CC BY
46
2. Розенцвайг А.К. Движение концентрированных эмульсий с неравновесной дисперсной фазой по трубопроводам в турбулентном режиме // Инженерно-физический журнал. - 1982. - 42(3). - С. 366-372.
3. Розенцвайг А.К., Страшинский Ч.С. Дробление низкокипящей дисперсной фазы в турбулентном потоке охлаждающей эмульсии // Журнал прикладной химии. - 2009. - 82(8). - С. 1314-1319.
4. Розенцвайг А.К. Характер дробления капель при перемешивании разбавленных жидкостных эмульсий турбинными мешалками // Журнал прикладной химии. - 1985. - 58(6).- С. 1290-1298.
5. Нигматуллин Р.И. Гидродинамика многофазных сред. Ч.1. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. -1987, 464 с.
6. Скрипов В.П. Метастабильная жидкость. - М.: Наука Гл. ред. физ.-мат. лит. -1972, 312 с.
7. Rozentsvaig A.K., Strashinskii C.S. Hydrodynamic aspects of boiling up of a disperse phase in a homogeneous turbulent flow of an emulsion // High Temperature. 2011. - 49(1). - Р. 143-146.
8. Побережский С.Ю., Симанков Д.С. Определение температур гомогенной нуклеации жидкостей. // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - № 6. URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=7923.
9. Гухман А.А. Применение теории подобия к исследованию процессов тепло-массообмена. - М.: «Высшая школа». - 1974. -328 с.
10.Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: Учеб. пособие. Т.VI. Гидродинамика. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. -1988, 736 с.
11.Лабунцов Д.А. Физические основы энергетики. Избранные труды по энергетике, гидродинамики, термодинамики. - М.: Изд-во МЭИ, 2000. - 200 с.
12.Avdeev A. A., Zudin Yu. B. Thermal energy scheme of vapor bubble growth (universal approximate solution) // High Temperature. - 2002. - 40(2), - Р. 264-271.
13.Rozentsvaig, A.K., Strashinskii, C.S., Modeling of heat transfer conditions in cooling lubricant emulsions with low-boiling continuous media in narrow gaps // International Journal of Heat and Mass Transfer - 102 - 2016. - P. 555-560.
14.Розенцвайг А.К., Страшинский Ч.С. Резонансный и градиентный механизмы инициированного вскипания в однородном турбулентном потоке низкокипящей дисперсной фазы в жидкостной эмульсии // Проектирование и исследование технических систем: Межвуз. науч. сб. Набережные Челны: изд-во ИНЭКА. - 2008. - 12 - С. 74-85.
© Розенцвайг А.К., Страшинский Ч.С., 2016
УДК 621.3
В.А. Свиридов
аспирант
Поволжского государственного университета сервиса,
инженер - конструктор ООО «Тольяттинский трансформатор» Научный руководитель: Н.П. Бахарев д.п.н., к.т.н., профессор кафедры «Сервис технических
и технологических систем» Поволжский государственный университет сервиса г. Тольятти, Российская Федерация
ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ОБМОТОК И ВЛАГОСОДЕРЖАНИЯ ИЗОЛЯЦИИ НА ОСЕВЫЕ УСИЛИЯ В ОБМОТКАХ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Аннотация
Рассмотрены факторы влияющие на осевые усилия в обмотках силовых трансформаторов.
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №10-2/2016 ISSN 2410-6070
Ключевые слова
Трансформатор, электродинамическая стойкость, осевые усилия, влагосодержание изоляционных
материалов.
Силовые трансформаторы - наиболее ответственные и дорогостоящие элементы в системе распределения электрической энергии. Транзит и передача больших потоков мощности в рамках Единой национальной электрической сети также невозможны без трансформации электроэнергии.
Наиболее опасные с точки зрения длительности недоотпуска электроэнергии, финансовых потерь и возможности восстановления трансформаторного электрооборудования, т.е. его ремонтно-пригодности -внутренние повреждения обмоток силовых трансформаторов. Первопричиной таких повреждений может быть внутренний пробой витковой изоляции в результате деструкции изоляции под воздействием эксплутационных факторов и действия частичных разрядов (ЧР) в месте будущего пробоя, которые могут быть результатом коммутационных, грозовых и иных повышенных воздействий на изоляцию.
