風(fēng)量l試算空氣溫升δt2b，確?？諝鉁厣膖2b≤60℃，再計算電阻器通電結(jié)束后的電阻器溫升△tb。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于等速溫降的大型電氣制動器電阻表面溫度的計算方法。它包括如下步驟：建立大型電氣制動器電阻的熱平衡狀態(tài)控制方程，基于等速降溫，將熱平衡狀態(tài)控制方程整理得到電阻器通電結(jié)束后的電阻器溫升公式；收集相關(guān)數(shù)據(jù)；確定對流換熱系數(shù)α；將收集到的數(shù)據(jù)、以及對流換熱系數(shù)α代入電阻器通電結(jié)束后的電阻器溫升公式，求出電阻器通電結(jié)束后的電阻器溫升△t<subgt;b</subgt;；將初始空氣溫度t<subgt;0</subgt;與電阻器通電結(jié)束后的電阻溫升△t<subgt;b</subgt;相加，求得電阻器通電結(jié)束后的電阻器表面溫度t<subgt;b</subgt;。本發(fā)明將公式計算與實驗數(shù)據(jù)總結(jié)相結(jié)合，能夠準(zhǔn)確、快速地計算出電阻器通電結(jié)束后的電阻器表面溫度。

技術(shù)研發(fā)人員：郭建輝,章鐵軍,潘正可,楊巧利,李洋,蘇鵬,李正勇,王子涵,程景,鄢平
受保護的技術(shù)使用者：長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19