Teres-1t.ru

Инженерные решения
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое тема тепловой ток

Что такое тема тепловой ток

Все электронные компоненты выделяют тепло, поэтому умение рассчитывать радиаторы так, чтобы не пролетать в прикидках на пару порядков очень полезно любому электронщику.

Тепловые расчеты очень просты и имеют очень много общего с расчетами электронных схем. Вот, посмотрите на обычную задачу теплового расчета, с которой я только что столкнулся

Задача

Нужно выбрать радиатор для 5-вольтового линейного стабилизатора, который питается от 12вольт максимум и выдает 0.5А. Максимальная выделяемая мощность получается (12-5)*0.5 = 3.5Вт

Погружение в теорию

Для того, чтобы не плодить сущностей, люди почесали тыковку и поняли, что тепло очень похоже на электрической ток, и для тепловых расчетов можно использовать обычный закон Ома, только

В итоге, закон Ома заменяется на свой тепловой аналог:

ohm_law

 

Небольшой замечание – для того, чтобы обозначить, что имеется ввиду тепловое (а не электрическое) сопротивление, к букве R,  дописывают букву тэта:на клавиатуре у меня такой буквы нет, а копировать из таблицы символов лень, поэтому я буду пользоваться просто буквой R.

Продолжаем

Тепло выделяется в кристалле стабилизатора, а наша цель – не допустить его перегрева (не допустить перегрева именно кристалла, а не корпуса, это важно!).

До какой температуры можно нагревать кристалл, написано в даташите:

image

Обычно, предельную температуру кристалла называют Tj (j = junction = переход – термочувствительные внутренности микросхем в основном состоят из pn переходов. Можно считать, что температура переходов равна температуре кристалла)

Без радиатора

Попробуем рассчитать, до какой температуры нагреется кристалл, если не ставить радиатор.

Тепловая схема выглядит очень просто:

Специально для случаев использования корпуса без радиатора, в даташитах пишут тепловое сопротивление кристалл-атмосфера (Rj-a) (что такое j вы уже в курсе, a = ambient = окружающая среда)

Заметьте, что температура “земли” не нулевая, а равняется температуре окружающего воздуха (Ta). Температура воздуха зависит от того, в каких условиях находится радиатор Если стоит на открытом воздухе, то можно положить Ta = 40 °C, а вот, если в закрытой коробке, то температура может быть значительно выше!

Записываем тепловой закон Ома: Tj = P*Rj-a + Ta. Подставляем P = 3.5, Rj-a = 65, получаем Tj = 227.5 + 40 = 267.5 °C. Многовато, однако!

Цепляем радиатор

Тепловая схема нашего примера со стабилизатором на радиаторе становится вот такой:

    Rj-c – сопротивление от кристалла до теплоотвода корпуса (c = case = корпус ). Дается в даташите. В нашем случае – 5 °C/Вт – из даташита

Rc-r – сопротивление корпус-радиатор. Тут не все так просто. Это сопротивление зависит от того, что находится между корпусом и радиатором. К примеру, силиконовая прокладка имеет коэффициент теплопроводности 1-2 Вт/(м*°C), а паста КПТ-8 – 0.75Вт/(м*°C). Тепловое сопротивление можно получить из коэффициента теплопроводности по формуле:

R = толщина прокладки/(коэффициент теплопроводности * площадь одной стороны прокладки)

Часто Rc-r вообще можно игнорировать. К примеру, в нашем случае (используем корпус TO220, с пастой КПТ-8, средняя глубина пасты, взятая с потолка – 0.05мм). Итого, Rc-r = 0.5 °C/Вт. При мощности 3.5вт, разница температур корпуса стабилизатора и радиатора — 1.75градуса. Это – не много. Для нашего примера, возьмем Rc-r = 2 °C/Вт

Читайте так же:
Прибор для измерения количества теплоты электрического тока

Подставляем все эти данные в закон Ома, и получаем Tj = 3.5*(5+2+12.5) + 40 = 108.25 °C

Это значительно меньше, чем предельные 150 °C. Такой радиатор можно использовать. При этом, корпус радиатора будет греться до Tc = 3.5*12.5 + 40 = 83.75 °C. Такая температура уже способна размягчить некоторые пластики, поэтому нужно быть осторожным.

Измерение сопротивления радиатор-атмосфера.

