Разработка методологии для диагностирования сердечника статора маломощных синхронных генераторов на постоянных магнитах

Разработано трехмерную полевую математическую модель для оценки качества шихтованного магнитного сердечника статора маломощного гидрогенератора на постоянных магнитах.Проведено моделирование повреждений стали сердечника статора на основе моделирования переходных электромагнитных явлений в сердечнике...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2016
Hauptverfasser:	Чумак, В.В., Тимощук, О.Л., Коваленко, М.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут електродинаміки НАН України 2016
Schriftenreihe:	Гідроенергетика України
Schlagworte:	Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/141637
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Разработка методологии для диагностирования сердечника статора маломощных синхронных генераторов на постоянных магнитах / В.В. Чумак, О.Л. Тимощук, М.А. Коваленко // Гідроенергетика України. — 2016. — № 1-2. — С. 13-18. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-141637
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1416372018-09-10T01:23:54Z Разработка методологии для диагностирования сердечника статора маломощных синхронных генераторов на постоянных магнитах Чумак, В.В. Тимощук, О.Л. Коваленко, М.А. Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці Разработано трехмерную полевую математическую модель для оценки качества шихтованного магнитного сердечника статора маломощного гидрогенератора на постоянных магнитах.Проведено моделирование повреждений стали сердечника статора на основе моделирования переходных электромагнитных явлений в сердечнике статора.Результаты моделирования целесообразно использовать в качестве методологической основы,методического обеспечения для систем контроля, диагностики и оценки качества сердечника статора, а также для создания базы знаний различных повреждений. 2016 Article Разработка методологии для диагностирования сердечника статора маломощных синхронных генераторов на постоянных магнитах / В.В. Чумак, О.Л. Тимощук, М.А. Коваленко // Гідроенергетика України. — 2016. — № 1-2. — С. 13-18. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1812-9277 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/141637 621.3.042.2 ru Гідроенергетика України Інститут електродинаміки НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці
spellingShingle	Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці Чумак, В.В. Тимощук, О.Л. Коваленко, М.А. Разработка методологии для диагностирования сердечника статора маломощных синхронных генераторов на постоянных магнитах Гідроенергетика України
description	Разработано трехмерную полевую математическую модель для оценки качества шихтованного магнитного сердечника статора маломощного гидрогенератора на постоянных магнитах.Проведено моделирование повреждений стали сердечника статора на основе моделирования переходных электромагнитных явлений в сердечнике статора.Результаты моделирования целесообразно использовать в качестве методологической основы,методического обеспечения для систем контроля, диагностики и оценки качества сердечника статора, а также для создания базы знаний различных повреждений.
format	Article
author	Чумак, В.В. Тимощук, О.Л. Коваленко, М.А.
author_facet	Чумак, В.В. Тимощук, О.Л. Коваленко, М.А.
author_sort	Чумак, В.В.
title	Разработка методологии для диагностирования сердечника статора маломощных синхронных генераторов на постоянных магнитах
title_short	Разработка методологии для диагностирования сердечника статора маломощных синхронных генераторов на постоянных магнитах