Вторая основная причина - недостаточная электродинамическая стойкость обмоток при КЗ, приводящая практически сразу к аварийному выходу трансформатора из строя с тяжелыми последствиями (пробой изоляции в месте остаточных деформаций и витковое замыкание) особенно трансформаторов со сроком службы более 25 лет.
Решающее значение для обеспечения электродинамической стойкости трансформатора при проектировании имеет определение сил осевой прессовки обмоток. Разработке методов расчета сил осевой прессовки, необходимых для получения заданных значений критических напряжений радиальной устойчивости обмоток, посвящены многочисленные работы И.В. Лазарева[9], научного сотрудника ПАО «ВИТ» г. Запорожье, Украина. Однако влияние некоторых факторов на рассматриваемые силы не изучено. Необходимость проведения исследований в данном направлении усилилась в связи с широким внедрением запрессовки обмоток с помощью общих прессующих колец. В этом случае на значения сил осевой прессовки существенно влияет их распределение между обмотками, расположенными под одним прессующим кольцом. А распределение сил осевой прессовки между обмотками может существенно зависеть от их разновысокости. Кроме того, обмотки, запрессованные общим прессующим кольцом, практически всегда имеют различное осевое строение (различные по высоте наборы проводниковых и изоляционных материалов). Это приводит к различным осевым деформациям обмоток при изменении их температуры или влагосодержания изоляционных материалов, что влечет за собой изменение (перераспределение) сил осевой прессовки. Результаты изучения влияния температуры нагрева и влагосодержания изоляционных материалов на усилия сжатия в специальных лабораторных образцах отражены в работах [7].
В этих работах отмечено существенное увеличение осевых усилий сжатия в образцах при увеличении их влагосодержания и температуры нагрева. Однако все проведенные ранее исследования не дают ответа на вопрос - как определять усилия в реальных обмотках при их запрессовке общим прессующим кольцом с учетом разновысокости, изменения температуры и влагосодержания. Решению задач, связанных с получением ответа на этот вопрос, посвящена работа И.В. Лазарева[9], продиктованная также необходимостью дальнейшего совершенствования методики, положенной в основу программы ELDINST [8]. Рассматривается конструкция трансформатора, в которой применена так называемая блочная сборка обмоток. Все обмотки одного стержня магнитной системы располагаются между общими верхним и нижним прессующими элементами (например, плитами из древеснослоистого пластика), стянутыми с помощью вертикальных шпилек. Описанный процесс называется блочной сборкой, потому что собранные таким образом обмотки образуют блок. Шпильки служат для обеспечения запрессовки обмоток. Элементы, между которыми расположены обмотки, играют роль общих прессующих колец, поэтому в дальнейшем мы их так и будем называть. Блок обмоток устанавливается на стержень магнитной системы и закрепляется с помощью специальных элементов. Представленная конструкция обладает рядом преимуществ. Во- первых, в ней не возникают силы трения, приводящие к распрессовке обмоток при подъеме активной части или коротких замыканиях [2]. Во-вторых, она позволяет обеспечить полную симметрию относительно середин обмоток по
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №10-2/2016 ISSN 2410-6070
высоте, что является оптимальным как по электромагнитным, так и механическим процессам, возникающим при коротких замыканиях. Поэтому блочная сборка обмоток находит все более широкое применение.
Сначала рассмотрим случай, когда сила прессовки, действующая на прессующее кольцо, Pr задана. Эта сила обычно принимается равной сумме заданных сил прессовки отдельных обмоток, расположенных под прессующим кольцом,
где i - номер обмотки (i = 1, 2,..., i,..., N); N - количество обмоток под прессующим кольцом. Требуется определить, какие усилия возникнут в обмотках после запрессовки. Для решения этой задачи используем расчетную схему, изображенную на рис. 1, где: K - жесткое тело, моделирующее прессующее кольцо (в положении после запрессовки обмоток); i = 1, 2,..., i,..., N - линейноупругие стержни, представляющие обмотки (i - номера обмоток); N - количество стержней (обмоток) на одном стержне магнитной системы; номера стержней и обмоток совпадают.