Скорее-всего, у вас уже валяется куча радиаторов, которые можно задействовать. Тепловое сопротивление измеряется очень легко. Это этого нужно сопротивление и источник питания.

Лепим сопротивление на радиатор, используя термопасту:

resistor

 

Подключаем источник питания, и выставляем напряжение так, чтобы на сопротивлении выделялась некая мощность. Лучше, конечно, нагревать радиатор той мощностью, которую он будет рассеивать в конечном устройстве (и в том положении, в котором он будет находиться, это важно!). Я обычно оставляю такую конструкцию на пол часа, чтобы она хорошо прогрелась.

После того, как измерили температуру, можно рассчитать тепловое сопротивление

Rr-a = (T-Ta)/P. К примеру, у меня радиатор нагрелся до 81 градуса, а температура воздуха – 31 градус. таким образом, Rr-a = 50/4 = 12.5 °C/Вт.

Прикидка площади радиатора

В древнем справочнике радиолюбителя приводился график, по которому можно прикинуть площадь радиатора. Вот он:

diagram

Работать с ним очень просто. Выбираем перегрев, который хочется получить и смотрим, какая площадь соответствует необходимой мощности при таком перегреве.

К примеру, при мощности 4вт и перегреве 20 градусов, понадобится 250см^2 радиатора. Этот график дает завышенную оценку площади, и не учитывает кучу факторов как то принудительный обдув, геометрия ребер, итп.

> если в закрытой коробке, то температура может быть значительно выше!

Температура в коробке считается совершенно так же, просто в цепочку добавляются дополнительные сопротивления — стенок, прослойки воздуха в корпусе, перехода стенка-атмосфера…

Елси коробка находится на прямом солнечном свету, то ГОСТ 15150 (который про климатические исполнения) рекомендует к температуре окружающей среды тупо прибавить 15 градусов , если оболочка имеет белый или серебристо-белый цвет, и 30 градусов при любом другом.

Впрочем, нагрев солнцем тоже можно учесть, зная поглощающую способность поверхности и энергию солнечного излучения.

>Температура в коробке считается совершенно так же
Это да, но нужно учесть тепловыделение ВСЕХ компонентов схемы.

>тупо прибавить 15 градусов
Спасибо, не знал!

> I=U*R
ошибочка U=I*R , а I=U/R

>>>К примеру, при мощности 4вт и перегреве 20 градусов, понадобится 150см^2 радиатора

промазали с пересечением, понадобится 250см^2 радиатора

и спасибо за статью)

Сергей, спасибо за статью! очень пригодилась!

> Tj = P*Rj-a + Ta.
> Подставляем P = 3.5, Rj-a = 65, получаем Tj = 227.5 + 40 = 227.5 °C.

Где-то читал, что срок службы кремниевых полупроводниковых приборов при температуре кристалла 60 градусов составляет 50-75 лет, при температуре 125 градусов — 1000 часов. Интересно, при какой температуре полупроводник прослужит 100 000 часов. Нигде не могу найти зависимость срока службы от температуры. Кто-нибудь может добавить полезной информации?

Обычно все подобного рода процессы экспоненциальны. Так как ты знаешь два числа, легко можешь посчитать коэффициенты при экспоненте.

Читайте так же:
Электрический двигатель тепловое действие электрического тока

Спасибо, за идею измерения теплового сопротивления радиаторов. Почему-то сам не догадался и не попадалась раньше.
Но думаю реализация требует некоторого уточнения.
Резистор при нагреве «отдаёт тепло» по всем 4-м граням равномерно в отличии от полупроводниковых элементов (конструкция которых обычно оптимизируется для передачи бОльшей части тепла именно радиатору), а это значит, что из рассеиваемой на резисторе мощности радиатором будет получена далеко не вся мощность, что приведёт к значительному занижению полученного значения теплового сопротивления (завышение теплорассеивающей способности радиатора, что нехорошо).
Как вариант либо теплоизолировать свободные грани резистора например силиконовым герметиком толщиной в несколько миллиметров, либо применить в качестве нагревателей биполярные или полевые транзисторы в связке с ОУ (генератор стабильного тока), тем более, что при этом не будет возникать сложность с креплением нагревателя на радиаторе.
С уважением, Вячеслав.