title_full	Разработка методологии для диагностирования сердечника статора маломощных синхронных генераторов на постоянных магнитах
title_fullStr	Разработка методологии для диагностирования сердечника статора маломощных синхронных генераторов на постоянных магнитах
title_full_unstemmed	Разработка методологии для диагностирования сердечника статора маломощных синхронных генераторов на постоянных магнитах
title_sort	разработка методологии для диагностирования сердечника статора маломощных синхронных генераторов на постоянных магнитах
publisher	Інститут електродинаміки НАН України
publishDate	2016
topic_facet	Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/141637
citation_txt	Разработка методологии для диагностирования сердечника статора маломощных синхронных генераторов на постоянных магнитах / В.В. Чумак, О.Л. Тимощук, М.А. Коваленко // Гідроенергетика України. — 2016. — № 1-2. — С. 13-18. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Гідроенергетика України
work_keys_str_mv	AT čumakvv razrabotkametodologiidlâdiagnostirovaniâserdečnikastatoramalomoŝnyhsinhronnyhgeneratorovnapostoânnyhmagnitah AT timoŝukol razrabotkametodologiidlâdiagnostirovaniâserdečnikastatoramalomoŝnyhsinhronnyhgeneratorovnapostoânnyhmagnitah AT kovalenkoma razrabotkametodologiidlâdiagnostirovaniâserdečnikastatoramalomoŝnyhsinhronnyhgeneratorovnapostoânnyhmagnitah
first_indexed	2025-07-10T13:08:44Z
last_indexed	2025-07-10T13:08:44Z
_version_	1837265509626675200
fulltext	Гідроенергетика України, 1—2/2016, ISSN 1812�9277 1313 Н А У К А — Н А У К О В О � Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І В о прос на деж но с ти эле к т ро ге не ра то ров, в ча ст но с ти ги д ро ге не ра то ров ма лой мощ но с ти, яв ля ет ся важ ным эко но ми - че с ким по ка за те лем, по сколь ку от это го по ка за те - ля за ви сит на деж ность ра бо ты энер го си с те мы. Это осо бен но ак ту аль но в ев ро пей ских стра нах, где су ще ст ву ет го су дар ст вен ная про грам ма под - держ ки не тра ди ци он ных и во зоб нов ля е мых ис - точ ни ков энер гии. Ис хо дя из сло жив шей ся эко - но ми че с кой си ту а ции в стра не и в це лом в сек то - ре эле к т ро тех ни че с кой про мы ш лен но с ти тема вопроса ре мон та эле к т ро ге не ра то ров яв ля ет ся ак - ту аль ной. Не об хо ди мо, с од ной сто ро ны, по вы - сить на деж ность ра бо ты эле к т ро ге не ра то ров ма - лой мощ но с ти и уве ли чить вре мя без ре монт ной ра бо ты, с дру гой — уве ли чить по сле ре монт ную на деж ность. Для боль шин ст ва ви дов эле к т ро тех ни че с ких при бо ров на деж ность ра бо ты свя за на преж де все - го с на деж но с тью их изо ля ции. По это му на ря ду с кон тро лем ка че ст ва вит ко вой изо ля ции об мо ток весь ма ак ту аль ной за да чей яв ля ет ся кон троль ка - че ст ва меж ли с то вой изо ля ции маг ни то про во да эле к т ри че с ких ге не ра то ров. Ос нов ной функ ци ей маг ни то про во да яв ля ет - ся маг нит ная связь, кон цен т ра ция и про ве де ние маг нит но го по то ка. Кри вая на маг ни чи ва ния и маг нит ная про ни ца е мость ста ли — ее глав ные ха - рак те ри с ти ки. От этих по ка за те лей за ви сит ве ли - чи на то ка на маг ни чи ва ния, мощ ность си с те мы воз буж де ния, ко неч ная сто и мость ге не ра то ра. Маг нит ная про ни ца е мость за ви сит от со ста ва и струк ту ры ма те ри а ла, ко то рые оп ре де ля ют ся про цес сом про из вод ст ва. В маг нит ных си с те мах пе ре мен но го то ка про - хож де ние по маг ни то про во ду пе ре мен но го маг - нит но го по ля со зда ет по боч ный эф фект — по те ри на ги с те ре зис и ви х ре вые то ки. Пер вые оп ре де ля - ют ся со ста вом и струк ту рой ста ли и за ви сят от вы - бран ной мар