б)
Рисунок 1 - Расчетная схема для определения усилий в обмотке после запрессовки
Рассмотрим равновесие прессующего кольца, заменив воздействия на него со стороны обмоток возникшими в них после запрессовки внутренними усилиями - N01, которые имеют положительные значения при сжатии (рис. 1,б). Фактически на прессующее кольцо действуют системы сил, равнодействующие которых Рг , N01 расположены на общей оси обмоток. В этом случае можно записать только одно условие равновесия прессующего кольца в проекции на вертикальную ось, которое выглядит следующим образом:
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №10-2/2016 ISSN 2410-6070
Мы имеем одно уравнение статики (2), в которое входит N неизвестных усилий N0i . Следовательно, задача N-1 раз статически неопределимая.
Для раскрытия статической неопределимости рассмотрим деформации обмоток с учетом их разновысокости. Выберем самую низкую обмотку и определим по отношению к ней приращения высот остальных обмоток - hi, (рис. 1,а). Тогда абсолютная деформация каждой обмотки, возникающая при запрессовке, - Ui, будет равна сумме ее превышения над самой низкой обмоткой - hi, и абсолютной деформации самой низкой обмотки - U0
и, = hi + ur
(3)
Усилие, возникшее в обмотке при запрессовке, в рассматриваемом случае определяется выражением
'01 (4) где сь - коэффициент жесткости { -й обмотки при сжатии в осевом направлении, соответствующий полной деформации (секущий). С учетом формулы (3) выражение (4) окончательно примет такой вид:
Введение в рассмотрение деформаций позволило усилия, возникающие во всех обмотках при запрессовке, выразить через одну неизвестную величину - абсолютную деформацию самой низкой обмотки Цо. Эту неизвестную найдем из уравнения (2) после подстановки в него выражений для усилий (5). В результате будем иметь
(6)
где 1 (7)
Используя формулы (5), (6), получим выражение для определения усилий, возникших в обмотках при запрессовке
(8)
Из выражений (6), (8) видно, что все обмотки, расположенные под одним прессующим кольцом, будут запрессованы, если выполняется условие
(9)
В противном случае некоторые обмотки, начиная с самой низкой, будут не запрессованы. Полученные результаты также показывают, что в общем случае усилия, возникшие в обмотках после запрессовки, не равны заданным силам прессовки N ф Рг . При этом указанные усилия могут быть меньше заданных сил прессовки (М < РгО, а это недопустимо. По этой причине найдем силу прессовки Ргшах, при действии которой на прессующее кольцо возникшие в обмотках усилия будут не меньше заданных сил прессовки (М > Рп).
Сформулированная задача решается в такой последовательности. Вначале для каждой обмотки рассчитывается абсолютная деформация, при которой в ней возникнет усилие, равное заданной силе прессовки. Выполняется это с помощью выражения
(10)
Далее определяются соответствующие деформации самой низкой обмотки по формуле
(11)
В качестве деформации самой низкой обмотки окончательно принимается максимальная из рассчитанных по формуле (11)
U
Orna*
= max{uCi}
(12)
Усилие в каждой обмотке после запрессовки рассчитывается с помощью выражения
(13)
Сила прессовки, при действии которой на прессующее кольцо возникшие в обмотках усилия будут не меньше заданных сил прессовки, вычисляется по формуле
^''гпак ~ ^гпзх! '
Совершенно очевидно, что после запрессовки в обмотке, которой соответствует максимальная деформация самой низкой обмотки (им = иотах), возникшее усилие будет равно заданной силе прессовки (N1^x1 = Рп) . В остальных обмотках эти усилия будут превышать заданные силы прессовки (N1 > Рп). То есть эти обмотки будут перепрессованы, что нежелательно, так как ведет к вложению лишних материалов в прессующую конструкцию. Перепрессовки обмоток не будет, если превышения их высот по отношению к самой низкой обмотке будут равны
U,
(15)
В чем легко убедиться, подставив выражение (15) в соотношение (8), принимая во внимание формулы (1) и (10). При этом усилие, возникшее в каждой обмотке после запрессовки, будет равно заданной силе прессовки (Нтах1 = Рп). Чтобы превышения высот обмоток были положительными, в качестве самой низкой следует принять обмотку, имеющую минимальное значение абсолютной деформации ир1. Силу прессовки, действующую на прессующее кольцо, попрежнему следует рассчитывать по формуле (1).
