Плотность тока тем больше чем больше: Нагрев проводников. Плотность тока | БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА — groupnk.ru — Группа НК — комплексные поставки электрооборудования в Москве и регионах

Содержание

Нагрев проводников. Плотность тока | БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

Проводник, нагреваемый проходящим по нему током, отдает часть получаемой теплоты окружающему пространству — нагревает воздух и близлежащие тела. По мере повышения температуры проводника будет увеличиваться доля теплоты, рассеиваемая в окружающем пространстве. Наконец, температура проводника перестанет повышаться, вся теплота, выделяемая в проводнике током, будет рассеиваться в окружающем проводник пространстве.
Эта температура в значительной мере будет определяться так называемой плотностью тока в проводнике.

Плотность тока — это отношение величины тока в проводнике к площади поперечного сечения проводника. Плотность тока обозначается греческой буквой δ (дельта) и определяется формулой

δ = I/s

в которой I — ток в проводнике;
s — поперечное сечение проводника.

Плотность тока выражается в амперах на квадратный милли-метр (а/мм²).

Чем больше плотность тока, тем выше температура, до которой нагревается проводник (при прочих равных условиях).

Допустимая температура нагрева проводника определяется, с одной стороны, свойствами проводника (температурой плавления), с другой, — свойствами изоляции (изоляция не должна размягчаться, обугливаться и загораться). Так, например, допустимая температура нагрева проводов с резиновой изоляцией составляет 55° С.

Соответствующая допустимой температуре плотность тока зависит от материала проводника, его конструкции (голые или изолированные провода), условий охлаждения проводника (находится ли он внутри агрегата, подвешен ли в воздухе, проложен ли под землей).
На практике необходимое сечение провода определяют при помощи таблиц, составленных на основании опытных данных. Выбранное по таблице сечение проводов следует проверить на падение напряжения в них.

При недостаточно плотном соединении между собой металлических проводников уменьшается площадь контакта (соприкосновения этих проводников). В результате растет плотность тока в контакте, место контакта разогревается.

Часто при этом точка контакта плавится, а ток проходит через нагретый воздух. Между проводниками возникает разряд, называемый электрической дугой, который сопровождается значительным выделением тепла.

Около плохого контакта может возникнуть

пожар, поэтому всегда необходимо следить за плотностью соединения проводов и исправностью выключателей и переключателей.

Электрическая дуга, представляющая собой мощный источник тепла, нашла широкое применение для дуговой сварки металлов.

Как влияет на нагрев проводников тепловое действие и плотность тока

Электрический ток — направленное (упорядоченное) движение частиц или квазичастиц — носителей электрического заряда.

Под тепловым действием электрического тока понимают выделение тепловой энергии в процессе прохождения тока по проводнику. Когда через проводник проходит ток, образующие ток свободные электроны сталкиваются с ионами и атомами проводника, нагревая его.

Выделяемое при этом количество теплоты можно определить с помощью закона Джоуля-Ленца, который формулируется так: количество теплоты, выделяемое при прохождении электрического тока через проводник, равно произведению квадрата тока, сопротивления данного проводника и времени прохождения тока через проводник.

Приняв ток в амперах, сопротивление в омах, а время в секундах, получим количество теплоты в джоулях. А учитывая что произведение тока на сопротивление — есть напряжение, а произведение напряжения на ток — мощность, в результате оказывается, что количество выделенной теплоты в данном случае равно количеству электрической энергии, переданной данному проводнику во время прохождения по нему тока. То есть электрическая энергия преобразуется в тепловую.

Получение тепловой энергии из электрической широко применяется с давних времен в различной технике. Электронагревательные приборы, такие как обогреватели, водонагреватели, электрические плиты, паяльники, электропечи и т. д., а также электросварка, лампы накаливания и многое другое используют именно этот принцип для получения тепла.

Но в большом количестве электрических устройств нагрев, вызываемый током, вреден: электродвигатели, трансформаторы, провода, электромагниты и т. д. — в данных устройствах, не предназначенных для получения тепла, нагрев снижает их КПД, мешает эффективной работе, и даже может привести к аварийным ситуациям.

Для любого проводника, в зависимости от параметров окружающей среды, характерно определенное допустимое значение величины тока, при котором проводник заметно не нагревается.

Так, например, для нахождения допустимой токовой нагрузки на провода, используют параметр «плотность тока», характеризующий ток, приходящийся на 1 кв.мм площади поперечного сечения данного проводника.

Допустимая плотность тока для каждого проводящего материала в определенных условиях своя, она зависит от многих факторов: от вида изоляции, интенсивности охлаждения, температуры окружающей среды, площади поперечного сечения и т. д.

К примеру для электрических машин, где обмотки изготавливают, как правило, из меди, величина предельно допустимой плотности тока не должна превышать 3-6 ампер на кв.мм. Для лампы накаливания, а точнее для ее вольфрамовой нити, — не более 15 ампер на кв.мм.

Для проводов осветительных и силовых сетей предельно допустимая плотность тока принимается исходя из вида их изоляции и площади поперечного сечения.

Если материалом проводника служит медь, а изоляция резиновая, то при площади сечения, например, в 4 кв.мм допускается плотность тока не более 10,2 ампер на кв.мм, а если сечение 50 кв.мм, то допустимая плотность тока будет всего 4,3 ампера на кв.мм. Если же проводники указанной площади не имеют изоляции, то допустимые плотности тока будут соответственно 12,5 и 5,6 ампер на кв.мм.

С чем же связано понижение допустимой плотности тока для проводников большего сечения? Дело в том, что проводники с существенной площадью поперечного сечения, в отличие от проводников малого сечения, имеют больший объем проводящего материала расположенного внутри, и получается что внутренние слои проводника сами окружены нагревающимися слоями, которые мешают отводу тепла изнутри.

Чем больше площадь поверхности проводника по отношению к его объему, — тем большую плотность тока способен выдержать проводник не перегреваясь. Неизолированные проводники допускают нагрев до более высокой температуры, так как от них тепло отводится прямо в окружающую среду, изоляция этому не препятствует, и охлаждение происходит быстрее, поэтому для них допускается более высокая плотность тока чем для проводников в изоляции.

Если превысить допустимый для проводника ток, он начнет перегреваться, и в какой-то момент его температура окажется чрезмерной. Изоляция обмотки электродвигателя, генератора или просто проводки, может в таких условиях обуглиться или загореться, что приведет к короткому замыканию и пожару. Если же говорить о неизолированном проводе, то он при высокой температуре может просто расплавиться и разорвать цепь, в которой служит проводником.

Превышение допустимого тока принято предотвращать. Поэтому в электрических установках обычно принимают специальные меры с целью автоматического отключения от источника питания той части цепи или того электроприемника, в котором случилась перегрузка по току или короткое замыкание. Для этого служат автоматические выключатели, плавкие предохранители и другие устройства, несущие аналогичную функцию — разорвать цепь при перегрузке.

Из закона Джоуля-Ленца следует, что перегрев проводника может произойти не только из-за превышения тока через его поперечное сечение, но и из-за более высокого сопротивления проводника. По этой причине для полноценной и надежной работы любой электрической установки крайне важно сопротивление, особенно в местах соединения друг с другом отдельных проводников.

Если проводники соединены не плотно, если их контакт друг с другом не качественный, то сопротивление в месте соединения (так называемое переходное сопротивление в месте контакта) окажется выше чем для цельного участка проводника той же длины.

В результате прохождения тока через такое некачественное, не достаточно плотное соединение, место данного соединения будет перегреваться, что чревато возгоранием, выгоранием проводников или даже пожаром.

Чтобы этого избежать, концы соединяемых проводников надежно зачищают, облуживают и оснащают кабельными наконечниками (впаивают или прессуют) или гильзами, которые обеспечивают запас на переходное сопротивление в месте контакта. Такие наконечники можно плотно закрепить на клеммах электрической машины при помощи болтов.

К электрическим аппаратам, предназначенным для включения и выключения тока, также применяют меры по уменьшению переходного сопротивления между контактами.

Ранее ЭлектроВести писали, что луганские энергетики объявиляли амнистию своим сотрудникам, которые воруют электроэнергию.

По материалам: electrik.info.

Распределение тока по сечению шин из цветного металла

а) Поверхностный эффект

Сущность поверхностного эффекта заключается в том, что под влиянием ряда факторов переменный ток по сечению проводника распределяется неравномерно, смещаясь к поверхностным слоям. Постоянный ток, если не учитывать различной температуры в отдельных слоях проводника, распределяется по его сечению равномерно. Неравномерное распределение переменного тока по сечению проводника вызывает неполное использование этого сечения, отчего сопротивление его как бы возрастает по сравнению с сопротивлением этого же проводника постоянному току. Если принять сопротивление проводника любой конкретной формы постоянному току за единицу, то сопротивление этого же проводника переменному току будет несколько большим:

В практике величину называют омическим сопротивлением, а величину — активным сопротивлением проводника.
Рассмотрим несколько подробнее вопрос о физической сущности поверхностного эффекта на примере наиболее простого (круглого) проводника (рис. 10-1). Вокруг проводника и внутри него около геометрической оси, изображенной на рис. 10-1 крестиком, как сечение проводника, так и пространство за его пределами можно разделить на ряд цилиндрических слоев, параллельных оси проводника. Чем ближе слой к оси проводника, тем с большим числом индукционных линий он сцеплен. При изменении тока, проходящего через проводник, изменяется и магнитное поле. В слоях проводника это поле наводит э. д. с, противодействующую изменению тока. Это противодействие тем больше, чем больше наведенная э. д. с, т. е. чем больше индукционных линий имеет сцепление с рассматриваемым слоем, а следовательно, тем больше, чем ближе слой к оси проводника. Таким образом, поверхностные слои проводника имеют меньшие э. д. с, противодействующие изменяющемуся теку, а сердцевидные слои, лежащие около оси проводника, имеют большие э. д. с, противодействующие току проводника, вследствие чего происходит вытеснение тока к периферии проводника. Это и есть поверхностный эффект.

Факторы глубины проплавления

В других статьях мы уже говорили о сплавлении металла, глубине проплавления и о том, когда большая глубина проплавления может оказаться полезной или вредной. От каких факторов заивит глубина пролавления? Как ее можно регулировать?

Глубина проплавления — это расстояние, на которое наплавленный металл проникает в основной металл или в материал предыдущего прохода во время сварки. На Рисунке 1 показано поперечное сечение углового шва, на котором хорошо виден профиль проплавления.

Больше всего глубина проплавления зависит от силы сварочного тока (которая измеряется в амперах, или А). По мере увеличения силы сварочного тока глубина проплавления возрастает, по мере снижения — уменьшается. На Рисунке 2 показаны три сварные шва, сделанные на разных токах, но при тех же остальных настройках.


Рисунок 1	Рисунок 2

В процессах сварки на падающей вольтамперной характеристике (СС) сила тока является главной регулируемой переменной. Но случае процессов на жесткой ВАХ (CV) главными регулируемыми параметрами являются напряжение сварочного тока и скорость подачи сварочной проволоки, а сила тока варьируется с учетом скорости подачи проволоки. При увеличении скорости подачи сила тока для данного типа и диаметра проволоки также увеличивается. Соответственно, при снижении скорости подачи проволоки сила тока снижается.