ки ста ли и тех но ло гии об ра бот ки. Вто рые оп ре де ля ют ся как мар кой ста ли, так и со - сто я ни ем меж ли с то вой изо ля ции маг ни то про во да. Имен но эта изо ля ция мо жет по вреж дать ся как в про цес се экс плу а та ции, так и при ре монт - ных ра бо тах. В от дель ных слу ча ях при зна чи тель - ных на ру ше ни ях тех но ло гии про из вод ст ва изо ля - ция мо жет по вре дить ся да же при из го тов ле нии маг ни то про во дов. Ос нов ные ти пы по вреж де ний мож но раз бить на две груп пы [1]: 1. Ин те г раль ные де фек ты изо ля ции — то чеч - ные пе ре кры тия, рас пре де ле ны по ши ри не па ке та по слу чай но му за ко ну; 2. Ло каль ные де фек ты — ме ст ные ко рот ко за - мк ну тые зо ны пе ре кры ва ют часть па ке та, как пра - ви ло, рас по ло же ны на ак тив ной по верх но с ти маг - ни то про во да и не рас про ст ра ня ют ся в глу би ну. При на ли чии по вреж ден ной меж ли с то вой изо ля ции маг нит ная про во ди мость и ток на маг - ни чи ва ния прак ти че с ки не ме ня ет ся. Од на ко, при этом рез ко уве ли чи ва ют ся ви х ре вые то ки, ко то - рые мо гут цир ку ли ро вать по де фект ным кон ту - рам. В то же вре мя по те ри на ги с те ре зис прак ти - че с ки со хра ня ют свою ве ли чи ну. На про мы ш лен - ных ча с то тах оп ре де ля ю щей яв ля ет ся со став ля ю - щая ги с те ре зис ных по терь, ко то рая в не сколь ко раз пре вы ша ет по те ри на ви х ре вые то ки. При на ли чии де фек тов уве ли чи ва ет ся со - став ля ю щая по терь на ви х ре вые то ки. Для зна чи - тель но го уве ли че ния удель ных по терь в маг ни то - про во де по те ри на ви х ре вые то ки долж ны уве ли - чить ся в де сят ки раз, то есть ес ли бы уда лось со - здать ме тод (пря мой или ко с вен ный) оцен ки ин - РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СЕРДЕЧНИКА СТАТОРА МАЛОМОЩНЫХ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ НА ПОСТОЯННЫХ МАГНИТАХ УДК 621.3.042.2 ЧУМАК В.В., канд. техн. наук, ТИМОЩУК О.Л., канд. техн. наук, КОВАЛЕНКО М.А., канд. техн. наук, национальный технический университет «Киевский политехнический институт». Раз ра бо та но трех мер ную по ле вую ма те ма ти че с кую мо дель для оцен ки ка че ст ва ших - то ван но го маг нит но го сер деч ни ка ста то ра ма ло мощ но го ги д ро ге не ра то ра на по сто ян ных маг ни тах.Про ве де но мо де ли ро ва ние по вреж де ний ста ли сер деч ни ка ста то ра на ос но ве мо де - ли ро ва ния пе ре ход ных эле к т ро маг нит ных яв ле ний в сер деч ни ке ста то ра.Ре зуль та ты мо де - ли ро ва ния це ле со об раз но ис поль зо вать в ка че ст ве ме то до ло ги че с кой ос но вы,ме то ди че с ко го обес пе че ния для си с тем кон тро ля, ди а гно с ти ки и оцен ки ка че ст ва сер деч ни ка ста то ра, а так же для со зда ния ба зы зна ний раз лич ных по вреж де ний. К л ю ч е в ы е с л о в а: шихтованый магнитный сердечник, гидрогенератор на постоянных магнитах, диагностика, база знаний, повреждения. Н А У К А — Н А У К О В О � Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І Гідроенергетика України, 1—2/2016, ISSN 1812�92771414 тен сив но с ти ви х ре вых то ков, то от не го не тре бо - ва лось бы вы со кая чув ст вен ность для то го, что бы оце нить уве ли че ние по терь в маг ни то про во де. Уве ли че ние по терь в ста ли при во дит не столь ко к ухуд ше нию ра бо чих ха рак те ри с тик (рас тет толь ко ак тив ная со став ля ю щая то ка хо - ло с то го хо да), но и к ухуд ше нию ус ло вий ра бо ты (ухуд ше ние теп ло во го ре жи ма). По сколь ку маг ни то про вод яв ля ет ся ос нов - ной ох лаж да ю щей по верх но с тью, то уве ли че ние по терь в ста ли зна чи тель но уве ли чи ва ет пе ре грев