Для определения усилий в собранных блочных обмотках при изменении их температуры и влагосодержания изоляционных материалов используем расчетную схему, изображенную на рис. 2. Здесь М - деформируемое в направлении оси обмоток линейноупругое тело, соответствующее магнитной системе; с1, с2- безынерционные пружины, моделирующие верхний и нижний элементы крепления блока обмоток; К1, К2 - жесткие тела, представляющие верхнее и нижнее прессующие кольца; 81, э2 - линейноупругие шпильки, стягивающие верхнее и нижнее прессующие кольца. Остальные обозначения имеют тот же смысл, что и на рис. 1. Поставленную задачу будем решать, используя метод, примененный выше. Запишем условия равновесия верхнего (рис. 3,а) и нижнего (рис. 3,б) прессующих колец в проекции на вертикальную ось
(16)
¡>1
N
SN,
¡■1
(17)
где Р1 - усилия в верхнем (1 = 1) и нижнем (1 = 2) элементах крепления блока обмоток; Ря - суммарное усилие в шпильках стягивающих верхнее и нижнее прессующие кольца; N1 - усилие в 1-й обмотке (положительное при сжатии).
Усилия в верхнем и нижнем элементах крепления блока обмоток, а также суммарное усилие в шпильках, стягивающих верхнее и нижнее прессующие кольца, определяются выражениями
^г = скгиК21
(18) (19)
где Ск1 - коэффициенты жесткости верхнего (1 = 1) и нижнего (1 = 2) элементов крепления блока обмоток; иК1 - перемещения верхнего (1 = 1) и нижнего (1 = 2) прессующих колец, вызванные изменениями температуры элементов активной части трансформатора или влагосодержания изоляционных материалов; иМ - перемещение верхнего ярма магнитной системы, вызванное изменениями температуры элементов активной части трансформатора; с8 - суммарный коэффициент жесткости шпилек, стягивающих верхнее и
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №10-2/2016 ISSN 2410-6070
нижнее прессующие кольца; ks - коэффициент линейного расширения шпилек, стягивающих верхнее и нижнее прессующие кольца; ts - изменение средней температуры шпилек, стягивающих верхнее и нижнее прессующие кольца; для элементов крепления блока обмоток влияние изменения температуры и влагосодержания соответствующих элементов не учитывается.
Рисунок 2 - Расчетная схема для определения усилий в собранных блочных обмотках при изменении их температуры и влагосодержания изоляционных материалов
Усилие в >й обмотке при изменении ее температуры и влагосодержания изоляционных материалов определяется следующим образом:
(21)
где кЪ, kwi, - коэффициенты линейного расширения обмотки при изменении ее температуры и влагосодержания изоляционных материалов;
Ъ, Wi - изменения средней температуры обмотки и среднего влагосодержания ее изоляционных материалов.
В первом приближении магнитную систему будем считать абсолютно жесткой. Тогда перемещение верхнего ярма можно представить следующим образом:
где км - коэффициент теплового линейного расширения магнитной системы; 1м - изменение средней температуры магнитной системы.
