CC BY
17
Свойства, характеризующие ЭЭ
№ Свойства потребителей
1 Регулярность оплаты потребителем полученной ЭЭ (или предоплаты, если это предусмотрено договором)
2 Наличие или отсутствие задолженности по оплате потребленной ЭЭ
3 Величина месячного электропотребления потребителя
4 Соблюдение потребителем ЭЭ режимов энергопотребления, установленных энергосистемой
5 Участие потребителя ЭЭ в мероприятиях по снижению нагрузки при дефиците энергии и мощности в энергосистеме
6 Перспективность для ЭСК потребителя как клиента (например, возможность расширения производства и т.п.)
7 Регулируемость потребителя ЭЭ (технологическая возможность сдвига во времени периодов повышенного электропотребления).
В разработанной системе стратегия управления предусматривает индивидуальный подход к каждому потребителю ЭЭ, при котором ему предлагаются дополнительные возможности, с учетом его «ценности» для ЭСК и степени его взаимодействия с ЭСК. Если потребитель ЭЭ удовлетворяет критериям «ценности» с точки зрения ЭСК, он поощряется более высоким
Использование неразрушающего вихретокового контроля качества (ВТК) в поточном технологическом производстве металлоизделий неизбежно связано с задачей компенсации влияния воздушного зазора на выходные характеристики первичного преобразователя (ВТП). При ВТК цилиндрических изделий щелевыми ВТП с однородным полем в наибольшей степени этому влиянию подвержены амплитудно-фазовый метод раздельного контроля электропроводности у 1 и радиуса изделий , а также амплитудный метод контроля Я1 [1].
уровнем обслуживания, если нет - подвергается штрафным санкциям. Таким образом, выбранная стратегия направлена как на воспрепятствование уходу «ценного» потребителя к другой компании, так и на стимулирование неаккуратных плательщиков выполнять обязательства по оплате ЭЭ.
На основе анализа структуры потребителей ЭЭ и применяемых принципов деления их на группы в работе потребители ЭЭ разделены на такие условные группы, как промышленные предприятия, предприятия малого бизнеса, производственные сельскохозяйственные потребители, бытовые потребители, организации, финансируемые из бюджета. Также определена и подробно рассмотрена используемая в системе структура уровней обслуживания потребителя ПЯк, образующих множество ПЯк е {Ш} .
В качестве средства объективной дифференциации элементов нижнего уровня (потребителей) в иерархии системы управления сбытом ЭЭ, использованы автоматически вычисляемые критерии уровня взаимодействия потребителей и ЭСК. В качестве указанных критериев предложено использовать расчетные комплексные показатели Qn, обеспечивающие автоматическую дифференциацию потребителей по степени их взаимодействия с ЭСК.
Такой подход предложен впервые и является новым.
2006 г.
В работе [2] предложено определение вихретокового преобразователя щелевого типа (щелевого ВТП). Последующие исследования и практическая реализация вихретокового контроля линейно-протяженных объектов [3-5] позволили уточнить это определение. Под щелевым ВТП будем понимать вихретоковый преобразователь с конструктивным воздушным зазором для размещения объекта контроля, создающий начальное поперечное переменное магнитное поле по отношению к указанному объекту. Будем рассматривать щелевые ВТП, создающие начальное поле
Северо-Кавказский горно-металлургический институт
(государственный технологический университет), г. Владикавказ 10 ноября
УДК 620. 179 14
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ЩЕЛЕВОГО ТРАНСФОРМАТОРНОГО ВИХРЕТОКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ С ОДНОРОДНЫМ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОПЕРЕЧНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТА КОНТРОЛЯ. Ч. 4
© 2007 г. А.Л. Степанов
с заданной степенью однородности в рабочей зоне ВТП (так называемая зона однородности щелевого ВТП [2]). Теоретически будем считать, что размеры этой зоны неограниченны, поэтому обмотки возбуждения ВТП в рассмотрение не включаем. Проведем машинный анализ возможности электрической компенсации влияния воздушного зазора между объектом контроля (проводящий немагнитный круговой цилиндр неограниченной длины) и измерительными
обмотками указанного щелевого ВТП на величину
*
вносимого напряжения U вн. В качестве моделей этих обмоток возьмем нитевидные прямоугольные контуры. Используем расчетные выражения, приведенные в работе [3], которые определяют величину начальной E0 и вносимой Eвн ЭДС в одной из измерительных обмоток щелевого ВТП (обозначена на рис. 1 как M1H1F1S1)
E 01 = -jm4d 1b1íi0 sin(6+ а 1);
E вш =- jm2bl B о RllGm х
1 +^0 Gm
d 1 sin (0+a1 )-p01 sin (9-ф01) + di2 +P2i -2dipoi cos(Ф01 +«i)
d 1 sin (0+a1 )+p01 sin (0-фО1) cos (ф01 +a1)
d i2 +P2i +2d iP oi
(1)
При этом
Ui
= -E
£
BH1 =-
BH1
Комплексная величина «функция среды»)