ме ди, осо бен но ак тив ной ча с ти об мот ки. Для оцен ки уве ли че ния по терь при со хра не нии теп ло - вой проч но с ти кон ст рук ции и но ми наль ной на - груз ки не об хо дим ин ди ви ду аль ный рас чет для каж дой ма ши ны. При на ли чии ло каль ных де фек тов уве ли че - ние об щих по терь мо жет быть не зна чи тель ным, но за счет ло каль но го вы де ле ния теп ла име ют ме - с то ме ст ные пе ре гре вы, ко то рые мо гут вы ве с ти из строя изо ля цию об мо ток. В этом слу чае дать об - щую оцен ку до пу с ти мых гра ниц на ру ше ний до - ста точ но труд но, так как эф фект за ви сит не толь - ко от сте пе ни раз ви то с ти де фек та, но и от га ба ри - тов и на груз ки маг нит ной си с те мы, ме с та и ха рак - те ра де фек та. Для оцен ки со сто я ния меж ли с то вой изо ля - ции и воз мож но го вли я ния ин те г раль ных и ло - каль ных де фек тов, не об хо ди мо вы брать ме тод из - ме ре ния, ко то рый тре бу ет на и бо лее про стой и на - деж ной ап па ра ту ры из ме ре ния воз мож но го ин - фор ма ци он но го сиг на ла. Та ким ин фор ма ци он ным сиг на лом те о ре ти - че с ки мо гут слу жить сле ду ю щие ве ли чи ны: 1. Со про тив ле ние изо ля ции; 2. По те ри в маг ни то про во де; 3. Ве ли чи ны, свя зан ные с пря мы ми сиг на ла ми. В со вре мен ных кон ст рук ци ях эле к т ро ге не ра - то ров, за ис клю че ни ем транс фор ма то ров, из ме ре - ние со про тив ле ния меж ли с то вой изо ля ции не - воз мож но, так как есть эле к т ри че с кая связь меж - ду ли с та ми за счет сбор ной кон ст рук ции — сва - роч ных швов, на бор ных призм, стя жек и т.п. На се го дняш ний день, как пра ви ло, оцен ку ин те г раль ных де фек тов про во дят ис поль зуя из - ме ре ния удель ных по терь в маг ни то про во де[2]. При этом, в про цес се из го тов ле ния или ре мон та на за мк ну тый маг ни то про вод на ма ты ва ют ма ло - вит ко вую об мот ку воз буж де ния, пи та ют пе ре - мен ным то ком от низ ко вольт но го ис точ ни ка и из - ме ря ют по те ри. Не смо т ря на про сто ту, этот ме тод име ет ряд не до стат ков— не об хо ди мость до ста точ - но мощ но го ис точ ни ка пи та ния, на бо ра из ме ри - тель ной ап па ра ту ры, на мот ки об мот ки воз буж де - ния и не об хо ди мость про во дить се рию рас че тов для оп ре де ле ния удель ных по терь, то есть не об - хо ди мо при во дить по те ри к еди ни це мас сы и ин - дук ции, ко то рые так же не об хо ди мо оп ре де - лить.Вли я ние ло каль ных де фек тов при этом оце - ни ва ет ся как со став ля ю щая ин те г раль ных по - терь. Не об хо ди мо от ме тить, что оп ре де ле ние по - терь в маг ни то про во де яв ля ет ся об ще приз нан - ным ме то дом оп ре де ле ния ка че ст ва маг ни то про - во дов[2]. По этой при чи не не од но крат но при ни - ма лись по пыт ки улуч ше ния ме то да оп ре де ле ния по терь, на при мер, ме тод ка ли б ро ван но го ро то - ра[3], ап па рат Эйн штей на[4] и раз лич ные его мо - ди фи ка ции[5]. Об щим не до стат ком ме то дов, ос но ван ных на из ме ре нии по терь в маг ни то про во де яв ля ют ся вы со кие за тра ты тру да и не об хо ди мость ис поль - зо ва ния ком плек та из ме ри тель ной ап па ра ту ры. Яв ля ет ся не воз мож ным со зда ние на ос но ве этих ме то дов ком пакт ной пе ре нос ной из ме ри тель ной ап па ра ту ры кон тро ля ка че ст ва маг ни то про во дов, в ко то рой нуж да ют ся ре монт ные эле к т ро це ха. Учи ты вая вы ше ука зан ные труд но с ти не об хо - ди мо най ти лю бую фи зи че с кую ве ли чи ну, ко то - рая мог ла бы ис поль зо вать ся как ин фор ма ци он - ный сиг нал. По это му мож но ут верж дать, что при на ру ше нии меж ли с то вой изо ля ции в пер вую