1 Р|1 t 1 Pl
и / (
i ъ J Ni 1 Ni
а)
i Ni t i t t
кг II i
i i i PS] P2
N
N
К
s2
Uki
UK1
5)
Рисунок 3 - Условия равновесия прессующих колец в проекции на вертикальную ось
Подставим выражения (18) - (21) в уравнения равновесия прессующих колец (16), (17). Из полученных соотношений найдем перемещения верхнего и нижнего прессующих колец
(23)
где приняты такие обозначения:
UK2 = Pb-CBMM]
сяс
BVK2
(24)
(25)
После подстановки выражений для перемещений прессующих колец (23), (24) в формулу (21), окончательно получим
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №10-2/2016 ISSN 2410-6070
Поступая аналогично, найдем формулы для определения усилий в верхнем и нижнем элементах крепления блока обмоток, а также суммарного усилия в шпильках, стягивающих верхнее и нижнее прессующие кольца,
(27)
(28)
Если магнитную систему не считать абсолютно жесткой, следует учитывать усилия, возникающие в стержнях магнитной системы. Усилие в магнитной системе, приходящееся на один стержень с обмотками определяется выражением
где СМ - коэффициент жесткости магнитной системы, приходящийся на один стержень с обмотками. Для определения перемещения Им примем во внимание условие равновесия верхней части магнитной системы с обмотками (рис. 4)
i-i
(30)
Рисунок 4 - Условия равновесия верхней части магнитной системы с обмотками
Выразив в условиях равновесия (16), (17), (30) усилия через перемещения (18) - (21), (29), мы получим систему трех уравнений с тремя неизвестными, решив которую, получим
(32)
где
CF =
Сс ■ с,
(33)
(34)
С учетом выражений (31), (32) для усилий в обмотках, усилия в магнитной системе, приходящегося на один стержень с обмотками, усилий в верхнем и нижнем элементах крепления блока обмоток, а также суммарного усилия в шпильках, стягивающих верхнее и нижнее прессующие кольца, будем иметь такие выражения:
(35)
(36)
(37)
Если в выражениях (31) - (37) принять См ^ как и следовало ожидать, получим формулы (22) - (28).
Из полученных выражений видно, что при изменении температуры активной части и влагосодержания изоляционных материалов возникнут усилия в элементах крепления блока обмоток и, как следствие, в магнитной системе. Через элементы крепления блока обмоток на магнитную систему также будут передаваться усилия, возникающие в обмотках при коротких замыканиях. Все это будет сопровождаться деформациями магнитной системы, что приведет к увеличению потерь в электротехнической стали. Для устранения таких нежелательных явлений блок обмоток можно фиксировать только на нижнем ярме. Верхний элемент крепления блока обмоток в этом случае не ставится, поэтому его жесткость следует принять равной нулю. Полагая в полученных результатах Ск1 = 0 , будем иметь
U
К1
-DecB1; uK2 0; М^Р1=Р2=0;
(38)
Полученные выражения могут быть использованы при проведении расчетов трансформаторов, если известны:
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №10-2/2016 ISSN 2410-6070
• сила прессовки обмоток Pr;
• коэффициенты жесткости обмоток ci;
• коэффициенты жесткости и теплового линейного расширения элементов активной части;
• коэффициенты линейного расширения обмоток, вызванные изменением влагосодержания изоляционных материалов.
Значения первых двух параметров (Ppr, Ci) определяются при расчете электродинамической стойкости обмоток трансформаторов к действию сил короткого замыкания. Для этой цели применяется программно-методический комплекс разработанный ПАО «ВИТ» - Расчет электродинамической стойкости обмоток трансформаторов при коротких замыканиях «ELDINST» (ПМК ELDINST), который включает в себя две программы:
• программу ELDINST, по которой осуществляется расчет электродинамической стойкости обмоток;
• программу Yoke Beam, предназначенную для расчета коэффициентов жесткости прессующей конструкции и приведенных масс ярмовых балок.
Для расчета коэффициентов жесткости и линейного расширения обмоток и шпилек при изменении температуры используются выражения работы [5]. Аналогично определяются коэффициенты линейного расширения обмоток, вызванные изменением влагосодержания изоляционных материалов. В первом приближении считалось, что изменение влагосодержания изоляционных материалов на 1% вызывает деформацию, равную также 1 %.
