11012

11012

تحليل الكترومغناطيسي-هيدروديناميكي كليد گازي با قوس چرخشي به منظور بهبود ساختار آن

دكتري

برق - قدرت

دي ماه 1391

دي ماه 1391

دكتر احمد غلامي

دكتر كاوه نيايش

چكيده يكي از راههاي افزايش قابليت اطمينان شبكه بهبود عملكرد تجهيزات حساس مانند كليدها به خصوص كليدهاي گازي مي¬باشد. كليدها با توجه به اينكه مركز ثقل عمليات¬هاي اجرايي هستند، جايگاه خاص خود را در شبكه دارند. فن¬آوري ساخت كليدهاي گازي در دهه¬هاي گذشته پيشرفت¬هاي زيادي كرده¬اند تا منظور فوق را برآورده ¬سازند. يكي از راه¬هاي تغيير ساختار كليدها تحليل فرآيند قوس در حين عملكرد آنهاست. فرآيند قوس به علت تزويج معادلات هيدروديناميكي و الكترومغناطيسي از پيچيدگي خاص خود برخوردارند. در راستاي شبيه¬سازي اين فرآيند، ساده¬سازي¬هايي انجام مي¬گردند و به خاطر محدوديت¬هاي موجود غالباً به صورت دو بعدي تحليل مي¬شود. كليد گازي با قوس چرخشي ساختاري است كه نياز به محاسبات سه بعدي دارد و از آنجا كه در گذشته اين مسئله امكان¬پذير نبوده كمتر مورد توجه قرار گرفته است. هدف اين رساله غلبه بر محدوديت¬هاي ذكر شده جهت تحليل قوس سه بعدي است. در حين شبيه¬سازي سه بعدي تمامي موارد مهم و شرايط مرزي¬ها بايد مدنظر قرار گيرند تا محاسبات همگرا شوند. لذا در ابتدا نيازمندي¬هاي حل مسئله شناسايي و معرفي شده¬اند تا الگوريتم مناسب حل معرفي گردد. الگوريتم حل براساس مباني فيزيك پلاسما و روش الكترومغناطيسي-هيدروديناميكي در رساله تهيه شده است. معيارهاي همگرايي مبتني بر پارامترهاي اساسي معادلات موجود انتخاب شده¬اند تا در مراحل مختلف روند حل كنترل گردد. از مهمترين عوامل محدود كننده حركت كنتاكت در حين فرآيند قوس مي¬باشد و روشي كارآمد براي رفع اين محدوديت در گزارش آمده است. عواملي مانند ناخالصي و ميدان مغناطيسي خارجي بر قوس تاثيرگذار هستند و جهت بررسي موضوع بايد شرايط مرزي جديد اعمال گردند. ضمناً سيم¬پيچي توليد كننده ميدان مغناطيسي مربوط به قوس چرخشي نيز بايد طراحي شود و با توجه به ساختار كليد مكان¬يابي مناسب صورت گيرد. لذا، جهت روشن شدن موضوع بخش¬هايي از رساله به عناوين مذكور اختصاص داده شده¬اند و تاثير ميدان مغناطيسي خارجي بر فرآيند قوس و پارامترهاي آن مانند دما، جريان، ناپايداري، مقاومت قوس، احتمال قوس مجدد و نحوه چرخش قوس مورد تحليل قرار گرفته¬اند. از طرفي طراحي ميدان مغناطيسي مؤثرتر مدنظر مي¬باشد و با ايجاد ميدان در جهات مختلف و بررسي نتايج در هر طرح پيشنهادي، سعي بر معرفي بهترين مدل شده است تا گامي مؤثر در راستاي بهبود ساختار كليد برداشته شود. در طي مراحل محاسبات و اجراي الگوريتم حل مسئله از نرم¬افزار ANSYS CFX استفاده شده، كه محاسبات را بر مبناي روش اجزاء محدود انجام مي¬دهد. مراحل محاسبات به صورت گذرا بوده و به دو بخش قبل و بعد از صفر جريان تقسيم گرديده¬اند. در نهايت يك نمونه آزمايشگاهي تهيه شده و با دوربين سرعت بالا در مراحل قوس تصاويري ثبت گرديده تا با نتايج شبيه¬سازي مقايسه شوند و ارزيابي الگوريتم مورد نظر صورت پذيرد. واژه‌هاي كليدي: كليد گازي، قوس چرخشي، معادلات الكترومغناطيسي-هيدروديناميكي، ميدان مغناطيسي خارجي، ناپايداري قوس، تحليل سه بعدي، الگوريتم حل، روش اجزاء محدود