Принцип работы любой тепловой завесы

Задача подобного защитного устройства – отсечение внешнего воздуха с помощью самого воздуха. А именно – создание изолирующего воздушного потока, перекрывающего весь открытый проем. Такая завеса не только удерживает тепло внутри помещения, но и препятствует проникновению снаружи пыли, посторонних запахов и даже насекомых.

Такие устройства эффективно сохраняют тепло там, где двери постоянно открываются – в магазинах, гаражах. Да и в больших загородных домах могут создаваться ситуации, когда двери постоянно нараспашку.

Конечно, приобретение тепловой завесы стоит денег, а ее работа сопровождается потреблением энергии. Но эффект сохранения тепла в доме, защищенном завесой, позволяет отопительным системам работать с меньшей мощностью. А это в итоге оборачивается общей экономией расходов. К тому же современные устройства тепловой завесы снабжены автоматикой, которая включает воздушный барьер только при открытой двери, а когда дверь закрыта – завеса не работает и не расходует энергию.

Описание конвекции

Конвекция является ещё одним способом передачи теплоты. Её сущность заключается в переносе внутренней энергии слоями жидких или газообразных веществ.

Поскольку конвекция происходит только при перемещении веществ, осуществляться такой процесс может лишь в жидкостях и газах. Известно, что физические тела в этих двух состояниях плохо проводят тепло, но благодаря концекции их всё же можно нагреть. Эффективное применение этого процесса можно наблюдать в холодное время года, когда в помещениях, оборудованных батареями парового отопления, воздух согревается. Этот тип теплопередачи можно наблюдать при проведении простого опыта:

Конвекция это

  1. На дно наполненной водой колбы аккуратно опускают кристалл марганцовокислого калия.
  2. Ёмкость нагревают в том месте, где лежит соль марганцовой кислоты.
  3. Через некоторое время со дна начинают подниматься окрашенные струи воды.
  4. Поднявшись в верхние слои, струи опускаются.

Нижний слой жидкости при нагреве расширяется, что приводит к увеличению её объёма и уменьшению плотности. Под воздействием архимедовой силы нагретая часть вещества перемещается выше. На освободившееся место опускается холодная жидкость, которая по мере нагревания поднимается. В этом случае внутренняя энергия передаётся движущимися вверх потоками воды.

Подобным образом происходит передача теплоты и в газах. Так, если бумажную вертушку размещают над источником тепла, то она начинает вращаться. Лопасти объекта приходят в движение потому, что наименее плотные слои нагретого воздуха поднимаются из-за воздействия на них выталкивающей силы, в то же время холодные слои опускаются, занимая место тёплых. Это передвижение воздуха заставляет вертушку вращаться.

Читайте так же:
Выключатели для теплого электрического пола

На сегодняшний день энергетические станции используются для различных целей. К примеру, специальные энергоустановки, которые работают при помощи тепловой энергии – не самые применяемые в этой сфере, однако они обладают большим количеством преимуществ эксплуатации.

Подобное оборудование генерирует, передаёт и преобразовывает электроэнергию, донося её к потребителю.

Несмотря на такой функционал, оборудование требует тщательной диагностики и обслуживания. Это предусматривает стандартные методы технической безопасности, организации управления и серьёзные ремонтные работы.

Общее представление об оборудовании

Конструкция энергоустановки представлена совокупностью систем и узловых агрегатов, работающих на добычу электроэнергии посредством переработки тепловой энергии в механическую.

Основной механизм на подобных станциях – валовой электрический генератор. Помимо подвижного вала в конструкцию включается камера сгорания, из которой в итоге выделяется тепло.

Немаловажным замечанием будет то, что данный способ подразумевает выброс газообразных веществ и пара. Зачастую это касается станций, которые питаются посредством гидрологических комплексов. В таких коммуникациях повышается паровое давление, после чего пар двигает ротор турбины энергоустановки. Таким образом, вся энергия поступает на вал двигателя и генерирует электрический ток.

Стоит заметить, что при этом теряется не вся тепловая энергия, а может использоваться, к примеру, для отопления.

Принципы работы тепловых энергоустановок

Одним из главных рабочих моментов выступает напряжение, благодаря которому питается станция. Зачастую комплексы оснащаются энергетическим потенциалом до тысячи вольт. В основном подобные станции локально применяются для снабжения промышленных сооружений.

