Facultatea de Inginerie Electrica

Stabilitatea termica a sistemelor electrice si electronice

Lucrare de laborator

Controlul Temperaturii

Onceanu Alexandru

Stefan Madalina Roxana

1. Descrierea lucrarii

Lucrearea de laborator prezinta controlul temperaturii intr-un bloc metalic incalzit prin

intermediul unui termostat (thermal controller). Modelul fizic al radiatorului supus incalziiri

va fi proiectat in COMSOL Multiphysics, iar rezultatele simularii vor fi exportate in Simulink.

2. Definirea modelului

Modelul dinamic consta dintr-un bloc metalic care schimba caldura cu mediul incojurator.

Blocul metalic si termostatul sunt situate in interiorul unui subsitem inchis.

Termostatul conecteaza radiotorul (Heater) cand temperatura subsistemului devine prea ridicata

si deconecteaza acesta cand temperature scade. In figura de mai jos se pot vedea blocurile

componente necesare controlului de temperatura . Se observa ca temperatura blocului metalic

indica starea termostatului care la randul sau gestioneaza activitatea radiatorului.

Fig.1 Diagrama controlului de temperatura

3. Rezultatele obtinute

Urmand pasii din platform, modelul fizic al blocului metalic a fost implementat cu ajutorului

programului COMSOL Multiphysics,. Setand demensiunile blocului metalic , specificand

conditiile de frontiera , definind constantele, etc , a rezultat modelul transferului de caldura prin

conductie .

In figura de mai jos se pot vizualiza rezultatul simularii . Se observa ca blocul metalic este cel

care emana caldura in exterior. Spectrul de culori descriu zonele cu cele mai ridicate temperaturi.

Temperatura maxima de 34.72 de grade a fost cumulata timp de 20 de minute.

Fig.2 Distributia caldurii prin conductivitate

Rezultatele simularii au fost transferate in Matlab . Accesind modelul Simulink

thermal_controller_mdl rezultatele simularii au fost incarcate in blocul FEMLAB subsystem .

Modelul Simulink are implementata diagrama logica prezentata mai sus in Fig.1. Vizualizand

datele afisate pe osciloscop a fost identificata Fig.3

Fig.3 Variatia temperaturii a blocului metalic la nodul 3

Fig.3 Variatia temperaturii a blocului metalic la nodul 8

Datele simularii au fost exportate pentru doua noduri diferite , 3 si 8 . Variatiile mai lente de

temperatura la punctul 8 se pot explica prin faptul ca nodul 8 se afla mai indepartat fata de exterior

decand nodul 3 . Asfel rezulta ca distanta marita dintre termostat si mediul exterior are ca efect

diminuarea pantelor intre varfurile de conectare si deconectare a termostatului in punctul 8.

In cadrul lucrarii au fost studiate si variatiile distributiei de temperatura si a fluxului termic

Fig. Distributia temperaturii in domeniul de calcul modelat.

Se observa ca maximul se inregistreaza in zona centrala de amplasare a blocului metalic , axa x=0.1.

Fig. Distributia fluxului de termic

Se observa o rata ridica de transmisie a fluxului termic in zona central a blocului metalic

Fig. Orientarea gradientului de temperatura si prezentarea zonelor de temperatura

Se observa ca gradientul de temperature este orientat din interior spre exterior , asfel ca directia

fluxului de caldura este orientata de la cald la rece.

Au fost plotate si variatiile temperturii in functie de timpul de incalzire a placii metalice in diverse puncte

din domeniul de calcul

x=0.25 , y=0.1

x=0.1 , y=0.1

x=0.15 , y=0.1

Se observa o variatie mai rapida a temperaturii in punctele x=0.1 si y=0.1 , zona centrala a

blocului metalic , zona de epicentru din care se emana toata energia termica.

Modelul fizic a fost simulat la trei perioade de timp diferit . 20 minute,15 minute, 10 minute si

5minute.

Valorile maxime inregistrate pentru aceste simulari sunt :

- 34.476 grade la o simulare de 20 minute ;

- 33.01 grade la o simulare de 15 minute ;

- 31.186 grade la o simulare de 10 minute ;

- 28.765 grade la o simulare de 5 minute ;

Se observa ca pentru o perioda mai lunga de timp blocul metalic se incarzete la o temperatura

mai mare .Aceasta temperature de 34.476 grade este evidenta deoarece blocul este supus unei

incalzi mai mult timp.

Concluzii

Lucrarea de laborator a permis studiul unui corp metalic supus incalzii , bloc care ar putea fi

echivalat cu o unitate de calcul CPU sau un dispozitiv electronic supus procesului de comutatie.

Dispozitivelor electronice necesita un control al temperaturii atat timp cat perderile rezultate prin

comutatie si functionalitate sunt disipate prin caldura. Lucrarea a prezentat o solutie optima a

controlului temperatului prin utilizarea a doua softuri , ce permit identificarea modelului temic

si dinamic al dispozitivului, model care poate fi prezis si controlat. Observatiile date lucrarii pot

fi identificate in comentariile inserate pe parcurs .