1
1 Gr.
(2)
B о = B 0 x ii + B 0y 1 j
B
B = П 0m B
B 0 = л/2 6 :
Ui
bi = b1; di = ^; p'01 =H01; p'02 = £02; ДХ= —; 1 Ri i Ri 0i Ri 02 Ri Ri
A.y, = :Ri; b = Ri; ß'0 = Ri^J юц 0 Y i; Ц i = i.
E 0
(иногда называемая
Рис. 1. Геометрические параметры, определяющие положение измерительного контура
Вначале рассмотрим конструкцию щелевого ВТП, имеющего два измерительных контура (позиция 2 на рис. 2,а) и сравним его выходные характеристики с аналогичными отдельно для контура М1И1Е1Б1, рассматривая его как элемент накладного ВТП с однородным полем. Произвольное поперечное перемещение АI 11 объекта контроля (позиция 1 на рис. 2,а)
можно представить А /' 11 = А х' 1 г- + А р' 1, где 1 г -
орт произвольного поперечного направления движения объекта в рабочей зоне ВТП.
Если В0 = В0х 1г- , то влияние А х приводит к мо-
нотонному изменению
U
BHi
контура M1H1F1S1
определяется электрофизическими и геометрическими параметрами объекта контроля, а также частотой ю возбуждения начального поля, характеризуемого вектором
(рис. 3,а). Изменение суммарного
U
BHi2
щелевого
ВТП при смещении объекта контроля между измерительными контурами приведено на рис. 3,б.
где В0т, ^В - соответственно, амплитуда и начальная фаза колебания магнитной индукции начального поля. Развернутые выражения для расчета комплексной величины (2) приведены в работах [3, 6]. Там же установлено, что в однородном первичном поле изменение размеров контура или его ориентации по отношению к объекту контроля не влияет на фазу и вн. Поэтому будем анализировать только зависимости
U i
U i
и I
где
и I
- вносимое напряжение на контуре
М2Н2Е2^2 (рис. 2,а). Поскольку Евн обратно пропорционально расстоянию (1), то приближение контура к объекту контроля вызывает большее положи-
тельное приращение
U i
нежели его удаление
используя безразмерные параметры (рис. 1 и 2,а). от объекта, вызывающее отрицательное приращение.
В,
Рис. 2. Объект контроля в рабочей зоне щелевого ВТП
Установлено, что при определенном смещении рические координаты (рис. 1), 1 к - орт оси г . При центра контура М 1Я1^15"1 вдоль оси у (а1 = 90°; Ф 01 - уаг; р 01 - уаг; 9 = 0) для определенных критиче-
этом установлено, что характер изменения
A
BH
ских значений р'01кр и ф01кр или для АХ'01кр и А У01кр, определяющих его положение (рис. 2,а),
определяется противоположным влиянием парамет-1
ров — и sin ф так, что при определенном сочетании Р
этих параметров функция
A
BH
достигает максиму-
ма. По разные стороны от максимума (также при оп-
A
происходит «инверсия фазы» и вн (рис. 3,в), т.е. результирующая ЭДС контура меняет свое направление (рис. 3,г). Эту особенность объясняет геомет- ределенных значениях указанных параметр°в)
рия вторичного поля, исследование которой прове- будет иметь одинаковое значение. По условию анали-
дено в работе [6] с использованием вносимого век- за ЭДС стороны контура МШ и Н 1^1 параллельны
BH
торного потенциала поля A BH = i^^sinф1^, где
Р
оси г, поэтому частичные ЭДС контура, наводимые на этих сторонах (активные участки контура), будут
F0 - постоянная интегрирования, р ф z - цилинд- пропорциональны величине
A
BH
в каждой точке
б
этих сторон. ЭДС принимает максимальное значение (по модулю), если плоскость контура симметрична относительно плоскостей хоу и хог. В этом случае
по всей длине активных частей контура направление
полного вектора А , имеющего нечетную симметрию относительно плоскости хог (рис. 2,а), совпадает с направлением взятия контурного интеграла (это направление отмечено на рисунке стрелкой).