На основе выражений (38) были определены усилия в обмотках ряда трансформаторов серии 110 кВ. Результаты представлены в таблице, где:
Noi - усилия в обмотках после запрессовки при средней температуре всех элементов 323 K; Ni - усилия в обмотках во время эксплуатации при их средней температуре 368 K и средней температуре шпилек 358 K; Ntri - усилия в обмотках во время транспортирования при средней температуре всех элементов 248 K; Nwi -усилия в обмотках после увеличения на 0.5% влагосодержания их изоляционных материалов и средней температуре всех элементов 323 K; Ptn - силы прессовки обмоток, необходимые для предотвращения их смещения во время транспортирования при ускорениях, равных 3g; в процентах указаны изменения осевых усилий в обмотках по отношению к их начальным значениям [после запрессовки обмоток при средней температуре всех элементов активной части 323 K (50°С)].
Результаты расчета усилий в обмотках трансформато
Таблица 1
ров при изменении температуры и влагосодержания
Трансформатор Обмотка ci 10-7, Nm-1 kti 105, mK-1 kwi 103, m о w о . о Ol ks105, mK-1 N0i, kN Ni, kN Ntri, kN Ptri, kN Nwi, kN
НН 6.170 3.667 4.598 128.6 166.1 +29% 79.92 -38% 56.88 214.5 +67%
ТРДН- 40000/110 ВН 5.555 4.031 6.850 3.161 2.147 155.5 198.4 +28% 96.50 -38% 69.50 295.3 +90%
РО 7.091 2.678 3.540 49.04 60.59 +24% 45.70 -7% 18.31 110.2 + 125%
НН 5.272 4.361 6.441 134.4 174.2 +30% 80.69 -40% 71.42 250.4 +86%
ТРДН- 63000/110 ВН 6.904 4.293 5.898 2.808 2.417 155.6 205.6 +32% 88.79 -43% 98.41 288.7 +86%
РО 7.120 3.056 3.100 58.00 69.91 +21% 55.14 -5% 22.82 95.66 +65%
НН 5.994 4.677 6.194 147.8 191.6 +30% 90.51 -39% 102.5 260.3 +76%
ТРДН-80000/110 ВН 6.327 4.661 6.194 2.544 2.667 163.2 208.9 +28% 103.4 -37% 123.7 281.9 +73%
РО 5.730 3.934 5.210 57.1 79.78 +40% 34.20 -40% 28.11 136.4 + 139%
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №10-2/2016 ISSN 2410-6070
Выводы: 1) При повышении температуры во время эксплуатации усилия сжатия в обмотках увеличиваются в среднем (по всем трансформаторам) на 29%. Это положительно сказывается на стойкости обмоток к действию радиальных сжимающих сил короткого замыкания. 2) Снижение температуры при транспортировании приводит к уменьшению усилий сжатия в обмотках (в среднем на 32%). В некоторых случаях эти усилия могут оказаться меньшими, чем силы прессовки обмоток, необходимые для предотвращения их смещения при ускорениях во время транспортирования. Последнее не допустимо, так как вследствие смещения обмоток могут нарушиться изоляционные промежутки, что может стать причиной аварии. 3) Увеличение влагосодержания изоляции обмоток приводит к сильному увеличению усилий сжатия (для рассмотренных трансформаторов в среднем на 90%). Таким образом И.В. Лазаревым[9], был разработан метод определения усилий в обмотках при запрессовке общим прессующим кольцом с учетом разновысокости. Получены выражения для расчета усилий в обмотках при изменении их температуры и влагосодержания изоляционных материалов. На примере ряда трансформаторов серии 110 кВ изучено влияние температуры обмоток и влагосодержания их изоляционных материалов на осевые усилия. Данный метод может применяться при проектированнии силовых трансформаторов на заводах-изготовителях с целью внесения изменений в конструкцию, для повышения их электродинамической стойкости с учетом рассмотренных факторов.
