Підвищення ефективності компенсації зовнішнього магнітного поля трифазного розподільного пристрою методом симетрування конструкції - Автореферат

Для забезпечення вимог електромагнітної сумісності використовують різноманітні методи зниження зовнішнього магнітного поля розподільного пристрою, у тому числі автоматичну компенсацію. Актуальність питання повязана з необхідністю зниження зовнішнього магнітного поля трифазного розподільного пристрою для вирішення проблеми електромагнітної сумісності з магніточутливими елементами систем контролю, керування, моніторингу, що розташовані поблизу, а також проблеми екологічної безпеки персоналу, що його обслуговує. Таким чином, урахування впливу порядку чергування фаз живлення на величину зовнішнього магнітного поля трифазних розподільних пристроїв та зменшення цього впливу шляхом симетрування конструкції є актуальною науково-практичною задачею, що і визначило напрямок дисертаційного дослідження. Дослідження проводились у відповідності з науково-дослідними держбюджетними НДР МОН України: "Теорія обєднаних дипольних структур в задачах компенсації магнітного поля електроенергетичних структур" (ДР № 0103V001508); "Вплив рамкових конструкцій на основні електромагнітні і енергетичні характеристики електроенергетичного обладнання" (ДР № 0106V001485); "Розвиток теорії компенсації зовнішнього магнітного поля технічних обєктів. Для досягнення зазначеної мети в дисертаційній роботі були поставлені наступні завдання: - аналіз особливостей зовнішнього магнітного поля трифазного розподільного пристрою та удосконалення математичної моделі розподільного пристрою як джерела зовнішнього магнітного поля при змінному порядку чергування фаз живлення;Показано що, головними джерелами магнітного поля є ЗМП контурів зі струмом та ЗМП намагнічених феромагнітних деталей конструкції електрообладнання, у тому числі розподільних пристроїв (РП). Крайові шинопроводи утворюють два прямокутні контури з середньою шиною; перший контур утворено відрізками І та ІІ шинопроводу, другий контур утворено відрізками ІІ та ІІІ шинопроводу; рамка розташована поблизу першого контуру. На комплексній площині (1, j) побудовано: комплексні амплітуди струму рамки , ; комплексні амплітуди струму першого контуру при прямому та зворотньому ПЧФ , ; кути між струмом рамки та струмом першого контуру при прямому та зворотному ПЧФ б, б’; комплексні амплітуди ЕРС рамки при прямому та зворотньому ПЧФ , (рис. 4) побудовано для систем обертових векторів, напрям обертання яких відповідає кутовій швидкості (циклічній частоті) щ - для прямого та - щ - для зворотнього ПЧФ: комплексні амплітуди компоненти ММ рамки при прямому та зворотньому ПЧФ , ; комплексні амплітуди компоненти ММ першого контуру при прямому та зворотньому ПЧФ , ; комплексні амплітуди компоненти ММ другого контуру при прямому та зворотньому ПЧФ , ; результуючі ММ контурів силового кола , . При симетричному розташуванні рамкової конструкції відносно шинопроводів силового кола в рамці наводяться ЕРС як струмом першого, так і струмом другого контурів; ці складові ЕРС створюють складові струмів і відповідні складові ММ рамки ().У дисертаційній роботі теоретично та експериментально обґрунтовано відмінність величин зовнішнього магнітного поля при зміні порядку чергування фаз живлення трифазного розподільного пристрою, удосконалено математичну модель трифазного розподільного пристрою як джерела зовнішнього магнітного поля та запропоновано структури систем автоматичної компенсації та рекомендації по симетруванню конструкції, що забезпечують виконання вимог електромагнітної сумісності в частині зовнішнього магнітного поля. Показано, що відомі засоби та технічні рішення не завжди забезпечують зниження зовнішнього магнітного поля, особливо у випадку, коли порядок чергування фаз живлення може змінюватися з прямого на зворотній , що підтверджено експериментально. Виконано аналіз особливостей зовнішнього магнітного поля трифазного розподільного пристрою при різних порядках чергування фаз живлення, які впливають на величину зовнішнього магнітного поля трифазного розподільного пристрою. Удосконалено математичну модель трифазного розподільного пристрою як джерела зовнішнього магнітного поля, яка включає в себе параметри, що враховують порядок чергування фаз живлення. Розроблено структурні схеми параметричних систем автоматичної компенсації магнітного моменту та зовнішнього магнітного поля трифазного розподільного пристрою з датчиком порядку чергування фаз живлення; струми електромагнітів компенсаторів системи автоматичної компенсації формуються в залежності від порядку чергування фаз.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У дисертаційній роботі теоретично та експериментально обґрунтовано відмінність величин зовнішнього магнітного поля при зміні порядку чергування фаз живлення трифазного розподільного пристрою, удосконалено математичну модель трифазного розподільного пристрою як джерела зовнішнього магнітного поля та запропоновано структури систем автоматичної компенсації та рекомендації по симетруванню конструкції, що забезпечують виконання вимог електромагнітної сумісності в частині зовнішнього магнітного поля.