0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
f^BH
и вы
1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3
Д х '01 б
arg
V ВН
и ВН
О 0,5 1
1,5 2
^01
При смещении контура полностью по одну сторону плоскости хог ЭДС, наводимая в одной из продольных сторон, меняет свой знак (рис. 4,а) и при
некотором значении А У01кр ЭДС, наводимые в этих
сторонах, становятся равными по модулю. Изменение направления перемещения объекта контроля в сторону А у' > 0 приводит к таким же результатам, но
А
Д y
01 кр
< 0.
Ubh
0,6
* 0,5
Ú ВН 0,4
0,3
0,2
0,1
0
III I
II" Л
III 3 \
\
I III IIIIII ч -
Л *'
■Ау
01кр
0 0,01 0,1 „ 1 10 100
Л * '
У oí б
Рис. 4. Зависимости вносимого напряжения ±
U„
сторонах М1Б1 и Н№1, а также на контуре М1Н1Е1Б1 от
* * *
величины ау'01 : (р'0 = 2,5; = 0,2; ах'01 = 1,0); 1 - на стороне МШ; 2 - на стороне H1.F1; 3 -на контуре М1H1F1S1
Решив уравнение
U bhi
= 0 с учетом p'o2i =Х01 + y0
и р oí sinф 01 = y 01, получим условие, связывающее критические значения этих параметров
ду01кр = ±v d 12+дх
01кр •
(3)
Зависимости (3) приведены на рис. 5. Видна установленная в работе [6] эквивалентность влияния на
U
BH
параметров d 1 и АХ'01 (Р'01). Причем с рос
Рис. 3. Зависимости параметров ивн от величины смеще-
**
ния а х01 или а у 01 : а, в, г - отдельно от контура М1НШ1Б1; б - при смещении объекта контроля между
контурами МШLFm и М2Н2^2: (р'0 = 2,5;Ь = 4,0; а у '01 = ау'02 = 0; а х02 = Ь-а х'01); 1 - а\ = 0,2; 2- а\ = 1,0; 3 - а\ = 1,5; 4 - а\ = 0,5
том этих параметров величина
А
д У
01кр
сдвигается в
сторону больших значений. Скачкообразное изменение
фазы U вн1 и немонотонное изменение
U i
(см. рис. 3,в, г) создают определенные сложности при ведении ВТК. Поэтому можно считать, что зависимости
на
в
г
А *>
А У
01 кр
= f (d 1, А *х' )
определяют диапазон допустимого перемещения объекта контроля вдоль оси р .
3,8
1 1,4 1,8 2,2 2,6
Для щелевого ВТП характер изменения
U
BH12
изменением А р' остается подобным, как и для накладного ВТП (см. рис. 3,е, г). Величина А*р'0кр для такого ВТП определяется решением уравнения
U
BH12
= 0 . На рис. 6 приведены зависимости А*у'0
0кр
1,12 1,1 1,08 1,06 1,04 1,02 1
1 1,02 1,04 1,06 1,08 1,1 1,12
л *'
Ах 01 б
* *
Рис. 5. Зависимости ар'01кр от величины ах'01 для контура М1НШ51: (в'0 = 2,5); 1 - й1 = 0,01; 2 - й\ = 0,1; 3 -й1 = 0,2; 4 - й 1 = 0,5; 5 - й1 = 0,75; 6 - й\ = 1,0; 7- й 1 = 1,25; 8 - й 1 = 1,5; 9 - й 1 = 2,0
от величины А*х'01кр , которые показывают, что наличие еще одного контура М 2Н 25" 2 в щелевом ВТП
увеличивает А*р'0кр , т.е. расширяет диапазон допустимых перемещений объекта контроля в рабочей зоне преобразователя.
Если В0 = В0р1}- (см. рис. 2,б), то влияние АХ' и
А* у на величину вносимого напряжения
U
BH34
U
BH3
U
BH4
на контурах М3Н353 и М4Н454, образно говоря, меняется местами по отношению к их влия-
нию на
U
BH12
. Характер изменения
U
BH12
при
смещении объекта контроля вдоль оси х (см. рис. 3,б) и при смещении вдоль оси р (подобен графикам на
рис. 3,г) в рабочей зоне щелевого ВТП позволяет предложить способ электрической компенсации влияния поперечных перемещений этого объекта на указанное вносимое напряжение. Допустим, что щелевой ВТП содержит в своей конструкции, как минимум, две разнесенные вдоль длины объекта контроля системы обмоток возбуждения, создающие практически не взаимодействующие однородные синусоидальные
электромагнитные поля В 0 х и В 0р (рис. 7,а).