Также существует еще несколько параметров, которые тоже влияют на глубину проплавления. Ниже мы обсудим, какое влияние эти параметры оказывают на глубину проплавления (при прочих равных). Заметьте, что на Рисунке 2 выше, а также на Рисунках 3, 5, 6 и 7, показаны сечения швов, выполненных с помощью сварки под слоем флюса (subarc). Сварка под флюсом была выбрана, чтобы продемонстрировать влияние различных параметров сварки (или его отсутствие), потому что в этом режиме оно выражено намного сильнее. Сварка под флюсом обычно проходит на высоких токах, высокой скорости подачи проволоки, относительно высоком напряжении и с применением проволоки большого диаметра. Хотя изменение этих параметров влияет на глубину проплавления и в других процессах, из-за более низкого сварочного тока и т. д. разница окажется не настолько большой.

Полярность: глубина проплавления зависит от полярности сварочного тока. В большинстве случаев большая глубина проплавления достигается на постоянном токе обратной полярности (DC+), потому что дуга оказывается лучше сфокусирована на рабочей поверхности. Соответственно, постоянный ток прямой полярности обеспечивает меньшую глубину проплавления, потому что энергия дуги в основном поступает в электрод или проволоку, а не в рабочую пластину. Это относится к ручной дуговой сварке (SMAW), сварке в защитных газах (MIG/MAG), сварке порошковой проволокой (FCAW) и сварке под флюсом (SAW) (см. Рисунок 3). Исключением является аргонодуговая сварка (TIG), в случае которой влияние полярности на глубину проплавления полностью противоположно. В случае аргонодуговой сварки прямая полярность обеспечивает большую глубину проплавления (обратная в этом режиме обычно не используется).
Некоторые новые модели источников для SAW-сварки дают возможность регулировать форму волны переменного сварочного тока, чтобы добиться оптимальной стабильности дуги и регулировать производительность наплавки и глубину проплавления. Также они позволяют контролировать баланс переменного тока, смещение и частоту тока, что дает еще более широкие возможности контроля над характеристиками сварки.

Рисунок 3

Процесс сварки: различные процессы сварки имеют разные характеристики проплавления. Например, SAW, FCAW и MIG/MAG (в режиме крупнокапельного, струйного или импульсного переноса металла) считаются процессами с большей глубиной проплавления. TIG, MIG-C (металлопорошковой проволокой) и MIG/MAG (в режиме переноса металла короткими замыканиями), напротив, считаются процессами с меньшей глубиной проплавления. Конечно, это также зависит от силы тока. Например, процесс сварки под флюсом обычно проходит на очень высоких токах, а MIG/MAG-сварка короткими замыканиями — на низких. Ручная дуговая сварка может иметь как большую, так и малую глубину проплавления в зависимости от используемых электродов.
Сварочные материалы: даже в одном и том же процессе сварочные материалы разных классов могут иметь совершенно разные характеристики проплавления. Например, в режиме РДС электроды класса E6010 обычно имеют большую глубину проплавления, а электроды класса E7024 — меньшую. То же относится к процессу FCAW. Порошковая проволока класса E70T-1 обычно имеет большую глубину проплавления, класса E71T-1 — меньшую.
Угол атаки электрода: угол наклона электрода в направлении сварки, влияет на то, как дуга направлена на рабочую поверхность. При угле атаки от 0° до 10° (т. е. если электрод почти перпендикулярен поверхности) глубина проплавления максимальна. По мере увеличения угла глубина проплавления снизится.
Тип защитного газа: защитный газ тоже влияет на глубину проплавления. Защитные газы с высокой теплопроводимостью, например, 100-процентная двуокись углерода (CO₂) или 100-процентный гелий (He), вызывают более широкий и глубокий профиль проплавления. Защитные газы с низкой теплопроводимостью, например, 100-процентный аргон (Ar) или смеси Ar / CO₂ или Ar / кислород (O₂), приводят к менее глубокому профилю с сужением в середине (см. Рисунок 4).

Рисунок 4

Диаметр электрода: при сварке двумя электродами разных диаметров при одинаковой силе сварочного тока в случае электрода меньшего диаметра глубина проплавления окажется больше (см. Рисунок 5). Проволока меньшего диаметра имеет меньшую площадь сечения. Так как в обоих случаях через электрод проходит одинаковый ток, из-за этого концентрация или плотность тока в случае меньшего электрода оказывается выше. Из-за этой более высокой плотности тока электроды меньшего диаметра имеют большую глубину проплавления. Однако заметьте, что электроды любого диаметра имеют максимальный порог плотности тока, после которого сварочного дуга становится очень нестабильной. Поэтому при увеличении сварочного тока в какой-то момент понадобится перейти на электроды большего диаметра.

Рисунок 5

Скорость сварки: скорость перемещения электрода вдоль сварного шва влияет на то, сколько времени есть у энергии дуги на то, чтобы проникнуть в основной материал в каждой отдельно взятой точке шва. По мере увеличения скорости сварки время нахождения дуги в отдельной точке шва снижается, из-за чего снижается глубина проплавления. По мере снижения скорости сварки время нахождения дуги в отдельной точке шва увеличивается, а глубина проплавления становится больше (см. Рисунок 6).

Рисунок 6

Расстояние от контактного наконечника до изделия: в режимах MIG/MAG, FCAW и SAW на жесткой ВАХ (CV) при одинаковой скорости подачи проволоки и напряжении дуги по мере увеличения расстояния от контактного наконечника до изделия сопротивление на пути тока через электрод возрастет, потому что этот электрод (т. е. металлический электропроводник) станет длиннее. Увеличение сопротивления при том же напряжении приведет к снижению силы тока (по закону Ома), что, в свою очередь, вызовет снижение глубины проплавления. Соответственно, при уменьшении расстояния от контактного наконечника до изделия сопротивление снижается, а сила тока и глубина проплавления увеличиваются.

Напряжение дуги, напротив, не оказывает практически никакого влияния на глубину проплавления. Хотя изменения напряжения могут вызвать минимальные изменения глубины проплавления, его влияние по сравнению с силой тока и других перечисленных в этой статье переменных весьма ограничено. Напряжение дуги больше влияет на ее длину. При той же скорости подачи проволоки по мере увеличения напряжения дуги она удлиняется, по мере снижения напряжения — укорачивается. Длина дуги, в свою очередь, влияет на ширину и размер ее конуса. Если длина дуги снизится, конус дуги станет уже, а дуга — более сфокусированной (см. Рисунок 7). В результате получается узкий и выпуклый сварной шов, также может немного уменьшиться глубина проплавления. Аналогичным образом при уменьшении длины конус дуги становится шире, а сама дуга — мягче. В результате шов становится более широким и плоским, а глубина проплавления может немного увеличиться. Влияние напряжения дуги на форму шва показано на Рисунке 8. Также заметьте, что швы, сделанные при напряжении 27, 34 и 45 вольт, несколько различаются по глубине проплавления (при одинаковых силе тока, скорости подачи проволоки и диаметре электрода). Учтите, что это крайне большая разброс в напряжении дуги — этот эксперимент был проведен только для того, чтобы проиллюстрировать эту статью. На практике напряжение дуги будет варьироваться всего на несколько вольт. Поэтому колебания глубины проплавления из-за такой малой разницы в напряжении будут пренебрежимо малы.


Рисунок 7	Рисунок 8

По иронии, многие сварщики полагают, что напряжение дуги как раз является главной переменной, которая оказывает наибольшее влияние на глубину проплавления. Напряжение иногда неправильно называют «жаром», и сварщики увеличивают напряжение или «жар», чтобы получить видимое увеличение глубины проплавления, или снижают, чтобы его уменьшить. Скорее всего это заблуждение вызвано тем, что при увеличении напряжения шов зрительно становится шире (как показано на Рисунке 8). Однако, как уже было сказано выше, эти изменения ширины шва вызваны сужением или расширением конуса дуги. Итоговая глубина проплавления при разном напряжении (при условии неизменной силы тока) практически одинакова.

Объемная плотность тока — Справочник химика 21

Важным фактором в процессе образования хлоратов является pH среды. Оптимальные значения pH лежат в пределах 6,0—6,7 (рис. VI-3). Эти значения pH наиболее благоприятны также и для протекания реакции химического образования хлората (кривая 1). Однако при pH > 10, т. е. в условиях, когда реакция химического образования хлората не протекает, выход его по току достигает 65—75%, что свидетельствует о преимущественном протекании реакции (VI,3) при получении хлората и в оптимальном значении pH. С повышением анодной плотности тока возрастает выход хлората по току, а с увеличением объемной плотности тока наоборот— выход снижается (рис. VI-4). [c.185]
Какую роль при получении хлората натрия электролизом хлорида натрия играют материал анода, температура электролита, объемная плотность тока Дайте обоснование выбора оптимальных условий электролиза.

[c.298]

Для обеспечения относительно невысокой объемной плотности тока (10 А/л) над электродами предусмотрен достаточный объем [c.188]

При электролизе цинка выделяется большое количество тепла. Чем выше применяемая катодная плотность тока, тем больше объемная плотность тока и температура электролита. Поэтому если при низких плотностях тока достаточное охлаждение достигалось установлением холодильников в самом электролизере (с охлаждением отработанной воды в градирнях), то с повыщением плотности тока потребовалось централизованное охлаждение электролита в вакуум-холодильных или других установках [19]. В этом случае необходима отдельная циркуляция электролита между ваннами и холодильной установкой. [c.275]

В электролизерах современной конструкции удается получить натрий с выходом по току 75% путем подбора оптимальной объемной плотности тока в анолите и создания благоприятных условий для вывода из ванны части образующейся при электролизе воды. Вода выводится из электролизера вследствие ее испарения с поверхности электролита и захвата выделившимся на аноде кислородом. [c.523]

При получении персульфата аммония можно, следовательно, применять меньшие объемные плотности тока и вести процесс при более высоких температурах. [c.363]

В вытекающий из нижней ванны электролит (католит) добавляют промотор и затем перекачивают его в напорный бачок. Из напорного бачка электролит самотеком поступает в анодные ячейки верхней ванны, а затем, пройдя через все анодные ячейки каскада, собирается внизу, в приемнике для надсерной кислоты. Концентрация надсерной кислоты в этом растворе около 240—250 г/л, содержание серной кислоты около 280 г/л. Силу тока на ваннах и скорость циркуляции рассчитывают, исходя из этой концентрации. Объемная плотность тока в описанных ваннах около 150—200 а/л. [c.370]

Для охлаждения ванна имеет стеклянные холодильники. Температура электролита 35—38° С. Объемная плотность тока [c.371]

Объемная плотность тока в ванне анодного оксидирования алюминиевых деталей составляет 0,52 А на 1 л электролита. Продолжительность процесса оксидирования 25 мин. [c.222]

На рис. 4.7 приведена зависимость выхода по току от значения pH раствора электролита, полученных на графитовых анодах при температуре 40 °С, анодной плотности тока 0,87 кк/и и объемной плотности тока 8,3 кА/м [c.148]

Объемная плотность тока, кА/м Выход по току МаСЮз, % [c.156]

В процессе электролиза с получением пероксодисульфата аммония можно поддерживать более высокую температуру раствора электролита и более низкую объемную плотность тока. Такие условия электролиза удается реализовать благодаря не- [c.173]

Объемная плотность тока, кА/м 250—500 [c.177]