Список использованной литературы
1. Лазарев В.И., Лазарев И.В. Об устойчивости сжимаемых обмоток трансформаторов как сложных деформируемых систем с начальными усилиями и трением. Критические напряжения радиальной устойчивости (Сообщение 1) // Новi матерiали i технологи в металурги та машинобудуванш, Запорiжжя. - 2004. - №1. - С. 64 - 68.
2. Лазарев В.И., Лазарев И.В. О причине уменьшения сил осевой прессовки обмоток трансформаторов при коротких замыканиях // Електротехшка та електроенергетика, Запорiжжя. - 2005. - №1. - С. 18 - 22.
3. Лазарев В.И., Лазарев И.В. Об устойчивости сжимаемых обмоток трансформаторов как сложных деформируемых систем с начальными усилиями и трением. Анализ критических напряжений радиальной устойчивости (Сообщение 2) // Новi матерiали i технологи в металурги та машинобудуванш, Запорiжжя. -2006. - №1. - С. 37 - 42.
4. Лазарев В.1. Електродинамiчна стшюсть силових трансформаторiв (основи теори, методи розрахунку, засоби забезпечення): Дис... докт. техн. наук: 05.09.01. - Кшв, 2006. - 605 с.
5. Лазарев В.И, Зубкова И.В. Определение усилий в элементах механической системы однофазного одно-стержневого шунтирующего реактора с боковыми ярмами при изменении температуры, подъеме активной части и транспортировании // Пращ 1нституту електродинамки НАН Украши: Зб. наук. праць. - К.: 1н-т електродинамки НАН Украши, 2005. - №3(12). - C. 124 - 132.
6. Носачев В.А., Соколова Л.И. Деформация изоляционных материалов из целлюлозы в обмотках мощных силовых трансформаторов // Электротехника. - 1980. - №8. - С. 54 - 57.
7. Ch. Krause, W. Goetz. The Change of the Clamping Pressure in Transformer Winding due to Variation of the Moisture Content - Tests with press- board spacer stacks // CIGRE, Transformer colloquium 1999 in Budapest.
8. Комп'ютерна програма "Розрахунок електродинамiчноl стшкосп обмоток трансформаторiв при короткому замиканш ("ELDINST 2.0"): Свщоцтво про реестрацию авторського права на твiр № 11667 Украша / ВХЛазарев, П.Г.Кохан, О.Л.Тарчуткш, О.В.Артьомченко, М.В.Остренко, Т.С.Молдован, В.П.Семусева (Украша). - Дата реестраци 30.11.04.
9. Лазарев И.В. Влияние изменение температуры обмоток и влагосодержание изоляционных материалов на осевые усилия в элементах активной части в силовых трансформаторах с блочной сборкой обмоток // ПАО «ВИТ» г. Запорожье.
10. Лазарев И.В. Влияние изменение температуры обмоток и влагосодержание изоляционных материалов на осевые усилия в элементах активной части в силовых трансформаторах традиционной конструкции // ПАО «ВИТ» г. Запорожье.
© Свиридов В.А., Бахарев Н.П., 2016
УДК 621.31
В.А.Солдаткин Инженер, ОМТМ ИМаш УРО РАН А.В.Терешин
Инженер, ОМТМ ИМаш УРО РАН И.А.Юркевич
Студент, Курганский ГУ г. Курган, Российская Федерация.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ВАЛОВ МЕХАНИЧЕСКОГО БЕССТУПЕНЧАТОГО ТРАНСФОРМАТОРА МОМЕНТА
Аннотация
Приведена подробная методика обработки сигналов с датчиков - энкодеров, используемых для определения частот вращения валов бесступенчатого трансформатора момента с использованием возможности ПО «PowerGraph».
Ключевые слова
Частота вращения вала, энкодер, программа «PowerGraph».