оче - редь рас тут ви х ре вые то ки, а ис ко мый сиг нал дол жен ха рак те ри зо вать ин тен сив ность ви х ре - вых то ков по де фект ным кон ту рам. В дан ной ра - бо те пред ло же но ис поль зо вать ана лиз пе ре ход но - го про цес са в ших то ван ном маг нит ном сер деч ни - ке ма ло мощ но го ге не ра то ра при из ме не нии по то - ка в маг ни то про во де или в зо нах ло каль ных де - фек тов. Для уп ро ще ния из ме ри тель ной си с те мы и умень ше ния вли я ния по лей рас се я ния пред по ла - га ет ся рас сма т ри вать не про цесс вклю че ния об - мот ки воз буж де ния и ус та нов ле ния по сто ян но го маг нит но го по то ка, а про цесс от клю че ния об мот - ки воз буж де ния. Это да ет не сколь ко пре иму - ществ: во>пер вых, об мот ка воз буж де ни я и с поль - зу ет ся для со зда ния пе ре мен но го маг нит но го по - то ка в сер деч ни ке; во>вто рых, мо жет быть ис - поль зо ва на как дат чик про из вод ной по то ка во вре ме ни. Ана лиз кри вой пе ре ход но го про цес са да ет ха рак те ри с ти че с кий па ра метр ко рот ко за мк - ну тых кон ту ров (в дан ном слу чае кон ту ров ви х ре - вых то ков) — их по сто ян ную вре ме ни Тз. Не об хо - ди мо про ана ли зи ро вать связь меж ду ве ли чи на ми, ко то рые нас ин те ре су ют — ве ли чи ной ви х ре вых то ков или удель ных по терь в ста ли маг ни то про во - да и по сто ян ной вре ме ни при пе ре ход ных про цес - сах для раз лич ных ва ри ан тов де фект но с ти. Гідроенергетика України, 1—2/2016, ISSN 1812�9277 1515 Н А У К А — Н А У К О В О � Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І Та ким об ра зом, раз ра бот ка ин дук ци он ных ме то дов кон тро ля ка че ст ва ших то ван ных маг ни - то про во дов яв ля ет ся весь ма ак ту аль ной за да чей. Пе ре ход ный про цесс при от клю че нии то ка в об - мот ке воз буж де ния мож но ис поль зо вать и для уве ли че ния уров ня ин ду ци ро ван но го на пря же - ния при кон тро ле ка че ст ва вит ко вой изо ля ции об мо ток, но это яв ля ет ся дру гой за да чей. Для обес пе че ния сре за то ка не об хо ди мо ис - поль зо вать ком му та ци он ные эле мен ты, обес пе - чи ва ю щие вре мя от клю че ния то ка зна чи тель но мень ше, чем вре мя пе ре ход но го про цес са в маг ни - то про во де. Ма те ма ти че с кая мо дель. За ос но ву при мо де ли ро ва нии взя то кон ст - рук цию маг ни то эле к т ри че с ко го ге не ра то ра ма - лой мощ но с ти на по сто ян ных маг ни тах, про ект ко то ро го был раз ра бо тан для вы со ко эф фек тив - ных ав то ном ных энер го ус та но вок: ГЭС, ве т ро вых ус та но вок, теп ло вых и т.д. [6]. Про доль ный эс киз ге не ра то ра при ве де но на Рис. 1. Син хрон ный ге не ра тор (СГ) с маг нит ным шун том на ро то ре, вы пол нен на ба зе се рий но го асин хрон но го дви га те ля (АД) АИР100L4. На ста то ре ге не ра то ра раз ме ще на трех фаз ная рас пре де лен ная об мот ка яко ря. Ро тор СГ со сто ит из двух ча с тей: ра ди аль но на маг ни чен ных по сто - ян ных маг ни тов (2р = 4), ко то рые со зда ют ра бо - чий маг нит ный по ток; маг нит но го шун та (вспо - мо га тель ная часть СГПМ), пред наз на чен но го для ста би ли за ции внеш ней ха рак те ри с ти ки СГПМ и для це лей ре гу ли ро ва ния вы ход но го на пря же ния в ши ро ких пре де лах. Ре а ли за ция ма те ма ти че с кой мо де ли про во - дит ся в про грамм ном па ке те COMSOL Mul ti phy - sics ме то дом ко неч ных эле мен тов. Рас чет ная об - ласть мо де ли со сто ит из па ке та ших то ван но го сер - деч ни ка ста то ра ис сле ду е мо го ге не ра то ра (Рис. 2). Для по лу че ния од но знач но го ре ше ния на гра - ни цах рас чет ной об ла с ти за да ют ся гра нич ные ус - ло вия пер во го ро да: A (x, y, z, t) \| G1 = 0, {x, y, z} ∈ G1. (1) Это оз на ча ет при ня тие пред по ло же ния об от сут ст - вии маг нит ных по то ков, про хо дя щих че рез вы де - лен ную внеш нюю гра ни цу G1 рас чет ной об ла с ти. При рас че те маг нит но го по ля ис поль зу ет ся не ста ци о нар ное не ли ней ное диф фе рен ци аль ное урав не ние для век тор но го маг нит но го по тен ци а - ла А в эле к т ро про во дя щей сре де: (2) де μ, σ — маг нит ная про ни ца е мость и эле к т ро - про вод ность; V, Jстор — век то ра ско ро сти дви же - ния сре ды и внеш ней плот но с ти то ка (плот ность то ка в об мот ке воз буж де ния); — диф фе рен ци - аль ный опе ра тор На бла. Рас пре де ле ние эле к т ро маг нит но го по ля рас - чет ной об ла с ти, при от сут ст вии дви жу щих ся ча с - тей опи сы ва ет ся сле ду ю щим урав не ни ем: , (3) где А — век тор ный маг нит ный по тен ци ал. Ток в об мот ке воз буж де ния за да ет ся как функ ция вре ме ни с не ко то ры ми по сто ян ны ми ве - ли чи на ми и при ни ма ет вид: , (4) где Im — ве ли чи - на ус та но вив ше го ся то ка в об мот ке воз буж де ния; Т — по сто ян ная вре ме ни от клю че ния то ка в об - мот ке воз буж де ния (ско рость от клю че ния то ка в Рис. 1. Эскиз СГПМ с магнитным шунтом: 1 — маг ни то про вод ста то ра; 2 — об мот ка яко ря; 3 — под маг ни чи ва ю щая об мот ка; 4 — по сто ян ные маг ни ты; 5 — вал; 6 — втул ка; 7 — по люс ные на ко неч ни ки. Рис. 2. Расчетная область модели: 1 — об мот ка воз буж де ния; 2 — из ме ри тель ная об мот ка; 3 — па кет сер деч ни ка ста то ра, ко то рый со сто ит из изо ли ро ван - ных друг от дру га ли с тов; 4 — рас чет ная об ласть мо де ли G1 в ви де пря мо уголь ни ка. Н А У К А — Н А У К О В О � Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І Гідроенергетика України, 1—2/2016, ISSN 1812�92771616 об мот ке). Тог да, плот ность то ка в об мот ках Jстор(t) оп - ре де ля ет ся по сле ду ю ще му вы ра же нию: , (5) где W1 — ко ли че ст во вит ков в об мот ке воз буж де - ния; Sk — эк ви ва лент ная пло щадь по пе реч но го се - че ния об мот ки воз буж де ния. Ве ли чи на ин ду ци ру е мой ЭДС в из ме ри тель - ной об мот ке яв ля ет ся функ ци ей вре ме ни eио(t) и оп ре де ля ет ся по сле ду ю ще му вы ра же нию: , (6) где Vио — объ ем из ме ри тель ной об мот ки, lоб — сред няя дли на вит ка об мот ки, при этом ве ли чи на Wоб·lоб рав на пол ной дли не про вод ни ка об мот ки, t — еди нич ный век тор, на прав лен ный вдоль про - вод ни ка об мот ки. Для рас че та ве ли чи ны ин ду ци ро ван ной ЭДС са мо ин дук ци и в пер вич ной об мот ке, как функ - ции вре ме ни, ис поль зу ет ся за кон эле к т ро маг нит - ной ин дук ции, в ко то ром ин ду ци ро ван ная ЭДС про пор ци о наль на ско ро сти из ме не ния маг нит но - го по то ка и ко ли че ст ва вит ков об мот ки: . (7) Со от вет ст ву ю щим ча с тям рас чет ной об ла с ти (Рис. 2) за да ют ся ма те ри а лы и их ха рак те ри с ти ки (эле к т ро про вод ность, маг нит ная и ди э ле к т ри че с - кая про ни ца е мость). Маг ни то про вод ис сле ду е мо - го ге не ра то ра на бран из па ке та пла с тин тол щи ной 0,5 мм ста ли мар ки 2013. Для нее за да ет ся кри вая на маг ни чи ва ни я В = f (Н). Фраг мент сет ки ко неч ных эле мен тов ис сле - ду е мо го маг ни то про во да при ве де но на Рис. 3. Сге не ри ро ван ная сет ка ис сле ду е мо го маг ни - то про во да име ет сле ду ю щее ко ли че ст во эле мен - тов: 1017090 те т ра э д ров, 762468 эле мен тов на пло с ких гра ни цах об ла с ти, 142660 гра нич ных эле мен тов, 12966 ли ней ных эле мен тов. На Рис. 4 пред став ле но мо де ли по вреж де ния зуб цов ста ли