Існуюча тенденція збільшення струмів та рівня зовнішнього магнітного поля розподільного пристрою приводить до загострення проблеми електромагнітної сумісності з чутливими елементами автоматики та мікропроцесорної техніки та проблеми екологічної безпеки. Показано, що відомі засоби та технічні рішення не завжди забезпечують зниження зовнішнього магнітного поля, особливо у випадку, коли порядок чергування фаз живлення може змінюватися з прямого на зворотній , що підтверджено експериментально. Тому перспективною стає задача розробки технічних рішень, які забезпечують виконання вимог електромагнітної сумісності розподільних пристроїв з урахуванням порядку чергування фаз живлення.

Виконано аналіз особливостей зовнішнього магнітного поля трифазного розподільного пристрою при різних порядках чергування фаз живлення, які впливають на величину зовнішнього магнітного поля трифазного розподільного пристрою.

Удосконалено математичну модель трифазного розподільного пристрою як джерела зовнішнього магнітного поля, яка включає в себе параметри, що враховують порядок чергування фаз живлення.

Теоретично обґрунтована та експериментально підтверджена залежність магнітного моменту системи шинопроводів з трифазними струмами від порядку чергування фаз живлення. Встановлено, що навіть при відсутності феромагнітних елементів рамкової конструкції трифазного розподільного пристрою, магнітний момент залежить від порядку чергування фаз живлення струмопроводів при їх асиметричному розташуванні відносно рамкової конструкції.

Розроблено структурні схеми параметричних систем автоматичної компенсації магнітного моменту та зовнішнього магнітного поля трифазного розподільного пристрою з датчиком порядку чергування фаз живлення; струми електромагнітів компенсаторів системи автоматичної компенсації формуються в залежності від порядку чергування фаз. Реалізація систем дає можливість знизити магнітний момент у 100 разів, що підтверджено експериментально.

Запропоновано методику розрахунку струмів та магнітних моментів рамкової конструкції розподільного пристрою. Методика заснована на кусково-ортогональної апроксимації рамкової конструкції та криволінійних контурів силового кола розподільного пристрою, на багатократному розрахунку коефіцієнтів взаємних індуктивностей паралельних відрізків; розрахунку ЕРС, струмів незалежних контурів та магнітного моменту рамкової конструкції. Методика дозволяє визначити магнітний момент всього трифазного розподільного пристрою з урахуванням рамкової конструкції.

Розширено перелік рекомендацій на проектування трифазних розподільних пристроїв, виконання яких дозволяє підвищити ефективність зниження їх зовнішнього магнітного поля для забезпечення існуючих та перспективних вимог електромагнітної сумісності. Суть рекомендацій полягає у симетруванні конструкції струмопроводів та рамкової конструкції, симетруванні магнітних моментів окремих джерел поля за допомогою феромагнітних елементів та використанні параметричних систем автоматичної компенсації, що враховують порядок чергування фаз живлення.

При проведенні експериментів на макеті зафіксовано величину відміни магнітних моментів при прямому та зворотньому порядку чергування фаз 25 %, а в реальних розподільних пристроях відміна сягає 200 - 300 %.

Достовірність основних положень, висновків та рекомендацій дисертаційної роботи підтверджено використанням коректних методів досліджень, відповідністю даних теорії та експерименту, апробацією основних положень та результатів на наукових конференціях. Основні результати дисертаційної роботи впроваджені у НТЦ магнетизму технічних обєктів НАН України, на ВАТ "Запорізькій завод "Перетворювач" та у навчальному процесі в НТУ "ХПІ".

Крюкова Н.В. Особенности расчета внешнего магнитного поля сложного кусочно-линейного контура с током / В.С. Лупиков, Н.В. Себякина, Н.В. Крюкова, С.В. Выровец // Вісник Східноукраїнського національного університету. - Луганськ. - 2002. - №8. - С. 169-178. Здобувачем проведено дослідження особливостей вибору системи координат для розрахунку поля кусково-лінійних контурів.