Проведение большинства экспериментальных работ предполагает измерение, регистрацию, обработку различных физических величин - перемещений, скоростей, ускорений, сил, моментов, напряжений, частот вращения валов и т. д. Их измерение осуществляется с помощью первичных преобразователей, которые преобразуют измеряемую физическую величину в электрические сигналы (напряжение). Для выполнения таких работ широко используются различные по сложности, функциональным возможностям, степени универсальности, цене, различные измерительно-регистрирующие и вычислительные системы и комплексы, построенные на базе персональных компьютеров и аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Выше сказанное в полной мере относится к экспериментальным исследованиям механического бесступенчатого трансформатора момента на стенде. В работе [1] приведен лишь перечень регистрируемых параметров, но не раскрыта методика их обработки. Здесь приводится подробная методика обработки сигналов с датчиков - энкодеров, позволяющая определить частоты вращения валов (ведущего и ведомого) трансформатора момента. Обозначения приняты такими же, как в работе [1].
Экспериментальное определение частоты вращения выходного вала П2 осуществляется при помощи инкрементного энкодера Ошгоп Е6В2 (www.omron.com) с разрешением 1000 прямоугольных импульсов за один оборот вала. При этом период одного прямоугольного импульса составляет 0,36 град. Точность определения периода ± 0,0036 град. На рисунке 1.а приведен конструкторская проработка установки энкодера Э2 на выходной головке торсионного вала, соединенного шлицами с шестерней Ъъ = 26 (см. рисунок 1 [1]), которая входит в зацепление с центральной шестерней Ъ4 = 24 суммирующего редуктора, являющейся продолжением выходного вала трансформатора момента. Тогда частота вращения выходного вала будет определяться П2 = Пт • Ъъ/ Ъ4 = 1,0833-Пт, где Пт - частота вращения выходной головки торсионного вала, измеренная энкодером. На рисунке 1.б приведен внешний вид энкодеров.
«ш ™
а б
Рисунок 1- Эскиз установки и внешний вид энкодера Ошгоп
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №10-2/2016 ISSN 2410-6070
Частота вращения входного вала n определяется при помощи аналогичного энкодера Э3 (см. рисунок 1 [1]), но с разрешением 100 прямоугольных импульсов за один оборот. Этот энкодер установлен на торце промежуточного вала, соединенного зубчатым колесом Z2=25 с шестерней Z1=37 входного вала. Тогда частота вращения входного вала будет определяться щ= Щр^/ Z1=0,6757- Пщ,, где Ппр - частота вращения промежуточного вала, измеренная энкодером. Специальная тарировка датчиков не требуется, поскольку количество импульсов на оборот строго фиксировано. Проверке должны подвергаться только крутизна фронтов импульсов. Анализ зарегистрированных процессов показывает, что «фронты» сигналов достаточно ярко выраженные и соответствуют паспортным данным. Однако для пересчета количества импульсов в частоту вращения необходима специальная вычислительная процедура. Такую процедуру позволяют выполнить функциональные возможности ПО «PowerGraph» [2]. На рисунке 2 приведена последовательность обработки сигнала с энкодера Э3, выполненная при помощи ПО «PowerGraph».
Рисунок 2 - Последовательность обработки сигналов с энкодеров
Последовательность обработки сигнала на примере расчета частоты n1:
1. Активировать канал (см.верхний график на рисунке 2). Меню - ОБРАБОТКА;
2. ФУНКЦИИ - категория Comparison - функция - Rangeln - далее указать Амплитуда (1), Амплитуда (6) - Вычислить. В результате выполнения этих процедур «зашумленный» сигнал амплитудой примерно 4,8212 В (см. в круге по стрелке) преобразуется в «чистый» сигнал амплитудой 1 В (см. в круге по стрелке на втором графике сверху). При этом период Дф остается неизменным;
3. Выбрать категория - Cyclic - функция СyclePeriod - указать количество точек 2, - Вычислить. В результате выполнения этих процедур рассчитывается период импульсов (см. 3 график сверху) ;
4. Выбрать категория - Math - функция -ReciproCalibrate - Амплитуда (0), Значение 0,6 - Вычислить - Закрыть. В результате выполнения этих процедур рассчитывается частота вращения промежуточного вала Ппр в об/мин;