ста то ра и спин ки ста то ра (свар ной шов). Ре зуль та ты мо де ли ро ва ния. На Рис. 5 при ве де но рас пре де ле ние маг нит - ной ин дук ции (фон) и ви х ре вых то ков (стрел ки) в рас чет ной об ла с ти (в сер деч ни ке ста то ра). Мак си маль ное зна че ни е маг нит ной ин дук ции в мо мент от клю че ния то ка в об мот ке со став ля ет Вmax ≈ 1,72 Тл в ме с те рас по ло же ния об мот ки воз - буж де ния; ми ни маль ное зна че ние маг нит ной ин - дук ции Вmin ≈ 1,15 Тл (в ди а ме т раль но про ти во по - лож ном на прав ле нии); ус ред нен ное зна че ние ин - дук ции в ме с те рас по ло же ния из ме ри тель ной об - мот ки В=1,07 Тл. Рис. 3. Фрагмент сетки конечных элементов Рис. 5. Распределение магнитной индукции и вихревых токов в расчетной области Рис. 4. Фрагменты дефектных зон стали статора: 1 — маг ни то про вод ста то ра; 2 — эле к т ро про вод ная об ласть, ко то рая за мы ка ет край ние ли с ты па ке та ста то ра в об ла с ти зуб цов и спин ки ста то ра. Гідроенергетика України, 1—2/2016, ISSN 1812�9277 1717 Н А У К А — Н А У К О В О � Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І На Рис. 6 по ка за но вре мен ную за ви си мость ЭДС са мо ин дук ции в об мот ке воз буж де ния и ЭДС в из ме ри тель ный об мот ке при без де фект - ном маг ни то про во де. Пи ко вое зна че ние ЭДС в об мот ке воз буж де - ния со став ля ет ≈ 29 В, в то вре мя как на из ме ри - тель ной об мот ке оно со став ля ет око ло 0,02 В. Вре мя за ту ха ния ЭДС в из ме ри тель ной об мот ке боль ше, по сколь ку ЭДС в ней за ви сит от вре ме ни за ту ха ния ин ду ци ро ван ных то ков в сер деч ни ке, ко то рые «стре мят ся» под дер жать по сто ян ным за - ту ха ю щий маг нит ный по ток. В мо мент от клю че - ния то ка в об мот ке воз буж де ния на чи на ет ся пе - ре ход ной про цесс, ко то рый со про вож да ет ся за ту - ха ни ем то ков в маг ни то про во де ста то ра. Вре мя за ту ха ния этих то ков за ви сит от ка че ст ва маг ни - то про во да и на ли чия в нем де фек тов. На Рис. 7 по ка за но за ви си мость амп ли ту ды ви х ре вых то - ков в сер деч ни ке от вре ме ни для двух прин ци пи - аль ных слу ча ев: при це лом сер деч ни ке ста то ра (Рис. 7, а) и при на ли чии свар но го шва на спин ке ста то ра (Рис. 7, б). Вре мя за ту ха ния ви х ре вых то ков при без де - фект ном маг ни то про во де со став ля ет Тз ≈ 0,0022 с, при на ли чии де фек та спин ки ста то ра по сто ян - ная вре ме ни за ту ха ния уве ли чи ва ет ся и со ста - вит Тз ≈ 0,011 с. Это при ве дет к уве ли че нию вре мя за ту ха ния ЭДС в из ме ри тель ной об мот ке и умень - ше нию ее амп ли ту ды, что яв ля ет ся до сто вер ным ин фор ма ци он ным при зна ком для оп ре де ле ния ка - че ст ва сер деч ни ка и на ли чии в нем де фек тов. a б Рис. 7. Затухание вихревых токов в сердечнике в зависимости от его состояния a б Рис. 6. Сигналы обмоток при бездефектно ммагнитопроводе Рис. 8. Результаты моделирования различных повреждениймагнитопровода статора Н А У К А — Н А У К О В О � Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І Гідроенергетика України, 1—2/2016, ISSN 1812�92771818 На Рис. 8 при ве де но ре зуль та ты мо де ли ро ва - ния для раз лич ных по вреж де ний маг нит но го сер - деч ни ка ста то ра ис сле ду е мо го ге не ра то ра для ста - ли мар ки 2013. Ре зуль та ты пред став ле ны в ви де за ви си мо с ти ЭДС из ме ри тель ной об мот ки как функ ции вре ме ни Е2 = f (t). На Рис. 8 по ка за ны сле ду ю щие кри вые: 1 — без де фект ный маг ни то про вод; 2 — пол ное за мы ка - ние ли с тов; 3 — де фект спин ки; 4 — де фект зуб ца. Для оцен ки ка че ст ва сер деч ни ка вво дят ся до - пол ни тель ные ко эф фи ци