В. Объемная плотность тока в пределах 2,5-5 А/дм , количество пропущенного электричества — 1,4-3,6 А-ч/дм (в зависимости от концентрации общего белка). Расход электроэнергии составляет 11,7-42,2 Вт-ч/дм или 2,9-12,1 Вт-ч/г глобулина (при условии содержания глобулина в гидролизате 7-9,6 г/л). [c.161]

В связи с тем, что хлорат образуется в результате не только электрохимической, но и химической реакции, процесс характеризуется помимо электродной и объемной плотностью тока (или концентрацией тока). [c.181]

Объемная плотность тока представляет собой отношение силы тока, проходящей через электролизер, к объему электролита и измеряется в А/л. Поскольку химическая реакция между гипохлоритом и хлорноватистой кислотой в объеме раствора [c.181]

Плотность тока. Окисление сульфатов, как и окисление серной кислоты, протекает при высоких положительных потенциалах, поэтому электролиз следует проводить при больших анодных плотностях тока (до 5 кА/м ). Гидролиз пероксодисульфатов протекает с меньшей скоростью, чем гидролиз пероксодвусерной кислоты, поэтому электролиз можно проводить при пониженных объемных плотностях тока (15—20 А/л). [c.193]

Объемная плотность тока, А/л — 120 400-500 [c.196]

При электролизе цинка выделяется большое количество тепла. Чем выше применяемая катодная плотность тока, тем больше объемная плотность тока и температура электролита. Поэтому, если при низких плотностях тока достаточное охлаждение достигалось установлением холодильников в самом электролизере (с охлаждением отработанной воды в градирнях), то с повышением плотности тока потребовалось централизованное охлаждение электролита в вакуум-холодильных или других [c.389]

Для получения персульфата аммония применяют концентрированные растворы бисульфата аммония. Поскольку при электролизе бисульфата аммония раствор имеет меньщую кислотность, чем при получении надсерной кислоты, то побочные процессы, связанные с разложением (ЫН4)2520в, образованием мононадсерной кислоты и дальнейшими ее превращениями, протекают в меньшей степени. Поэтому при получении персульфата аммония можно работать с меньшей объемной плотностью тока и при более высокой температуре. [c.199]

В качестве катодного материала используются свинец или серебро, на которых потери гидросульфита, вследствие его дальнейшего восстановления до тиосернистого натрия, минимальны. С целью уменьшения потерь, обусловленных разложением гидросульфита натрия, электролизу подвергают относительно разбавленные растворы NaHSOi (не более 200 г/л) при высоких объемных плотностях тока (100 А/л и выше). Выход гидросульфита натрия по току составляет около 70%. [c.213]

Для получения НаЗгОв требуется охлаждать анолит до 10— 15 °С. Важно также максимально сократить продолжительность электролиза до момента достижения требуемой концентрации НгЗгОв, составляющей 300—320 г/дм . Быстрое накопление ионов персульфата наиболее эффективно обеспечивается высокой объемной плотностью тока в анодном пространстве. Наконец, влияние высокой концентрации Н28208 на скорость ее гидролиза удается частично подавить, используя принцип каскадного расположения анодных ячеек. В этом случае анолит, перетекая из одной ячейки в другую, постепенно обогащается пероксодисерной кислотой. Минимальная концентрация ЗгО » и, следовательно, минимальная скорость гидролиза НгЗгОа в первой ячейке обеспечивают максимальный выход по току продукта. Правда, по мере приближения к последней ячейке выход по току падает, но среднеарифметический выход по току в расчете на весь каскад оказывается достаточно высоким. [c.186]

Скорость побочных реакций значительно увеличивается с температурой и ростом концентрации серной и надсерной кислот. Для предотвращения побочных реакций, связанных с появлением п -электролите мононадсерной кислоты, процесс накопления надсерной кислоты (конечная концентрация надсерной кислоты примерно 230—250 г л) следует производить быстро. При этом мононадсер-ная кислота успевает образоваться лишь в небольших количествах и вредное ее влияние на процесс снижается. Необходимо поэтому насколько возможно уменьшить объем анодного пространства и применять высокие объемные плотности тока (сила тока, приходящаяся на 1 л объема анолита). При температуре анолита 16—18°С объемная плотность тока должна быть в пределах 150—300 а/л. [c.361]

Аноды помещены в трубки. Благодаря такой конструкции анодного пространства удалось достичь очень высоких объемных плотностей тока (до 600—1000 а/л), что повлекло за собой повышение анодного выхода по току и дало возможность получать высокие концентрации надсерной кислоты (до 340 г/л). Семь секций по сорок анодных ячеек в каждой укрепляются в каркасе и помещаются в керамическую четырехугольную ванну размерами 1200×1 ЮОХ XI150 мм. Катодами служат свинцовые листы, помещаемые меж- [c.364]

Для снижения роли этого процесса работают с высокой объемной плотностью тока (свыше 100 а/л). Удается получить растворы с концентрацией Na2S204 до 150—170 г/л. Напряжение на ванне порядка 6—7 в, а выход по току 50—70%. Способ не имеет широкого применения. [c.436]

Уменьшению скоростей протекания побочных процессов в значительной мере способствует повышение анодной и объемной плотности тока. Этот эффект основан на увеличении перенапряжения водорода и уменьшении концентрации кислоты Каро в приаиодной зоне. [c.173]

Регулировалось несколько технологических парамегров концентрация белковых веществ с = 70-2000 мг/ дм pH 4,5 объемная плотность тока V = 0,03-0,6 А/дм и время обработки 5-20 мин. [c.133]

Изучены основные закономерности электрофлотационного извлечения меди и цинка в присутствии пирофосфатов, тартратов, трилонатов и аммиака из промывных вод гальванических производств и производства печатных плат. Выявлено, что для извлечения дисперсной фазы необходимо создать избыток катионов по отношению к лиганду. Наибольший избыток необходим для сильных комплексообразователей, таких как тартрат и пирофосфат, образующих устойчивые комплексы. Определены флокулян-ты, интенсифицирующие процесс очистки сточных вод. Исследован процесс электрофлотационного извлечения ионов меди и цинка из цианидсодержащих сточных вод.

Показано, что эффективность процесса зависит от соотношения металл лиганд, объемной плотности тока, концентрации хлорид-ионов. [c.54]

На рис. 2.48 показана конструкция отечественного монополярного электролизера с графитовыми анодами 9 и охлаждаемыми катодами 8. Последние выполнены в виде двойной гребенки из плоских прямоугольных коробок, присоединенных к коллекторам, по которым протекает охлаждающая вода. Корпус 1 изолирован от крышки 2 прокладками 3. Головки анодов и стояки для подачи воды проходят через крышку. Отдельные аноды над крышкой соединены с анодными шинами, которые в свою очередь присоединены к общей токоподводящей шине 4. Ток к катода1М подводится через стояки для охлаждающей воды. Герметизация мест вывода анодов и стояков достигается с помощью битумной заливки 6, которая находится в коробах 5. Корпус электролизера гуммирован. Электролизер данного типа рассчитан на нагрузку 20—25 кА при анодной плотности тока 1 кА/м и объемной плотности тока 10 А/л. [c. 183]

Температура подвергаемого электролизу раствора серной кислоты не должна превышать 15—17 °С. Повышение температуры вызывает увеличение скорости гидролиза пероксодвусерной кислоты в электролизере и падение вследствие этого вывода по току. Более низкие температуры электросинтеза лер-оксодвусерной кислоты поддерживать нецелесообразно, так как при этом снижается электропроводимость раствора и возникают конструктивные трудности, связанные с обеспечением эффективного охлаждения в условиях высоких объемных плотностей тока. [c.193]

Так как объемную плотность тока вычисляют ин объема и скорости протека1гия электролита, то эти величины нужно точно фиксировать, что достигается при помощи автоматических регуляторов скорости. [c.203]

«Скругление» сингулярностей при расчёте электромагнитных полей

Вы значительно сгущаете сетку на угле вашей геометрии, но все равно не можете получить сходимость по величине электромагнитного поля в этой точке? Является ли это критической проблемой? А если является, то что можно с этим поделать? Давайте попробуем разобраться.

Сингулярность при расчёте электромагнитного поля на острых краях

Рассмотрим модель изогнутой медной проволоки. Допустим, что вам нужно приложить напряжение 5 мВ между его концами и рассчитать полный ток в стационарном случае. При использовании сетки с размером Normal (дефолтной сетки) вы получаете ток в 490 А. Затем, вы решаете попробовать несколько других настроек сетки, чтобы оценить сеточную сходимость по данной величине. Получившиеся результаты варьируются только на несколько мА, а при использовании все более густой сетки уже практически незаметно никаких различий. На основании этих данных, вы делаете вывод что результат является сходящимся по сетки и достаточно точным для ваших задач.

Геометрическая модель провода (слева) и расчётное распределение электрического потенциала в mV (справа).

Затем вы решаете оценить максимальную плотность тока в проводе. Важно, чтобы это значение не было слишком высоким. В противном случае в реальном устройстве в результате тепловыделения возникнет риск износа защитной оболочки, что в т. ч. может привести к пожару.

При использовании дефолтной сетки у вас получается максимальная плотность тока равная 6.2 A/mm². Несложно определить (по графику), что это значение появляется на внутренней части изгиба, поэтому на этот раз вы решаете локально сгустить сетку в этой области, чтобы проверить сеточную сходимость для данного значения. На приведенном ниже графике показаны (довольно тревожные) результаты: даже если вы сгустите сетку в 100 раз, оценка для максимальной плотности тока все равно будет расти, и нет никаких признаков того, что она когда-либо выйдет на установившееся значение.

Сингулярность для величины плотности тока во внутреннем углу (слева) и зависимость максимальной плотности тока от локальной густоты сетки (справа).

Вы столкнулись с сингулярностью, которая обусловлена геометрической особенностью задачи. Плотность тока пропорциональна электрическому полю, которое, в свою очередь, является градиентом (с отрицательным знаком) электрического потенциала. В то время как сам электрический потенциал остается гладким и четко определенным на остром угле, его градиент в теории уходит на бесконечность. В рамках численного моделирования он будет стремиться к бесконечности по мере того, как вы будете уточнять/сгущать сетку. В действительности, конечно, нет идеально острых краев. Однако чем острее край, тем больше локальная плотность тока.

Задание скруглений в COMSOL Multiphysics®

Если вы зададите на «проблемном» крае конечный радиус кривизны, то можете «ограничить» плотность тока в модели, чтобы воссоздать более реалистичную ситуацию. Вот как это можно сделать в общем случае:

Создайте объединение объектов, пересекающих ребро, с помощью операции Union и убедитесь, что чек-бокс Keep interior boundaries снят. Это сделает направление скругления однозначным.
Добавьте операцию Fillet (Скругление/Галтель). Выберите ребра, которые вы хотите включить в данную операции, и укажите подходящий радиус.
Нажмите кнопку Build All Objects для построения всех объектов в геометрии просмотра итогового результата.

Расчет для геометрии, в которой была использована операция скругления, теперь будет возвращать плавное распределение тока с максимальным значением 5.1 A/mm², что в т.ч. подтверждает исследование сеточной сходимости.

Плавное распределение плотности тока (слева) и зависимость максимальной плотности тока от локальной густоты сетки (справа) при использовании скруглений на уровне геометрии.

Скруглять или не скруглять?

Если вас интересует только общий ток в системе, а также распределение напряжения или плотность тока на некотором разумном расстоянии от сингулярности, то вы можете получить адекватные результаты даже без скруглений. Важно отметить, что данное рассуждение относится и к оценке сосредоточенных параметров, таких как сопротивления и импедансы. При расчёте электромагнитного нагрева даже небольшой теплопроводности достаточно, чтобы обеспечить плавное распределение температуры и сходимость по максимальной температуре, несмотря на локально сингулярную плотности тока.

Тем не менее, если вы хотите убедиться, что ваши локальные поля и токи рассчитаны правильно, то избегать острых углов – это хорошая идея. В общем случае, края и углы в 3D, а также углы в 2D могут приводить к сингулярностям при расчете электрических или магнитных полей. Это справедливо, как в случае внешних границ вашей модели, так и в случае границ раздела материалов с различными свойствами. Если для полевых переменных получаются сингулярности, то аналогичное поведение будет характерно и для большинства производных переменных, зависящих от них явно и локально.

На следующем графике показано распределение тензора напряжений по Максвеллу (используется для расчёта магнитных сил) на поверхности железного стержня рядом с подковообразным магнитом. Поскольку тензор напряжений пропорционален квадрату магнитного поля, он становится сингулярным, если стержень имеет острые углы и края.

Магнитная индукция вокруг подковообразного магнита и распределение тензора напряжений по Максвеллу на расположенном рядом с магнитом железном стержне. Крупным планом показана локальная магнитная индукция на поверхности железного стержня без (слева) и при использовании (справа) скруглений.

Сингулярности характерны не только для расчётов электромагнитных явлений: многие другие переменные-градиенты (тепловые потоки, механические напряжения и деформации и т.п.) проявляют подобные особенности, но станут гладкими, если вы скруглите края и углы расчетной области. Дополнительную информацию вы сможете найти в одной из наших прошлых заметок корпоративного блога о сингулярностях.

Сопротивляйтесь искушению…

Последнее, но не менее важное: ни в коем случае не срезайте углы! Может возникнуть соблазн сократить общие число элементов сетки, используя более простую операцию Chamfer (фаска) вместо Fillet (Скругление/Галтель). Эта операция приведет в появлению прямого участка вместо гладкого изгиба и буквально заменит каждую сингулярность двумя дополнительными.

Операция Fillet (как и Chamfer) для 2D-геометрии доступна в программном обеспечении COMSOL Multiphysics® (в базовой платформе) начиная с версии 5.0. Для использования аналогичной операции в 3D вам потребуется модуль CAD-импорт и CAD-операции.

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

Подготовка и тестирование, как описано выше, должны привести к тому, что образец, который разрушается на своем датчике, аналогичен образцу монокристаллической меди (SCC), показанному на рисунке 6а . Механический сбой должен сопровождаться большим увеличением сопротивления, подтверждающим, что образец SCC электрически изолирован изолированными шайбами и оксидной оболочкой из кремниевой рамы. Плоские дислокации в образце должны наблюдаться с использованием режима яркого поля ТЕА, сфокусированного вблизи оси зоны. Постепенно увеличивая напряжение до достижения напряжения потока (состояние равновесия после выхода), движения дислокаций должны быть видны ( рис. 6, б ). При дополнительном растяжении и / или приложенном токе соответствующие перемещения дислокаций могут непрерывно контролироваться.

фигура7 показаны репрезентативные изображения во время эксперимента EAD на образце SCC ¹³ . После деформации образца до его равновесного состояния после выхода, дополнительная деформация была применена без применения какого-либо тока (см . Рис. 7, б 1 ). Это привело к появлению новой дислокационной петли (или, возможно, второго скользящего скольжения), как показано стрелкой на рисунке 7b 2 . Без изменения деформации была применена плотность тока 500 А / мм ² , но это не вызывало заметного движения в любой дислокации ( рис. 7, б 3 ). Ток удаляли, образец поддерживали постоянным в течение одной минуты, и напряжение снова увеличивали, снова приводя к заметным изменениям в дислокационной петле, обозначенной стрелкой на фиг. 7b Ронг> 4 . Этот результат иллюстрирует потенциал этой процедуры для изоляции тепловых и электрических эффектов, связанных с деформацией с электроприводом. Эксперименты с более высокой плотностью тока (до 5 кА / мм ² ) также были выполнены с использованием этой методики, что дает аналогичные результаты — никакого наблюдаемого дополнительного движения дислокаций при отсутствии дополнительной деформации. Использование более высоких плотностей тока подчеркивает способность этой техники устранять термические напряжения, вызванные джоулевым нагревом, которые усложнили предыдущие наборы данных EAD.

Учитывая малый размер участка образца, выбор высококачественного материала имеет первостепенное значение. Например, дефекты микромасштабных материалов, например пустоты, вблизи калибровочной секции, приведут к катастрофическому разрушению образца во время подготовки материала ( рис. 4 г ). Это особенно Поскольку трудно понять, есть ли невидимые дефекты материала в измерительной секции без проведения дополнительных неразрушающих испытаний, таких как рентгеновская дифракционная топография.

Другой ключевой задачей является возможное повреждение поверхности при лазерном или сфокусированном ионном измельчении, включая имплантацию Ga-ионов, индуцированные ионным пучком дислокации и образование аморфных структур при нагреве, вызванном лазером. Большинство поверхностных артефактов можно удалить, используя нежный процесс фрезерования FIB (шаг 3.3). Однако использование этих методов микрообработки все еще требует тщательного рассмотрения, поскольку эти поверхностные дефекты могут изменять микроструктуры образца и в значительной степени влиять на результаты эксперимента EAD. В нашей работе мы использовали изображения ТЕМ с высоким разрешением и дифракционные рисунки, чтобы подтвердить, что наши образцы действительно были первозданной монокристаллической меди . Рисунок 6 c .

Content «fo: keep-together.within-page =» 1 «> Следует отметить, что максимальное повышение температуры в центре измерительной секции можно вычислить, используя следующее уравнение ¹³ : где — плотность тока, — длина калибровочной секции, Электрическое сопротивление и — теплопроводность. Уравнение указывает, что повышение температуры в калибровочной секции очень чувствительно к Так как максимальное увеличение температуры образца напрямую связано с квадратом длины колеи. Например, увеличивая длину измерительной секции на порядок, от 10 мкм М (используется в настоящем исследовании) до 100 мкм, увеличило бы повышение температуры на два порядка. Вместо повышения температуры ~ 0,02 ° C температура увеличилась бы на ~ 2 ° C, и это, вероятно, существенно повлияло бы на это исследование. Кроме того, выбор материала также влияет на повышение температуры. Медь, используемая в этом исследовании, обладает относительно низкими электрическими резистивными и высокими коэффициентами теплопроводности и, как результат, для данной плотности тока ожидаемое повышение температуры в образце меди будет намного меньше по сравнению с другими образцами материала. В качестве примера платина имеет в 6 раз большее удельное сопротивление и в 5 раз меньшую проводимость ¹⁷ по сравнению с медью, и в результате ожидается гораздо больший рост температуры (примерно в 30 раз) для случая платины, когда длина датчика и заданная плотность тока являются одна и та же.

P_upload / 55735 / 55735fig1.jpg «/>
Рисунок 1: Микромеханическая электромеханическая испытательная система (MEMTS). Это изображение представляет собой трехмерную (3D) схему, показывающую важные компоненты и то, как образцы вписываются в держатель ТЕА. Только провода, соединяющие образец с выводами на держателе ТЕА, не показаны. Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 2: Процесс изготовления кремниевых фреймов. Голая пластина Si ( a ) покрыта спин-фильтром с помощью фоторезиста ( b ), который затем рисуется с использованием фотолитографии. Экспонированный фоторезист развивается, чтобы обнажить подложку Si ( c ). Пластина временно связана с более толстой опорной пластиной и реактивнойИонного травления (RIE) используется для травления через более тонкую верхнюю пластину ( d — e ). Ацетон используется для удаления фоторезиста и для отсоединения опорной пластины ( f ). Затем на всю поверхность выгравированной пластины ( g ) наносят слой оксида кремния. Наконец, отдельные рамы отделены от пластины, осторожно вытаскивая их без их опорных вкладок ( h ). Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 3: Изготовление металлических образцов. Оптические изображения ( а ) массива образцов меди ( б ) отдельного образца и ( в ) увеличенный вид измерительной секции. Шаги процесса изготовления показаны в ( d >), который является поперечным сечением вдоль A — A в ( b ). Обе стороны тонкой фольги покрыты фоторезистом для защиты образца во время лазерной резки ( d , сверху). Структуры обрабатываются лазером ( d , второй), а затем вытравливаются для получения гладких краев ( d , третий). Многие образцы могут быть изготовлены из одного производственного цикла, как показано на ( a ). Наконец, фоторезист снимают и отдельные образцы осторожно удаляют с листа образца ( d , bottom). Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 4: Изображения фрезерования фокусированного ионного пучка (FIB). На изображении ( а ) показан образец, прикрепленный к раме Si и крупным планом(Вставка) опоры образца после ее лазерной резки. Изображения ( b ) — ( e ) показывают, что сечение измерителя становится все более тоньше во время последовательных проходов FIB. Каждый проход удаляет меньше материала для улучшения отделки поверхности и уменьшения изменений свойств материала из-за процесса измельчения. Тем не менее, возможно, что дефекты дефектов колеи остаются ( f ), что может привести к разрушению материала даже до нанесения какой-либо деформации ( г ). Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 5: Образец, установленный в держателе ТЕА. ( А ) и ( б ) показывают собранный образец в держателе ТЕА и конечный размер калибровочной секции с гладкими поверхностями, используя генTle FIB фрезерование. Когда образец прикрепляется к раме Si, а серебряные проводы прикрепляются с использованием проводящей эпоксидной смолы ( c ), два круглых отверстия в раме Si используются для крепления образца в держателе TEM. Непроводящие шайбы используются для изоляции образца от держателя ТЕА. Наконец, серебряные провода прикрепляются к держателям держателей TEM с помощью проводящей эпоксидной смолы. Изменено ¹³ , с разрешения AIP Publishing. Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 6: Репрезентативная монокристаллическая медь (SSC). ( А ) показывает измерительную секцию (местоположение А на рис. 1 ), выполненную после отказа измерительной секции. ( B >) — яркое полевое изображение калибровочного сечения, показывающее плоские дислокации. ( C ) показана дифракционная картина в измерительной секции. Изменено ¹³ , с разрешения AIP Publishing. Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 7: Экспериментальные TEM-изображения in situ EAD. Эти изображения показывают механические и электрические нагрузки на движение дислокации. ( B1 ) — ( b4 ) показывают масштабное изображение области ( b ) в ( a ). ( B1 ) показывает образец в состоянии равновесия после выхода. ( B2 ) идентифицирует образование дислокационной петли в результате дополнительной деформации за пределами состояния, указанного в ( b3 ). Когда напряжение снова увеличилось, снова были замечены дальнейшие изменения дислокаций ( b4 ). Перепечатано ¹³ , с разрешения AIP Publishing. Нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Что сохраняется в файле cookie?

Нарушения проводимости, вызванные электрическими полями с высокой плотностью тока

Во время внутренней дефибрилляции вблизи электродов дефибрилляции возникают градиенты потенциала более 100 В / см. Такие сильные поля могут вызывать пагубные последствия, включая аритмию. Это исследование определило 1) влияние таких сильных полей на распространение активации и 2) были ли эти эффекты разными для однофазных и двухфазных ударов.Напряжения и градиенты потенциала во время разряда, а также последовательности активации до и после разряда были картированы с помощью 117 эпикардиальных электродов, размещенных на площади 3 х 3 см на правом желудочке у шести собак. Стимуляция с длиной цикла 350 мсек подавалась от длинного узкого электрода на правой стороне отображаемой области для генерации параллельных изохрон активации. Монофазный разряд длительностью 10 мс или двухфазный разряд с длительностью обеих фаз 5 мсек подавался через 300 мсек после последнего стимула с помощью сетчатого электрода на левой стороне отображаемой области в качестве катода с анодом на правое предсердие.Были приложены удары 70-850 В, и градиент потенциала и плотность тока на каждом регистрирующем электроде были рассчитаны на основе измеренных потенциалов и ориентации волокна с использованием метода конечных элементов. Электрокардиостимуляция возобновлялась через 200 мсек после электрошока, и последовательности активации отображались на срок до 5 минут. Потенциальные градиенты варьировались от 1 до 189 В / см с высокими полями слева и низкими полями в правой части отображаемой области. Если градиент потенциала был слабым, первая последовательность активации после разряда была аналогична последовательности до шока, но активация блокировалась без проведения в области, где градиент был больше 64 +/- 4 (среднее +/- SD) В / см. для однофазных и более 71 +/- 6 В / см для двухфазных разрядов.Эти значения существенно различаются (p менее 0,003). Чем выше градиент потенциала, тем дольше продолжалась блокада до восстановления проводимости. Однако длительность блока была короче для двухфазных сигналов, чем для однофазных сигналов той же напряженности поля. В заключение, блокирование проводимости может следовать за любой формой волны, но двухфазные формы волны вызывают меньшую блокировку, чем монофазные формы волны. Этот эффект может частично объяснить повышенную эффективность дефибрилляции при двухфазных разрядах.

π – π суммирование индуцировало высокую плотность тока и повышенную эффективность в тройных органических солнечных элементах

Трехкомпонентные системы смешивания использовались для увеличения плотности тока короткого замыкания ( Дж, _SC ) и коэффициента заполнения (FF) органических солнечных элементов (OSC).Однако поиск подходящих третьих компонентов, которые одновременно обладают дополнительным поглощением света и хорошо подобранными уровнями энергии, все еще является проблемой. Здесь небольшая органическая молекула, 4,4 ‘- (9,9-дигексил-9 H -флуорен-2,7-диил) бис ( N , N -бис (4- (пирен-1 -ил) фенил) анили-не) (DFNPy), который содержит ядро трифениламина и объемные пиреновые кольца, был разработан и использован для создания ОСК из тройной смеси. DFNPy демонстрирует дополнительные спектры поглощения в коротковолновой полосе 350–450 нм, о которых редко сообщалось в области тройных ОСЗ.Кроме того, громоздкие пиреновые кольца объединяют через π – π-стопку , способствуя переносу заряда. В результате в PTB7-Th: DFNPy: PC ₇₁ был реализован высокий КПД преобразования мощности (PCE) 10,59% с улучшенным J _SC 19,72 мА см ⁻² Тройные OSC на базе BM. Было обнаружено, что добавление DFNPy модулирует морфологию пленки за счет улучшения разделения фаз пленки и кристалличности, что может способствовать генерации заряда и уменьшать рекомбинацию зарядов, что приводит к увеличению подвижности.Результаты демонстрируют эффективную стратегию улучшения фотоэлектрических характеристик OSC.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуйте снова?

Плотность тока | bartleby

Что такое плотность тока?

Количество заряда, протекающего на единицу площади выбранного поперечного сечения, в электромагнетизме называется плотностью тока.Вектор плотности тока — это электрический ток на единицу площади поперечного сечения в данной точке пространства. Его направление совпадает с направлением движения положительных зарядов в этой точке. В системе единиц СИ плотность тока измеряется в амперах на квадратный метр или А / м2. Его габариты — Ил-2.

В данной точке M предположим, что A представляет собой небольшую площадь поверхности и перпендикулярно движению зарядов в точке M. Рассмотрим IA как ток, текущий через площадь поверхности A, а плотность электрического тока j в точке M определяется выражением следующее уравнение:

j = limA → 0 IAA = ∂I∂A | A = 0

Поверхность A центрирована в точке M, а A перпендикулярна движению зарядов во время предельного процесса.

Вектор плотности тока имеет ту же величину, что и плотность электрического тока. Его направление совпадает с движением положительных зарядов в M.

Если v — скорость зарядов, а ∂A — небольшая поверхность с центром в точке M и перпендикулярна v, то только заряд, присутствующий в объеме, образованном ∂A в данный момент времени dt и I = dqdt будет проходить через небольшую площадь dA. Этот тип заряда определяется как ρvdt dA. Вектор плотности тока может быть задан как j = ρv. За период времени от t1 до t2 поверхностный интеграл j по поверхности S дает общее количество заряда, протекающего через поверхность за это время (t2-t1):

q = ∫∫S j.= J cosθ

где «.» представляет собой скалярные произведения векторов, и компонент плотности тока, проходящий по касательной к площади, равен j sinθ, а компонент плотности тока, проходящего через поверхность, равен j cosθ. Нет никакой составляющей плотности тока, проходящей по касательной через область, и единственная составляющая плотности тока, проходящая перпендикулярно области, — это косинусная составляющая.

Индукционные машины большой удельной мощности с повышенной температурой обмоток

Повышение рабочей температуры электрических машин является серьезной проблемой в контексте широкомасштабного использования электроэнергии во многих промышленных или индивидуальных приложениях, таких как мобильность.Действительно, работа при более высоких температурах позволяет размещать электрические приводы в критических областях, таких как, например, авиационные двигатели, и / или значительно улучшать удельную мощность машины. Для некоторых применений (глубокая перекачка, вентиляция и т. Д.) Использование индукционной машины по-прежнему является предпочтительным из-за стоимости, простоты и надежности. Целью данного исследования является оценка возможностей создания высокотемпературной индукционной машины с короткозамкнутым ротором.Значительное повышение рабочей температуры машины косвенно позволило бы нам предвидеть увеличение плотности тока в активных проводниках и, таким образом, значительное улучшение отношения мощности к массе. Однако это происходит в ущерб эффективности. Цель этого исследования — оценить это снижение эффективности, связанное с повышением температуры, чтобы найти лучший компромисс в соответствии с соответствующими приложениями. Для прогнозирования потерь была предложена аналитическая модель размеров, которая будет объединена с тепловой моделью для прогнозирования температуры в различных частях машины.В этом исследовании представлена важная информация о влиянии температуры на параметры, важные для работы асинхронной машины.

1 Введение

Индукционные машины (IM) — хорошо известные компоненты электромеханических преобразовательных цепей, главным образом благодаря их простоте, надежности и доступности при использовании с короткозамкнутым ротором. Возможность подачи их непосредственно от электросети делает их предпочтительным выбором для вентиляционных или насосных систем, хотя в последние годы они все чаще и чаще сочетаются с приводами с регулируемой скоростью для оптимизации потребления энергии.Экологический контекст подтолкнул производителей к повышению эффективности своих машин, чтобы максимально ограничить их воздействие на окружающую среду. Так появились стандарты IE2, 3 или 4.

Однако есть более конкретные приложения, в которых использование IM остается привилегированным и для которых понятие эффективности не может быть самым важным параметром. Эти приложения будут скорее ориентированы на долгий срок службы и высокую доступность машины. В этом случае окружающая среда машины может сильно ограничиваться температурой, давлением, влажностью или доступным объемом, поэтому необходимо найти адекватные решения.Повышение температуры остается основной проблемой, поскольку позволяет решить две проблемы.

Во-первых, для некоторых приложений требуются электродвигатели, которые могут работать в горячих средах, например, в будущих авиационных турбинах, разработанных с использованием технологии с открытым ротором [1,2], или в закрытых средах с ограниченным охлаждением или без него, например, вблизи горячего потока самолета. двигатель. Также рассматриваются другие промышленные применения, такие как вентиляция горячим воздухом в случае пожара.

Во-вторых, увеличение плотности тока в проводниках вращающейся электрической машины эквивалентно увеличению ее отношения мощности к массе, что имеет решающее значение с точки зрения места и веса для бортовых приложений [3,4].Морская силовая установка в настоящее время развивается в сторону полностью электрической силовой установки, и давайте воспользуемся этой возможностью, чтобы перечислить преимущества силовой установки гондолы. Для этого типа силовой установки для достижения приемлемой энергоэффективности необходимо поработать над формой колбы и соответственно использовать электрические машины с высокой удельной мощностью.

Плотность тока, выбранная разработчиками вращающихся машин, редко превышает 6 А мм. ^–2, за исключением машин с усовершенствованными системами охлаждения, такими как приводы с водяным охлаждением или турбогенераторы.

Повышение плотности тока вызывает нагрев, который используемые в большинстве случаев органические изоляционные материалы не выдерживают.

Использование более компактных приводов не только имеет экономический эффект с точки зрения производства и использования, но также оказывает влияние на окружающую среду. Таким образом, ясно видно преимущество возможности повышения рабочей температуры машин. Многие трудности возникают на разных уровнях. В самом деле, необходимо учитывать не только проблему дизайна, но и тип машины, всю машину в целом: составляющие материалы должны быть идентифицированы и охарактеризованы, чтобы переопределить правила эволюции как функция температуры.

Это исследование включает изучение возможности работы машины при высоких температурах без учета систем изоляции и изучение влияния температуры на удельную мощность и необходимые параметры, определяющие ее производительность.

Эта статья может быть большим подспорьем в выборе лучшего кандидата, высокотемпературной электрической машины.

Во-первых, краткое описание современного состояния техники поможет прояснить контекст высокотемпературных машин, что не очень распространено.Это дает авторам возможность четко определить свои цели в этом исследовании.

Остальная часть статьи организована следующим образом:

Раздел 3 объясняет, как нам удается оценить возможности построения высокотемпературного IM на основе изменения плотности тока. Предлагаются две модели: тепловое и аналитическое моделирование. Результаты моделирования будут подробно рассмотрены и проанализированы в разделе 4.

Раздел 5 представляет собой заключение, предлагающее различные решения и явления, которые следует принимать во внимание.

2 Современное состояние и философия

За последние несколько десятилетий было изучено несколько прототипов высокотемпературных машин. Каждый из них чаще всего был основан на классической конструкции с использованием материалов, подходящих для высокотемпературных применений.

Опытный образец высокотемпературной машины был построен исследователями General Electric в Скенектади, штат Нью-Йорк. Это небольшой электродвигатель, работающий при температурах до 725 ° C, демонстрирующий возможности нового высокотемпературного электрического проводника: серебряно-палладиевая проволока (50–50%) с никелевым покрытием.Дирижер был разработан фирмой C.S.Tedmon . Эта проволока была изготовлена путем вставки серебряно-палладиевого стержня в никелевую трубку. Некоторая взаимная диффузия никеля и серебра-палладия может происходить на границе с (никелевым) покрытием [5,6].

Автор цитаты разработал модель изолированных неорганических змеевиков, способных работать при 200 ° C. Эти катушки были установлены на прототипе синхронной машины с постоянными магнитами, которая использовалась для решения проблемы высокотемпературной изоляции.С лучшими магнитами, доступными на рынке, трудно превысить температуру окружающей среды около 200 ° C [8,9], и единственные магниты, способные работать до 500 ° C, — это металлические магниты с очень низкой коэрцитивной силой. поле, поэтому их нельзя использовать в машине. Самарий и кобальт могут использоваться в машине и могут работать в диапазоне температур от 300 ° C до 200 ° C, но коэрцитивное поле падает при высоких температурах, и это должно быть приемлемо. Кроме того, конструкция ротора должна учитывать высокую электропроводность металлических магнитов.Металлические магниты должны быть фрагментированы, чтобы ограничить потери из-за гармоник в плотности потока [11].

Для превышения максимальной температуры, создаваемой магнитами, синхронные реактивные машины могут быть хорошим выбором типа машины. Статор аналогичен предложенному в исх. [7], но ротор изготовлен только из магнитомягких материалов. Эта машина намагничивается токами статора. Автор исх. [10,12,13] предложили структуру обмотки, которая позволяет питать машину обычным напряжением, создаваемым инверторами PWM, несмотря на низкие электрические характеристики провода с керамическим покрытием.Методика построения таких катушек развита в работе [11].

Тем не менее, IM является наиболее широко используемым во всех промышленных областях благодаря простоте изготовления, стоимости и концепции использования. Его высокая эффективность и отличная надежность означают, что IM, запитываемые непосредственно от сети, составляют большинство промышленных приложений.

В этом контексте оценка потенциала повышения температуры IM представляет собой интересную проблему для многих производителей, будь то по очень специфическим причинам применения или по причинам стоимости, даже если поначалу это может быть не самая подходящая машина для работы при высоких температурах.

Наше исследование фокусируется на асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором путем оценки их теплового и электрического потенциалов, что означает наличие IM, который имеет высокую удельную мощность и может работать при высоких температурах.

Диэлектрические материалы, являющиеся основными компонентами системы электрической изоляции двигателей, регулярно повышают свою рабочую температуру. В этом смысле мы намерены установить некоторые числовые величины, чтобы оценить реальную возможность использования этого типа машины при высокой температуре, и, другими словами, нам нужно знать влияние повышения температуры на эффективность машины.

3 Подход

В данном исследовании рассматривается трехфазный IM, в котором плотность тока, основная входная переменная, увеличивается. Этот выбор не является неожиданным, поскольку плотность тока является особенно важным параметром для увеличения отношения мощности к весу машины. Для этого фиксируются характеристики материалов, и изменения будут применены сначала к статору, а затем к статору и ротору.

В этом исследовании были определены два основных шага.На рисунке 1 показаны этапы применяемого подхода.

Рисунок 1

Шаги, использованные в нашем подходе.

Наш подход заключается в реализации аналитической модели проектирования для определения для каждого значения плотности тока геометрических параметров, таких как диаметры компонентов машины (ротор, статор и вал), и электрических параметров, таких как диаметр проволоки, потери и сопротивление. Для первой итерации значение плотности тока накладывалось на обычное значение.

Используя геометрические параметры, полученные из аналитической расчетной модели, было выбрано двухмерное моделирование методом конечных элементов с помощью программного обеспечения FEMM, чтобы обеспечить необходимую поддержку для расчета эффективности машины.

Тепловая модель оценивает температуру в различных частях машины, которая будет снова учтена во время аналитической модели размеров.

Расчет цикла выполняется с использованием Matlab / Simulink.

В первой части этого исследования внутренний диаметр остается постоянным, и изменяется только плотность тока. Затем во второй части внутренний диаметр становится изменяемым, сохраняя соотношение Da2⋅L постоянный ( Да — внутренний диаметр и L, — длина утюга). Это позволяет определить набор предварительно оптимизированных параметров для получения соответствующих значений эффективности или отношения мощности к весу.

3.1 Аналитическая калибровочная модель

Конструкция электрических машин основана на простых формулах, направленных на определение, с одной стороны, общей геометрии машины и ее активных частей (обмоток, магнитов), а с другой стороны, для определения магнитных и электрических параметров. такие как сопротивление, индуктивность и потери.

Существует несколько методов проектирования, и мы решили использовать метод, разработанный Бушаром [14,15]. Это зависит от мощности и скорости двигателя.Таким образом, геометрические размеры воздушного зазора зависят от коэффициентов и изменений параметров двигателя. При этом методе внутренний диаметр остается неизменным.

Однако мы использовали аналитические формулы и гипотезы, но нам потребовались некоторые данные, которые исходят из предыдущего опыта строителей и литературы [16,17]. Эти значения остаются гибкими и доступны для редактирования на конечном уровне приложения.

Расчетные потери [18] будут использоваться в качестве источников для следующего шага.

3.2 Тепловая модель

Тепловые сопротивления рассчитаны для основных геометрических фигур, которые представляют собой цилиндр и параллелепипед [19,20,22]. На рисунке 2 показаны две геометрии, использованные при вычислении тепловых сопротивлений.

Rthconduction [KW − 1] = 12⋅π⋅λ⋅L⋅logR2R1ifcylinder; Hλ⋅e⋅Lif параллелепипед.

Rthконвекция [KW − 1] = 1hconv⋅S.

где R1 а также R2 — внутренний и внешний диаметр соответственно (рис. 2).

Рисунок 2

Модель с параллелепипедом (слева) и цилиндром (справа).

λ — коэффициент проводимости, hconv — коэффициент конвекции, а S — сечение, пересекаемое тепловым потоком.Большинство элементарных частей ИМ характеризуется материалом; поэтому будет учитываться единственный тепловой коэффициент, за исключением обмотки машины (выемка), потому что эта зона состоит из эмалированной меди с коэффициентом заполнения αwin и воздух. Однако получить эквивалентную теплопроводность довольно сложно. В качестве решения автор исх. [21] предлагает следующее уравнение для его оценки:

λw [Wm − 1K − 1] = λcu⋅λairλair⋅αwin + 1 − αwin⋅λcu.

Упрощенная тепловая модель, показанная на рисунке 3, применяется к геометрии АД.

Рисунок 3

Установившаяся тепловая модель двигателя.

Сопротивления R1, R2, R3, R4 и R5 характеризуют основные теплообменники. Небольшая часть потерь ротора выходит за пределы машины через вал, и эта передача соответствует тепловому сопротивлению R5. Тепловой поток в атмосферу, обозначенный R3, соответствует охлаждающему вентилятору, который нагнетает холодный воздух на внешнюю поверхность корпуса двигателя и его ребер.

Эта модель также учитывает внутренние муфты машины; поток мощности через воздушный зазор моделируется R4, но турбулентность в отверстиях пазов статора также создает тепловую связь R2 между ротором и обмотками.

r, w, s и o соответствуют температурам ротора, обмотки, статора и окружающей среды соответственно. Источники тепла П _р, п _w и P _s — потери в роторе, обмотках и сердечнике статора соответственно.

Сделано несколько гипотез:

Тепловой поток машины равномерный.
Теплообмен осуществляется за счет теплопроводности и конвекции.
Модель не учитывает осевой поток воздуха в воздушном зазоре или сложные взаимодействия, которые существуют в концевых зонах (торцевая обмотка).

Эта модель может оценить установившуюся температуру, достигаемую в различных частях машины (ротор, обмотки и статор).Он был откалиброван с помощью экспериментальных испытаний.

В таблице 1 представлены значения теплового сопротивления, представленные в тепловой модели (рис. 3) для АД мощностью 11 кВт.

Таблица 1

Значения термического сопротивления для индукционной машины мощностью 11 кВт

Термическое сопротивление	R 1	R 2	R 3	R 4	R 5
Значение (кВт ⁻¹)	0.5	0,071	0,078	0,12	41,6

3.3 Проверка тепловой модели

Для проверки нашей тепловой модели, показанной на рисунке 3, на IM 11 кВт (Рисунок 4) установлены два экспериментальных испытания.

Рисунок 4

Трехфазный ИД 11 кВт.

В таблице 2 представлены геометрические и электрические параметры станка:

Испытание без нагрузки, при котором потери в меди в роторе пренебрежимо малы, а результаты показаны на Рисунке 5.
Испытание заблокированного ротора на ток 23 А, при котором механические потери равны нулю, результаты показаны на рисунке 6.

Таблица 2

Размеры и электрические параметры индукционной машины мощностью 11 кВт

Кол-во	Значение
Мощность (кВт)	11
Количество полюсов	2
Частота (Гц)	50
Напряжение (В)	400
Внешний диаметр (мм)	253.8
Внутренний диаметр (мм)	123,6
Диаметр вала (мм)	41,41
Воздушный зазор (мм)	0,55
Количество пазов статора	36
Количество пазов ротора	28
Длина утюга (мм)	116.49

Восстановление температуры осуществляется с помощью термопар. В установившемся режиме результаты моделирования и экспериментов приведены в таблице 3.

Таблица 4

Синтез графа Парето

Плотность тока (А мм ⁻²)	5	20
КПД (%)	88	73
Удельная мощность (Вт кг ⁻¹)	350	466
Внутренний диаметр (мм)	88.29	77,25
Длина утюга (мм)	228	298
Рабочая температура (° C)	135	260
Потери в статоре (Вт)	540	2 830
Потери в роторе (Вт)	333.5	491
Соответствующая квитанция (%)	2,7	4,1
Потери в стали (Вт)	187	139

Рисунок 5

Температура обмотки для испытания машины без нагрузки.

Рисунок 6

Результаты экспериментов по испытанию машины на короткое замыкание.

Для испытания без нагрузки, согласно рисунку 5 и таблице 4, в установившемся режиме температура в катушке, которую обеспечивает термопара, составляет 79 ° C. Значения, найденные при моделировании, в этом случае равны 74 ° C, и видно, что эти два значения близки с ошибкой 4%.

Таблица 3

Результаты моделирования и экспериментов индукционной машины мощностью 11 кВт

	Температурные результаты	Статор (° C)	Ротор (° C)
Без нагрузки	Моделирование	74	–
Без нагрузки	Экспериментальная	79	–
Заторможенный ротор	Моделирование	223	319
Заторможенный ротор	Экспериментальная	232	324

Для испытания на короткое замыкание, согласно рисунку 6, в установившемся режиме значения температуры обмоток и ротора составляют 232 ° C и 324 ° C соответственно.

Моделирование дает температуры 223 ° C и 319 ° C для обмоток и ротора соответственно. На самом деле разница между измерением и моделированием невелика, поэтому наша тепловая модель верна.

4 Результаты моделирования

Результаты, представленные в этой статье, относятся к:

Изменение температуры в разных местах установки.
Влияние плотности тока на КПД.
Влияние плотности тока на удельную мощность.
Влияние плотности тока на крутящий момент.

Вышеуказанное относится к фиксированному внутреннему диаметру. Мы варьируем последнее и изучаем его влияние на

Удельная мощность
и

Расчеты выполнены для ИД мощностью 11 кВт при 50 Гц для увеличения плотности тока от 0 до 30 А мм ^–2 с небольшим шагом 1 А мм ^–2.

Используя метод аналитического проектного моделирования Bouchard , внутренний диаметр фиксируется.

4.1 Фиксированный внутренний диаметр

Внутренние температуры машины, полученные с помощью тепловой модели, показаны на Рисунке 7.

Рисунок 7

Изменение температуры в различных частях машины.

На рисунке 8 показано изменение КПД в зависимости от плотности тока.

Рисунок 8

Эволюция КПД в зависимости от плотности тока.

Похоже, что температурные кривые ротора, статора и обмоток увеличиваются почти линейно с увеличением плотности тока.

Также видно, что температурная кривая обмоток выше, чем температура в других местах, и это подтверждает, что температурный класс обмоток является основным пределом для высокотемпературных машин.

Согласно рисунку 8 можно заметить, что КПД линейно уменьшается с увеличением плотности тока. Типичная эволюция отношения мощности к весу в зависимости от плотности тока представлена на Рисунке 9.

Рисунок 9

Изменение отношения мощности к весу в зависимости от плотности тока.

Согласно рисункам 7–9, рабочая точка нашей машины мощностью 11 кВт: плотность тока 5 А мм ^–2, КПД 0.88 и удельной мощности 380 Вт · кг ⁻¹. Станок и его двухмерный дизайн в программе FEMM показаны на рисунке 10.

Рисунок 10

2D-проект индукционной машины мощностью 11 кВт с использованием программы FEMM [23].

Количество проводников постепенно уменьшается с увеличением плотности тока. Мы ощущаем здесь интерес к возможности работать при высоких температурах, что справедливо и для размера надреза благодаря увеличению плотности тока.В этих условиях ширина и высота зуба уменьшаются, что благоприятно сказывается на внешнем диаметре, как показано на Рисунке 10. Эти значения могут уменьшаться до допустимого значения, которое в основном зависит от насыщения зубьев статора.

Для увеличения веса плотность тока увеличивают, например, для плотности тока 22 А мм ^-2, удельная мощность составляет 500 Вт кг ^-1, а температура составляет 300 ° C. . Соответственно, КПД машины снижается с 0.От 9 до 0,78 (10%). Следовательно, повышение температуры позволяет уменьшить габариты машины за счет снижения эффективности.

Увеличение мощности показывает его влияние на внутренний диаметр, температуру и удельную мощность.

На рисунках 11 и 12 показано изменение температуры и отношения мощности к весу для IM 30 кВт.

Рисунок 11

Температура для индукционной машины 30 кВт.

Рисунок 12

Удельная мощность для индукционной машины 30 кВт.

Согласно рисунку 12, для удельной мощности 500 Вт · кг ⁻¹ плотность тока должна составлять около 10 А · мм ⁻².

Фактически, увеличение мощности, внутренний и внешний диаметры изменяются обратно пропорционально длине станка.

На рисунке 13 показано изменение КПД в зависимости от плотности тока для IM 30 кВт.

Рисунок 13

КПД индукционной машины 30 кВт.

Видно, что при 10 A мм ⁻² КПД составляет около 0,87. В этом случае температура достигла 410 ° C (Рисунок 11), что ограничивает прирост температуры IM.

На рисунке 14 показано влияние мощности на внутренний и внешний диаметр.

Рисунок 14

2D-проектирование с использованием программного обеспечения FEMM для двух различных значений мощности.

На рисунке 15 показана характеристика скольжения крутящего момента машины мощностью 11 кВт для различных плотностей тока.

Рисунок 15

Характеристика скольжения крутящего момента для различных значений плотности тока.

На этом этапе, используя тепловую модель, мы оценили температуру для каждой плотности тока и повторно вычислили при рабочей температуре электрические параметры, такие как сопротивление, реактивное сопротивление, с использованием аналитической модели, адаптированной к высокой температуре.

На основе этих параметров и для фиксированного внутреннего диаметра мы построили характеристику скольжения крутящего момента. Для опытной машины мощностью 11 кВт характеристическое скольжение крутящего момента показано черным цветом, максимальный крутящий момент составляет 64 Н · м, а максимальное скольжение, соответствующее этому максимальному крутящему моменту, составляет около 0,3.

Можно четко заметить, что для фиксированной нагрузки (фиксированного крутящего момента) максимальное скольжение увеличивается с увеличением плотности тока, а если мы фиксируем скольжение (скорость), прилагаемый крутящий момент уменьшается.Это изображено на рисунке 15.

Повышение температуры показывает характеристику, напоминающую перегрузку машины, и это связано с увеличением максимального скольжения ( Slipm ), которое является функцией сопротивления ротора, как показано в следующем уравнении:

Slipm (T) = R′rXf,

где Rr — сопротивление ротора, которое увеличивается с температурой; Xf реактивное сопротивление ротора; T — рабочая температура.

Метод Бушара фокусируется на постоянной D2L соотношение.

Чтобы иметь более высокое отношение мощности к массе, чем упомянутое в предыдущем разделе, уменьшение внутреннего диаметра может быть решением за счет использования другого метода определения размеров, который основан на других параметрах, которые должны быть наложены, например, на линейную нагрузку. При увеличении этого внутренний диаметр уменьшается по следующей формуле:

Ac = NcmIsDaπ,

где Ac — линейная нагрузка (А · м ⁻¹), · м — номер фазы, Является это текущая фаза (А) и Да внутренний диаметр (м).

4,2 переменный внутренний диаметр

Приведенные ниже результаты моделирования относятся к внутреннему диаметру. Да и плотность тока (J) переменная, всегда сохраняя постоянную Da2⋅L соотношение.

При фиксированной плотности тока 5 А мм ^-2, т.е.е .: для заданной температуры. На рисунке 16 показана характеристика крутящего момента-проскальзывания для различных значений внутреннего диаметра.

Рисунок 16

Характеристика крутящего момента и скольжения для 5 A мм ^–2 и различных значений внутреннего диаметра.

Из рисунка 16 видно, что для фиксированной скорости, если внутренний диаметр увеличивается, прилагаемый крутящий момент увеличивается.

Поскольку крутящий момент представляет собой силу, связанную с круговым движением, он состоит из двух значений: силы F и радиуса вала, связанного с нагрузкой R , как показано в следующем уравнении:

Γ = F⋅R вал.

Для тестируемой машины (синяя кривая) с плотностью тока 5 А мм ^-2 максимальное скольжение составляет 0,3.

Из уравнения крутящего момента можно вывести, что для фиксированной скорости увеличение крутящего момента происходит из-за уменьшения диаметра стержня вала по мере уменьшения внутреннего диаметра.

На рисунке 17 показана динамика КПД в зависимости от внутреннего диаметра для различных значений плотности тока.

Рисунок 17

Изменение КПД в зависимости от внутреннего диаметра для различных значений плотности тока.

В соответствии с рисунком 17 для того же значения плотности тока можно заметить, что для значений малого диаметра отверстия КПД увеличивается с увеличением внутреннего диаметра до значения, при котором КПД становится максимальным. Это оптимальная рабочая точка.

Следовательно, чем больше мы увеличиваем внутренний диаметр, тем ниже КПД, пока не достигнет очень низких значений.

Теперь внутренний диаметр и плотность тока являются переменными, и цель состоит в том, чтобы определить оптимальные точки, в которых эффективность выше, а отношение мощности к весу является самым высоким. На рисунке 18 показано изменение КПД в 3D в зависимости от отношения мощности к весу и плотности тока.

Рисунок 18

Изменение КПД в зависимости от отношения мощности к весу и плотности тока.

Из рисунка 18 можно сделать вывод, что для каждого значения плотности тока существует оптимальное значение КПД.Это получается для значений внутреннего диаметра, длины железа и точной нагрузки (скольжения).

Черная линия на рисунке 18 представляет решения Парето. Синяя стрелка и рамка показывают оптимум и его координаты. Это лучший компромисс для нашего приложения.

В таблице 3 приведено сравнение оптимальных количеств машины с двумя различными значениями плотности тока 5 и 20 А мм ^-2.

При увеличении плотности тока с 5 до 20 А · мм ^-2 соотношение мощности к массе увеличивается на 24%, что соответствует снижению КПД на 18%.Кроме того, машина будет иметь внутренний диаметр в 1,2 раза меньше, длину в 1,3 раза больше и в 2 раза выше температуру или даже. Это случай торпедных двигателей для подводных лодок, которые имели колоссальную плотность тока в течение крошечного срока службы.

Действительно, работа при высокой температуре и изменение внутреннего диаметра с сохранением постоянного внутреннего объема позволяют увеличить удельную мощность, но снизить эффективность в случае цены.

Итак, за то, что мы получаем от удельной мощности, мы платим за эффективность.

Что касается потерь, можно заметить, что потери в меди являются наиболее преобладающими. Это связано с нагрузкой (скольжением), которая в данном случае невысока (от 2,7% до 4%). Если мы добавим больше нагрузки (мы поднимемся в скольжении), потери ротора увеличатся и приблизятся к передаваемой мощности из-за высокого тока ротора в стержнях. Фактически, температура, которая ограничивает работу машины, — это температура ротора.

5 Заключение и перспектива

Конструировать высокотемпературную электрическую машину по-прежнему сложно из-за множества компромиссов и значительного ухудшения характеристик материалов, которые значительно изменяются с повышением температуры.

Это исследование выявило несколько важных моментов, связанных с определением размеров высокотемпературного IM, где:

Сделано заключение о предельном повышении температуры.
В нем представлены тенденции изменения параметров в зависимости от температуры и их влияние на работу высокотемпературных IM. К ним относятся ключевые параметры, определяющие конструкцию электрических IM при высоких температурах.
Изменение внутреннего диаметра и поддержание постоянного внутреннего объема позволяет: увеличить удельную мощность, но потерять эффективность в случае цены.

Чтобы иметь хороший дизайн и уточнить результаты высокотемпературного ИМ, мы должны учитывать влияние температуры на другие параметры, такие как:

Проницаемость для индукций больше 0.6 T увеличивается с повышением температуры.
Коэрцитивное поле для намагничивания цепи уменьшается с увеличением температуры;
Индукция насыщения постоянно ослабевает с повышением температуры.

В настоящее время технологическим пределом для машин является изоляция электрических проводов. Тогда для работы в средних диапазонах температур и поддержания хорошей эффективности применение золь-гель процесса к эмалированному слою медной проволоки представляется очень привлекательным решением.Это не относится к IM с беличьей клеткой. Он может быть эффективным только в том случае, если машина предназначена для работы при малых нагрузках, но при больших нагрузках нагрев ротора ограничивает ее работу.

Решением может быть использование стержней, устойчивых к высоким температурам или увеличивающих их поперечное сечение.