Рис. 6. Зависимости ар'01кр при смещении объекта контроля между контурами: | в'0 = 2,5; Б = 4,0 1 - объект контроля; 2 - измерительные контуры; 3 - й 1 = 1,5; 4 - й 1 = 1,0; 5 - й 1 = 0,2
с
а
+ U BH3 + U BH4
В
Ох
* * *
1 - ^BHS ■ 2 - ^BH12 -3 - ¿?BH34
мещений на U BH12 и U BH34
¿'вне
D' /2-Дх 01
* *
4--Д ^BHSx ,%; 5 -а ÜEHllx
* в
йви 12
ЙВН34
1,4 1,8 2,2 2,6
л *'
Ах 01
1 -
*
Ü RHE
:.2 -
Ü RH1 2
3 -
*
ü rh34
Л
Ü RH12х
ü rhe:
-0,8 -0,4 0 0,4 0,
4 --Л
D' 2-Ахт
C/RHSr
i) rh12 г
,%; 5 -а ? 6
Рис. 7. Схема и зависимости £/ вн щелевого ВТП, поясняющие метод электрической компенсации влияния воздушного зазора
Перемещение центра объекта контроля вдоль оси х для контуров МШ^Ш, M2.HIF2.S2. и для контуров M3H3F3S3, M3H3F3S3 приводит к разному влиянию на составляющие суммарного вносимого напряжения
U
BH2
U
BH1
+
U
BH2
+
U BH3
U BH4
U
BH12
+
U
BH34
В связи с чем, на графике зависимости
U BH2
= f
д x'
01
появляется участок с относительно неизменным значением суммарного вносимого напряжения (рис. 7,6). В пределах этого участка обеспечивается существенная компенсация влияния поперечных перемещений объекта кон-
троля на
U
BHE
по сравнению с
влиянием этих перемещений на
U
BH12
(рис. 7,в). При смеще-
нии объекта контроля только вдоль оси у влияние этих пере-
мещений на
U
BH12
U
BH34
по характеру как бы меняется местами по отношению к его влиянию при перемещении объекта только вдоль оси х . В качестве предельно допустимого из-
менения
чину
U
BHS
возьмем вели-
U BHTfl
U BH2X U BHSx
x100% = 1%,
U BHT,n
(4)
где
U
BHT.v
- величина суммар-
ного вносимого напряжения при смещении объекта контроля
а
1
лл
вдоль оси X ,
и
BHZ0
- величина этого напряжения
при симметричном расположении объекта контроля относительно всех измерительных контуров. Вели-
чину р'ок = (D/2)-AX'0i , при которой А
U
BHZ
удовлетворяет условию (4), можно определить (с достаточной точностью), как линейный размер участка, обеспечивающего электрическую компенсацию влия-
ния на
U
BHZ
поперечного перемещения объекта
контроля в рабочей зоне ВТП. Изменение базового
расстояния В' (рис. 2,а) между контурами М1Н1Е^1 и М2Н2Е2Б2 практически не влияет на относительное
значение Ар' :
Ар' ок =■
У .
D 2
-А
0i
100%.
В то же время абсолютные размеры указанного участка возрастают прямо пропорционально величине
В' (табл. 1).
Таблица 1
Параметры, оценивающие возможности компенсации влияния поперечных перемещений
объекта контроля на величину
U i
* D АР'ок ,% Р' ок
2,5* 20 ±0,25
3, 0 21,6 ±0,325
4, 0 21,4 ±0,428
5, 0 21,35 ±0,535
8,0 21,2 ±0,847
U i
12
14,7
14,5
14,3
14,22
Примечание. Параметры определены на краях участка р' ок ,
обеспечивающего условие (4); * - для указанного значения
* / * В величина А и в
достигаемая на краю участка, составляет
0,688,%; А
Ui
U i
U i
\
'U i
100% -
процентное отклонение
U i
на краях указанного уча-
стка от его значения в центре симметрии между всеми контурами; остальные параметры контроля составили:
в' о = 2,5; а' 1 = 0,2; А у 0 = АУ02 = 0.
Как видно из данных табл. 1, этот метод обеспечивает подавление указанного влияния на границах рассматриваемого участка более чем в 14 раз. Кроме этого условие (4) обеспечивается сравнительно небольшим смещением объекта контроля от центра симметрии между контурами. Поэтому при таком
допуске на величину влияния этого смещения условие на критические значения АУ01кр и А*у'0кр можно не
проверять. Допустим, что профиль области (область компенсации) - поперечное перемещение объекта контроля (позиция 1 на рис. 8), в пределах которой удовлетворяет условию (4), есть круг (показан на рис. 8 штриховой линией). Для проверки этого предположения провели расчет параметра Ар'ок вдоль окружности, ограничивающей этот круг. С одной стороны, результаты расчета подтверждают это предположение (табл. 2). С другой стороны, они позволяют заключить, что определение радиуса зоны компенсации
можно проводить, рассчитав р' ок только как допустимое смещение вдоль оси х или отдельно вдоль оси у.