ен ты: — ко эф фи ци ент амп ли ту ды: kα= E2д/Е2 , (8) где E2д— зна че ние ин ду ци ро ван ной ЭДС при на - ли чии де фек та сер деч ни ка; E2— зна че ние ин ду ци - ро ван ной ЭДС без де фект но го сер деч ни ка. — ко эф фи ци ент за ту ха ния: kТ = Т2Д/Т2 , (9) где Т2Д—по сто ян ная вре ме ни пе ре ход но го про - цес са де фект но го сер деч ни ка; Т2—по сто ян ная вре ме ни пе ре ход но го про цес са без де фект но го сер деч ни ка. В Табл. 1 при ве де ны зна че ния ин ду ци ро ван - ных ЭДС во вто рич ной об мот ке, про дол жи тель - ность пе ре ход но го про цес са, ко эф фи ци ент амп ли - ту ды и ко эф фи ци ент за ту ха ния для мар ки ста ли 2013 ис сле ду е мо го ге не ра то ра. Вы во ды. Раз ра бо та но по ле вую ма те ма ти че с кую мо - дель для ис сле до ва ния пе ре ход ных про цес сов в маг нит ном сер деч ни ке ста то ра ма ло мощ но го ги д - ро ге не ра то ра с уни фи ци ро ван ным маг нит ным сер деч ни ком. Мо дель поз во ля ет оп ре де лить рас - пре де ле ние эле к т ро маг нит но го по ля и ви х ре вых то ков в сер деч ни ке, а так же рас счи тать ве ли чи ну ин ду ци ро ван ной ЭДС из ме ри тель ной об мот ки как функ цию вре ме ни при пе ре ход ном про цес се. В рам ках дан ной мо де ли раз ра бо та ны мо де ли де - фек тов ших то ван ного маг нит но го сер деч ни ка: де - фект пол но го за мы ка ния ли с тов, де фект спин ки и де фект зуб ца. По лу че ны рас чет ные кри вые для ин ду ци ро - ван ной ЭДС из ме ри тель ной об мот ки при раз лич - ных ва ри ан тах по вреж де ний сер деч ни ка ста то ра ис сле ду е мо го ге не ра то ра для ста ли мар ки 2013. Ана лиз кри вых по ка зы ва ет, что при по яв ле нии не зна чи тель но го де фек та, ха рак тер рас пре де ле - ния ЭДС из ме ри тель ной об мот ки зна чи тель но ме ня ет ся. На при мер, при по вреж де нии спин ки маг ни то про во да от кло не ние ко эф фи ци ен тов на - хо дит ся в пре де лах 0,77 — 0,86, что до ста точ но для оцен ки сте пе ни по вреж де ния маг ни то про во - да, его тех ни че с ко го со сто я ния и фик са ции та ко - го из ме не ния из ме ри тель ны ми при бо ра ми. Ре зуль та ты ра бо ты це ле со об раз но ис поль зо - вать в ка че ст ве ос но вы для раз ра бот ки си с тем и ме то ди че с ко го обес пе че ния кон тро ля, ди а гно с ти - ки и оцен ки ка че ст ва маг нит но го сер деч ни ка ста - то ра ге не ра то ров ма лой и сред ней мощ но с ти. ЛИ ТЕ РА ТУ РА. 1. Лам ме ра нер Й., Штафль М. Ви х ре вые то ки. — М.: Энер гия, 1967. — 208 с. 2. Гольд берг О.Д. Ис пы та ния эле к т ри че с ких ма шин. — М.: Выс шая шко ла, 1990. — 255 с. 3. Та ран В.П. Ди а гно с ти ро ва ние эле к т ро обо ру до ва - ния.— К.: Тех ни ка, 1983.— 200 с. 4. Жа бо ев А.М. По лу че ние ис пы та тель ных ЭДС при ком му та ции то ка в си с те ме со сталь ным маг ни то про во дом /Жа бо ев А.М., Са мой лен ко В.Н., Чу мак В.В. // Ве с ти. Ки ев. По ли техн. ин сти тут. Эле к т ро тех ни ка, 1989. — 45—46 с. 5. Sato T., Sakkaki Y. Discussion on eddy current loss under square wave voltage excitation / IEEE Trans. on Magnetics, 1988, v. MAG — 24, No.6, pp. 2904—2906. 6. Чу мак В.В. Ма те ма ти че с кое мо де ли ро ва ние ге не ра то - ра с ком би ни ро ван ным воз буж де ни ем ав то ном ной энер го ус - та нов ки / В.В. Чу мак, М.А. Ко ва лен ко, А.И. По но ма рев // Еле к т ро ме ха ни че с кие и энер го сбе ре га ю щие си с те мы. — 2015. — №31. — С. 76 — 84. © Чумак В.В., Тимощук О.Л., Коваленко М.А., 2016 � Таблица 1. Значения коэффициентов для исследуемого генератора

Разработка методологии для диагностирования сердечника статора маломощных синхронных генераторов на постоянных магнитах

Institution

Ähnliche Einträge