Крюкова Н.В. Анализ магнитного момента трехфазных цепей / Б.В. Клименко, В.С. Лупиков, С.В. Выровец, Н.В. Крюкова, О.А. Геляровская // Електротехніка і Електромеханіка. - Харків: НТУ "ХПІ". - 2002. - №1. - С. 28-36. Здобувачем зроблено теоретичне обґрунтування залежності магнітного моменту трифазного розподільного пристрою від порядку чергування фаз живлення.

Крюкова Н.В. Анализ моделей магнитного поля электрооборудования при обеспечении электромагнитной совместимости / Б.В. Клименко, В.С. Лупиков, С.В. Выровец, В.Л. Емельянов, Н.В. Крюкова // Електротехніка і Електромеханіка. - Харків: НТУ "ХПІ". - 2003. - №1 - С.41-48. Здобувачем виконано аналіз інтегральних моделей зовнішнього магнітного поля та можливостей їх використання для рішення зворотньої задачі магнітостатики.

Крюкова Н.В. Проблема компенсации внешнего магнитного поля электрооборудования с позиции теории симметрии / В.С. Лупиков, О.А. Геляровская, Н.В. Крюкова // Електромашинобудування та електрообладнання. - Київ. - 2004. - №63 - С. 99-103. Здобувачем отримано аналітичне співвідношення умов компенсації зовнішнього магнітного поля з точки зору теорії симетрії.

Крюкова Н.В. Система автоматической компенсации магнитного момента трехфазного электрооборудования / В.С. Лупиков, О.Ю. Пилюгина, С.В. Петров, Н.В. Крюкова, О.А. Геляровская // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". - Харків: НТУ "ХПІ". - 2005. - №48. - С. 67-76. Здобувачем виконані експериментальні дослідження системи автоматичної компенсації магнітного моменту трифазного електроустаткування.

Крюкова Н.В. Методика определения магнитного момента рамочной конструкции электротехнического устройства / Н.В. Крюкова, О.А. Геляровская, В.Г. Данько, В.С. Лупиков, А.Г. Середа // Електротехніка і Електромеханіка. - Харків: НТУ "ХПІ". - 2005. - №2 - С.81-86. Здобувачем розроблено приблизний метод отримання магнітного моменту рамкової конструкції електромеханічного пристрою.

Крюкова Н.В. Переменный магнитный момент токов силовой цепи и рамочной конструкции распределительного устройства // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". - Харків: НТУ "ХПІ". - 2007. - №24. - С. 43-47

Крюкова Н.В. Усовершенствованная модель магнитного поля распределительного устройства // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". - Харків: НТУ "ХПІ". - 2007. - №25. - С.38-44.

Крюкова Н.В. Экспериментальное подтверждение магнитофазного эффекта для трехфазного электрооборудования / В.С. Лупиков, Н.В. Крюкова, А.В. Гетьман, Ю.Д. Рудас, С.В. Петров, А.В. Ерисов, Л.Ф. Ивлева // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". - Харків: НТУ "ХПІ". - 2008. - №40. - С84-94. Здобувачем виконано експериментальні дослідження трифазного розподільного пристрою.

Пат. № 78069 Україна, МПК G01R 33/00. Спосіб автоматичної компенсації змінного магнітного поля розподільного пристрою в заданій точці / О.А. Геляровська, А.В. Єрисов, Н.В. Крюкова, В.С. Лупіков, В.Ю. Розов № а 2005 00852. Дата подання заявки 31.01.2005; Дата публ. 15.02.2007, Бюл.№2 - 6с. Здобувачем запропоновано розташування електромагнітів компенсаторів відносно точці компенсації зовнішнього магнітного поля.

Позитивне рішення на патент України МПК G01R 33/00. Спосіб і система автоматичної компенсації змінного магнітного моменту струмів трифазного електроустаткування/ Н.В. Крюкова, В.С. Лупіков, В.Г. Данько, О.А. Геляровська, О.Г. Середа, В.Ю. Розов, А.В. Єрісов - № а 2008 11597. - Заявлено 29.09.2008.

Крюкова Н.В. Влияние рамочной конструкции электрооборудования на его внешнее магнитное поле / В.С. Лупиков, Н.В. Крюкова, О.А. Геляровская, И.С. Варшамова // Материалы международной науч.-техн. конф. "Электромеханические преобразователи энергии", Томск, Россия: -Томск: ТПУ. - 20-22 октября 2005. - С. 66-69. Здобувачем сформульовано завдання, на основі яких пояснюється магнітофазний ефект.