У*.
Д
0у
Рис. 8. Схема, поясняющая определение области компенсации для щелевого ВТП
Таблица 2
Значение параметра р'ок при произвольном поперечном перемещении объекта контроля (рис. 8)
ß, ° АР'ок ,%
0 0,991
10 0,758
20 0,169
30 0,495
40 0,925
45 0,984
50 0,925
60 0,495
70 0,169
80 0,758
90 0,991
Примечание. Остальные параметры контроля составили следующие значения: в' 0 = 2,5 ; 1 = 0,2 ; р' ок = 0,484 ; В' = 4,0 .
А
Существенного повышения размеров области компенсации можно добиться, увеличивая поперечный размер измерительных контуров ё 1 (табл. 3).
Таблица 3
Влияние на линейные размеры области компенсации
d' 1 * / р ок ар'ок , %
0,2 ±0,428 21,4
0,5 ±0,464 23,2
1,0 ±0,624 31,4
2,0 ±0,888 44,8
Поскольку пары систем возбуждения поля и пары измерительных контуров разнесены вдоль длины объекта контроля, их можно сделать подвижными по оси х, у или поворачивающимися относительно оси г . Указанные возможности позволят упростить ввод объекта контроля в рабочую зону ВТП. Используя отдельно каждую измерительную обмотку (контур) или соответствующие пары измерительных обмоток ВТП, можно осуществить идентификацию дефектов в объекте контроля. Последнее свойственно накладным преобразователям и является преимуществом щелевых ВТП по сравнению с проходными ВТП.
Возможности использования щелевых ВТП с совмещенными парами обмоток, имеющими общую плоскость симметрии, параллельную плоскости хоу, рассмотрены в работах [7, 8].
Таким образом, в данной работе исследованы особенности влияния поперечных перемещений объекта контроля в рабочей зоне щелевых ВТП на выходные характеристики последних. Предложен метод электрической компенсации влияния этих перемещений на указанные выходные характеристики щелевых ВТП.
Литература
1. Степанов А.Л., Пагиев К.Х., Дедегкаев А.Г. Моделирование работы щелевого трансформаторного вихретокового преобразователя с однородным электромагнитным полем. Возможности двухпараметровых методов контроля (Ч. 3) // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2006. Приложение № 11.
2. Степанов А.Л. Математические модели обмоток возбуждения для САПР щелевых вихретоковых преобразователей // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2004. Приложение № 9. С. 72 - 87.
3. Степанов А.Л., Дедегкаев А.Г., Пагиев К.Х. Математическая модель взаимодействия щелевых вихретоковых преобразователей и проводящих цилиндрических объектов // Изв. вузов. Электромеханика. 2006. № 2. С. 7 - 14.
4. Степанов А.Л., Пагиев КХ., Дедегкаев А.Г. Математические модели измерительных обмоток для САПР щелевых вихретоковых преобразователей с однородным электромагнитным полем // Изв. вузов. Электромеханика. 2006. № 5. С. 16 - 23.
5. Степанов А. Л. Исследование и разработка технологий получения многослойных металлических материалов, а также методов и средств электромагнитного контроля их качества: Отчет о НИР (заключительный). ГР № 01990 003893/Владикавказ, СКГТУ. 1999. С. 30 - 53.
6. Степанов А.Л. Моделирование работы щелевого трансформаторного вихретокового преобразователя с однородным электромагнитным полем. (Ч. 1) // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2006. Приложение № 2. С. 34 - 58.
7. Степанов А.Л. Моделирование работы щелевого трансформаторного вихретокового преобразователя с однородным электромагнитным полем. Анализ чувствитель-ностей преобразователя (Ч. 2) // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2006. Приложение № 3. С. 63 - 76.
8. Воронин П.А., Степанов А.Л., Дедегкаев А.Г. Математическая модель неразрушающего вихретокового контроля щелевыми преобразователями // МЕ80МЕСИ'2006. Физическая мезомеханика, компьютерное конструиро-вание и разработка новых материалов: Тез. докл. междунар. конф. Томск, Россия, 19-22 сентября 2006. Томск С. 239 - 240.
Северо-Кавказский горно-металлургический институт
(государственный технологический университет), г. Владикавказ 15 декабря 2006 г.