Ко второму типу принадлежат комплексы, потенциал которых свыше тысячи вольт и используются для обеспечения энергией отдельно взятых районов, а иногда и городов. Их задачей является преобразовывать и распределять энергию.

Не маловажным фактором служит мощность, которая колеблется от трёх до шести ГВт. Эти цифры зависят от вида применяемого топлива для сжигания в камере сгорания. Сегодня разрешено применять дизельное топливо, мазут, твёрдое топливо и газ.

Постройка тепловых сетей

В какой-то мере энергоустановки звенья в огромной цепи теплосети. Однако стоит заметить, что в отличие от аналогичных сетей с использованием высоковольтных линий, здесь применяются тепловые магистрали. Служат они для обеспечения горячего водоснабжения станциям.

Подобные магистрали подразумевают использование подходящих по типу и размеру запорных арматур, оснащенных задвижками и методами контроля теплового носителя.

Помимо этого на практике применяется использование паропроводов, входящих в инфраструктуру тепловых магистралей. Однако, в подобных случаях для обеспечения корректной работы станции необходимо устанавливать системы вывода конденсата.

Автоматические системы контроля

В современном мире механическая работа постепенно заменяется средствами автоматизации контроля. При помощи специального контроллера сотрудник следит за корректным рабочим процессом блоков станции, не отвлекаясь при этом от функций диспетчера.

Таким образом, эксплуатация тепловых блоков контролируется специальными датчиками, а система записывает данные и передаёт их на пульт. После сбора информации с датчиков система анализирует и корректирует рабочие параметры энергоустановок.

Правила обслуживания энергоустановок

Наиболее важным моментом в отличной работе станции является поддержка коммуникаций в должном состоянии. Инженеры тестируют работоспособность отдельно взятых компонентов установки, после чего проводится комплексная диагностика системы.
Специалисты тестируют электронные и механические составляющие корпуса.

Существуют плановые и периодические проверки на дефекты, разрушение и структурность. При этом не нарушается работа и не деформируется материалы корпуса, что немаловажно для энергетического корпуса.

После выявления и устранения очагов неполадок контроль осуществляют датчики и аналитическая система под надзором оператора.

Читайте так же:
Провод теплого пола spyheat

Итоги

Использование подобных систем предполагает собой достижение максимальной продуктивности в области энергообеспечения.

Достигается это посредством повышения квалификации работников, улучшения и автоматизации рабочего процесса, а также установку современного оборудования.

Однако, ввиду больших затрат руководство старается придерживаться стандартных комплектаций и методов контроля в управлении энергоустановками.

Из этой статьи вы поняли, что является электрическим током. Но как же нам вычислить силу тока.

Вы видите формулу, по которой вычисляется ток для участка цепи.

Закон ОмаI-ток, Ампер
U-напряжение, Вольт
R-сопротивление, Ом

Чтобы вычислить силу тока, необходимо напряжение разделить на сопротивление.

Дорогие читатели, подписывайтесь на обновления блога и в следующих статьях я расскажу, что такое напряжение и сопротивление!

Конденсационные электростанции

Конденсационные электростанции часто называют государственными районными электрическими станциями (ГРЭС). КЭС в основном располагаются вблизи районов добычи топлива или водоемов, используемых для охлаждения и конденсации пара, отработавшего в турбинах.

Характерные особенности конденсационных электрических станции

  1. в большинстве своем значительная удаленность от потребителей электрической энергии, что обуславливает необходимость передавать электроэнергию в основном на напряжениях 110-750 кВ;
  2. блочный принцип построения станции, обеспечивающий значительные технико-экономические преимущества, заключающиеся в увеличении надежности работы и облегчении эксплуатации, в снижении объема строительных и монтажных работ.
  3. Механизмы и установки, обеспечивающие нормальное функционирование станции, составляют систему ее собственных нужд.

КЭС могут работать на твердом (уголь, торф), жидком (мазут, нефть) топливе или газе.

Топливоподача и приготовление твердого топлива заключается в транспортировке его из складов в систему топливоприготовления. В этой системе топливо доводится до пылевидного состояния с целью дальнейшего вдувания его к горелкам топки котла. Для поддержания процесса горения специальным вентилятором в топку нагнетается воздух, подогретый отходящими газами, которые отсасываются из топки дымососом.