Список литературы

[1] Иосиф В., Роджер Д., Дюшен С., Велу Г. 2014. Экспериментальная характеристика максимального поворотно-поворотного напряжения для неорганического высокотемпературного двигателя.В 2014 году конференция IEEE по электрической изоляции (EIC). Филадельфия, Пенсильвания, США: IEEE. п. 69–73. 10.1109 / EIC.2014.6869349 Искать в Google Scholar

[2] Ассаад Б. Вклад в награду за тепловые аспекты электрических машин и механической защиты окружающей среды. Кандидатская диссертация. Компьень; 2015. Поиск в Google Scholar

[3] Козонак Д. Conception d’une machine asynchrone haute température. Кандидатская диссертация. Университет Артуа; 2015. Поиск в Google Scholar

[4] Латеб Р.Моделирование асинхронных и синхронных машин с постоянными целями с наградой за согласованные пространственные и временные гармоники, Применение в морских силовых установках для POD. 2006. Thése de doctorat. Thése de Doctorat de L’INPL. Искать в Google Scholar

[5] Высокотемпературный электродвигатель, изготовленный из никелированного серебра и палладия. Platin Met Rev.1971; 15 (3): 100–1. Искать в Google Scholar

[6] Roopnarine N. Двигатель для высоких температур. Патент США No 8,581,452, 12 ноября.2013. Искать в Google Scholar

[7] Иосиф В., Такорабет Н., Роджер Д., Дюшен С., Мейбоди-Табар Ф. Концепция прототипа машины сверхвысокой температуры (500 ° C). Электротехнический симпозиум (SGE). Июнь 2016 г. Искать в Google Scholar

[8] Лефик М., Комеза К., Ющак Э. Н., Роджер Д., Наперальски П., Такорабет Н. и др. Высокотемпературные машины: топологии и эскизный проект. Откройте Phys. 2019; 17 (1): 657–69. 10.1515 / Phys-2019-0068 Искать в Google Scholar

[9] Лю Дж. Ф., Уолмер М. Х.Температурная стабильность и рабочие характеристики SmCo 2: 17 высокотемпературных магнитов на фокусирующих структурах PPM. IEEE Trans Electr Devices. 2005. 52 (5): 899–902. 10.1109 / TED.2005.845868 Искать в Google Scholar

[10] Комеза К., Лефик М., Ющак Э. Н., Роджер Д., Такорабет Н., Мейбоди-Табар Ф. Анализ влияния конструкции высокотемпературных машин на крутящий момент и потери в постоянных магнитах. Международная конференция IEEE по силовой электронике, приводам и энергетическим системам (PEDES), 2016 г.IEEE; 2016. с. 1–6. Искать в Google Scholar

[11] Лефик М., Комеза К., Ющак Э. Н., Роджер Д., Наперальски П. Сравнение реактивной синхронной машины с пластинчатым и сплошным ротором, работающей при высоких температурах. COMPEL-Int J Comput Math Electr Electron Eng. 2019; 38 (4): 1111–9. Искать в Google Scholar

[12] Эльмадах Х., Роджер Д., Такорабет Н. Разработка неорганических катушек для высокотемпературных электрических машин. Откройте Phys. 2019; 17 (1): 698–708. 10.1515 / Phys-2019-0072 Искать в Google Scholar

[13] Комеза К., Лефик М., Роджер Д., Ющак Э. Н., Эльмадах Х., Наперальски П. и др.Высокотемпературный анализ теплового поля на синхронных машинах с постоянными магнитами. Откройте Phys. 2019; 17 (1): 631–42. 10.1515 / Phys-2019-0065 Искать в Google Scholar

[14] Болдеа И., Насар Н. Справочник по проектированию индукционных машин, второе издание, сер. Серия «Электроэнергетика». Тейлор и Фрэнсис; 2009. Искать в Google Scholar

[15] Soong WL. Калибровка электрических машин. Power Eng Краткая записка Сер. 2008; 9: 17–8. Искать в Google Scholar

[16] Пирхонен Дж., Йокинен Т., Храбовцова В.Проектирование вращающихся электрических машин. Джон Уайли и сыновья; 2013. Искать в Google Scholar

[17] Меллор, PH, Робертс, Д., Тернер, Д.Р. Тепловая модель с сосредоточенными параметрами электрических машин конструкции ТЭФК. IEE Proceedings B (Электроэнергетические приложения). Электронная библиотека ИЭПП; 1991. стр. 205–18. 10.1049 / ip-b.1991.0025 Искать в Google Scholar

[18] Джимо А.А., Финдли Р.Д., Полужадофф М. Паразитные потери в индукционных машинах: часть I, определение, происхождение и измерение.IEEE Trans Power Appar Syst. 1985; 6: 1500–5. 10.1109 / TPAS.1985.319165 Искать в Google Scholar

[19] Bousbaine A, Mccormick M, Low WF. Определение тепловых коэффициентов электрических машин на месте. IEEE Trans Energy Convers. 1995; 10 (3): 385–91. 10.1109 / 60.464858 Искать в Google Scholar

[20] Стэтон Д., Попеску М., Коссар С., МакГилп М., Омори С., Куримото Т. Аналитические тепловые модели для малых асинхронных двигателей. 2008 18-я Международная конференция по электрическим машинам.IEEE; 2008. с. 1–6. 10.1109 / ICELMACH.2008.4800139 Искать в Google Scholar

[21] Киландер Г. Тепловое моделирование асинхронных двигателей с малым корпусом. Технологический университет Чалмерса; 1995. Искать в Google Scholar

[22] Daffeur N. Термическая модификация элементов, завершающих асинхронную работу в клетке. Кандидатская диссертация. Университет Мулуда Маммери; 2010. Искать в Google Scholar

[23] Микер Д. Магнетизм методом конечных элементов: OctaveFEMM.2010. Искать в Google Scholar

Получено: 2020-04-10

Исправлено: 2020-06-17

Принято: 2020-07-10

Опубликовано онлайн: 2020-10-21

Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Влияние импульсов большой плотности тока на характеристики сжатия: эксперименты с железом и сплавом на основе никеля

V.E. Громов, Л. Зуев, Е. Козлов, В. Целлермейер, Электростимулированная пластичность металлов и сплавов, , Недра, Москва, 1996 ( на русском языке )

Google ученый

Спизин В.И., А.А. Троицкий, Электропластическое деформирование металла, , Наука, Москва, 1985 ( на русском языке, )

Google ученый

А.Ф. Спречер, С.Л. Маннан, Х. Конрад, О механизмах электропластического эффекта в металлах, Acta Metall. , 1986, 34 (7), p 1145–1162

Статья Google ученый

F.-W. Бах, Л. Вальден, Б. Свендсен, Дж. Унгер, Х. Блюм и М. Штимер, О влиянии импульсов тока на поведение материала во время электромагнитной штамповки металла, Труды Второй Международной конференции по высокоскоростной штамповке , Германия (Дортмунд), 2006 г., стр. 107–109

К. Окадзаки, М. Кагава и Х. Конрад, Влияние скорости деформации, температуры и содержания внедрения на электропластический эффект в титане, Scr. Металл. , 1979, 13 , p 473–477

Статья Google ученый

Г. Герштейн, М. Новак, М. Бирбаум, Т. Журавина, М. Шапер, Ф.-В. Бах, Повышение деформируемости монокристаллов NiCo с помощью электрических импульсных токов, Key Eng.Матер. , 2012, 504–506 , стр. 143–148

Статья Google ученый

К.М. Климов, И.И. Новиков, Особенности пластической деформации металлов в электромагнитном поле, Сов. Phys. Докл. , 1980, 25 (7), стр. 571–573

Google ученый

O.A. Троицкий, В.И. Лихтман, Анизотропия влияния электронного и γ-облучения на процесс деформации монокристаллов цинка в хрупком состоянии, ДАН СССР , 1963, 148 (2), с. 332–334. )

Google ученый

М.И. Молоцкий, В. Флеуров, Магнитные эффекты в электропластичности металлов, Phys. Ред. B , 1995, 52 (22), стр. 829–834

Статья Google ученый

10.

К.М. Климов, И.И. Новиков, Электропластический эффект, Прочность материалов. , 1984, 16 , p 270–276

Статья Google ученый

11.

О.А.Троицкий, В.И. Спицын, Исследование электропластической деформации металла методом релаксации напряжений и ползучести, Сов. Phys. Докл. , 1976, 21 (2), стр 111–113

Google ученый

12.

В.Б. Фикс, Взаимодействие электронов проводимости с одиночными дислокациями в металлах, JEPT , 1981, 53 (6), с. 1209–1211

Google ученый

13.

A.F. Sprecher, S.L. Маннан, Х. Конрад, О повышении температуры, связанном с электропластическим эффектом в титане, Scr. Металл. , 1983, 17 (6), стр. 769–772

Статья Google ученый

14.

К. Кюпфмюллер, В. Матис и А. Рейбигер, Теоретическая электротехника , Шпрингер, Берлин, 2008 г. ( на немецком языке )

Google ученый

15.

Т.М. Паллок и С. Тин, Суперсплавы на основе никеля для современных турбинных двигателей: химия, микроструктура и свойства, J. Propuls. Power , 2006, 22 (2), p 361–374

Артикул Google ученый

16.

Н.А.Конева, Классификация, эволюция и самоорганизация структур в металлах и сплавах, Soros Educ J , 1996, 6 , стр. 99–107 ( )

Google ученый

17.

А.И. Эпишин, Т. Линк, У. Брюкнер, Остаточные напряжения в дендритной структуре монокристаллического суперсплава на основе никеля, Phys. Встретились. Металл. , 2005, 100 (2), стр. 192–199

Google ученый

18.

W. Hermann, HG Sockel, J. Han, and A. Bertram, Упругие свойства и определение упругих постоянных суперсплава на основе никеля методом свободного пучка, Суперсплавы , 1996, стр. 229 –238

19.

П. Хаутоярви, А. Веханен, В.С. Михаленков, Восстановление деформированного железа по позитронам, , прим. Phys. , 1976, 11 , стр. 191–192

Статья Google ученый

20.

Х. Конрад и У. Хейс, Корреляция термической составляющей напряжения текучести объемно-центрированных кубических металлов , Aerospace Corporation, Эль-Сегундо, Калифорния, 1963

21.

Плотность тока тем больше чем больше: Нагрев проводников. Плотность тока | БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

Нагрев проводников. Плотность тока | БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

Как влияет на нагрев проводников тепловое действие и плотность тока

Распределение тока по сечению шин из цветного металла

а) Поверхностный эффект

Факторы глубины проплавления

Объемная плотность тока — Справочник химика 21

«Скругление» сингулярностей при расчёте электромагнитных полей

Сингулярность при расчёте электромагнитного поля на острых краях

Задание скруглений в COMSOL Multiphysics®

Скруглять или не скруглять?

Сопротивляйтесь искушению…

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Что сохраняется в файле cookie?

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Что сохраняется в файле cookie?

Нарушения проводимости, вызванные электрическими полями с высокой плотностью тока

π – π суммирование индуцировало высокую плотность тока и повышенную эффективность в тройных органических солнечных элементах

Плотность тока | bartleby

Что такое плотность тока?

Индукционные машины большой удельной мощности с повышенной температурой обмоток

1 Введение

2 Современное состояние и философия

3 Подход

Рисунок 1

3.1 Аналитическая калибровочная модель

3.2 Тепловая модель

Рисунок 2

Рисунок 3

3.3 Проверка тепловой модели

Рисунок 4

Рисунок 5

Рисунок 6

4 Результаты моделирования

4.1 Фиксированный внутренний диаметр

Рисунок 7

Рисунок 8

Рисунок 9

Рисунок 10

Рисунок 11

Рисунок 12

Рисунок 13

Рисунок 14

Рисунок 15

4,2 переменный внутренний диаметр

Рисунок 16

Рисунок 17

Рисунок 18

5 Заключение и перспектива

Список литературы

Влияние импульсов большой плотности тока на характеристики сжатия: эксперименты с железом и сплавом на основе никеля

Добавить комментарий Отменить ответ