Жидкое топливо подается к горелкам непосредственно со склада в подогретом виде специальными насосами.

tec

Подготовка газового топлива состоит в основном в регулировании давления газа перед сжиганием. Газ от месторождения или хранилища транспортируется по газопроводу к газораспределительному пункту (ГРП) станции. На ГРП осуществляется распределение газа и регулирование его параметров.

Процессы в пароводяном контуре

Основной пароводяного контур осуществляет следующие процессы:

  1. Горение топлива в топке сопровождается выделением тепла, которое нагревает воду, протекающую в трубах котла.
  2. Вода превращается в пар с давлением 13…25 МПа при температуре 540..560 °С.
  3. Пар, полученный в котле, подается в турбину, где совершает механическую работу — вращает вал турбины. Вследствие этого вращается и ротор генератора, находящийся на общем с турбиной валу.
  4. Отработанный в турбине пар с давлением 0,003…0,005 МПа при температуре 120…140°С поступаетв конденсатор, где превращается в воду, которая откачивается в деаэратор.
  5. В деаэраторе происходит удаление растворенных газов, и прежде всего кислорода, опасного ввиду своей коррозийной активности.Система циркуляционного водоснабжения обеспечивает охлаждение пара в конденсаторе водой из внешнего источника (водоема, реки, артезианской скважины). Охлажденная вода, имеющая на выходе из конденсатора температуру, не превышающую 25…36 °С, сбрасывается в систему водоснабжения.
Читайте так же:
Теплота резистора переменного тока

Интересное видео о работе ТЭЦ можно посмотреть ниже:

Для компенсации потерь пара в основную пароводяную систему насосом подается подпиточная вода, предварительно прошедшая химическую очистку.

Следует отметить, что для нормальной работы пароводяных установок, особенно со сверх критическими параметрами пара, важное значение имеет качество воды, подаваемой в котел, поэтому турбинный конденсат пропускается через систему фильтров обессоливания. Система водоподготовки предназначена для очистки подпиточной и конденсатной воды, удаления из нее растворенных газов.

На станциях, использующих твердое топливо, продукты сгорания в виде шлака и золы удаляются из топки котлов специальной системой шлака- и золоудаления, оборудованной специальными насосами.

При сжигании газа и мазута такой системы не требуется.

На КЭС имеют место значительные потери энергии. Особенно велики потери тепла в конденсаторе (до 40..50 % общего количества тепла, выделяемого в топке), а также с отходящими газами (до 10 %). Коэффициент полезного действия современных КЭС с высокими параметрами давления и температуры пара достигает 42 %.

Электрическая часть КЭС представляет совокупность основного электрооборудования (генераторов, трансформаторов) и электрооборудования собственных нужд, в том числе сборных шин, коммутационной и другой аппаратуры со всеми выполненными между ними соединениями.

Генераторы станции соединяются в блоки с повышающими трансформаторами без каких-либо аппаратов между ними.

В связи с этим на КЭС не сооружается распределительное устройство генераторного напряжения.

Распределительные устройства на напряжения 110—750 кВ в зависимости от количества присоединений, напряжения, передаваемой мощности и требуемого уровня надежности выполняются по типовым схемам электрических соединений. Поперечные связи между блоками имеют место только в распределительных устройствах высшего напряжения или в энергосистеме, а также по топливу, воде и пару.

В связи с этим каждый энергоблок можно рассматривать как отдельную автономную станцию.

Для обеспечения электроэнергией собственных нужд станции выполняются отпайки от генераторов каждого блока. Для питания мощных электродвигателей (200 кВт и более) используется генераторное напряжение, для питания двигателей меньшей мощности и осветительных установок — система напряжения 380/220 В. Электрические схемы собственных нужд станции могут быть различными.

Ещё одно интересное видео о работе ТЭЦ изнутри:

пьет из чашки

Скорее всего, ты не раз наблюдал такую картину: фарфоровая чашка, в которую только что налили кипяток, не настолько горячая, чтобы ее невозможно было взять в руки. А что произойдет, если налить воду такой же температуры в металлическую чашку? Сможешь ли ты удержать эту чашку в руке, уже не говоря о том, чтобы прикоснуться к ней губами? Металлическая чашка моментально нагревается до такой степени, что в руки ты ее не возьмешь.

Объяснением этому является разная теплопроводность фарфора и металла: у фарфора она существенно ниже.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector