Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние «опроса и постановка научно-технических задач 8
1.1. Методы борьбы с гололедообразованием на линиях электропередачи 8
1.2 Анализ существующих и разработка новых сигнализаторов гололе-дообразования 24
1.3 Общие подходы к исследованию вибрационных электромеханических преобразователей 35
1.4 Цель и задачи исследований 43
Глава 2. Электромагнитные процессы в вибрационных электромехани ческих преобразователях 46
2.1 Общие положения и основные допущения. Расчетная схема преоб-разовател я 46
2.2 Модель электромагнитных процессов на основе .магнитной цепи с сосредоточенными параметрами 62
2.3 Модель электромагнитных процессов на основе магнитной це пи с распределенными параметрами 81
Глава 3. Анализ режима установившихся колебаний электромеханиче ского вибрационного преобразователя 92
3.1 Постановка задачи о колебании пластин вибрационного преобразо вателя 92
3.2 Свободные колебания пластин вибрационного преобразователя и собственные функции 100
3.3 Режим вынужденных колебаний вибрационного преобразователя 106
Глава 4. Экспериментальные исследования вибрационных преобразо вателей и сигнализаторов гололедообразования на их основе 119
4.1 Стенд для экспериментальных исследований вибрационных электромеханических преобразователей 120
4.2 Исследование распределения поля в воздушном зазоре вибрационного преобразователя 128
4.3 Экспериментальные исследования выходных характеристик сигнализаторов гололедообразования 133
Выводы 141
Заключение 142
Список литературы 144
- Анализ существующих и разработка новых сигнализаторов гололе-дообразования
- Модель электромагнитных процессов на основе .магнитной цепи с сосредоточенными параметрами
- Свободные колебания пластин вибрационного преобразователя и собственные функции
- Исследование распределения поля в воздушном зазоре вибрационного преобразователя
Введение к работе
Актуальность работы. Во многих регионах России и мира весьма актуальна проблема гололедообразования на линиях электропередачи в электрических сетях всех напряжении. В настоящее время в этой области имеется большое количество реально действующих и экспериментально проверенных систем борьбы с гололедом. Однако надежность и экономические показатели действующих устройств борьбы с гололедными образованиями на проводах высоковольтных линий еще очень невысоки.
Важнейшие задачи при этом - фиксирование начала гололедообразования, наблюдение за интенсивностью отложения льда и его размерами. При этом существующие датчики гололедных образований либо недостаточно надежны, либо дороги в эксплуатации. Поэтому необходимо разрабатывать новые конструкции сигнализаторов гололеда.
Объектом исследования в данной работе является вибрационный электромеханический преобразователь для сигнализатора гололедообразования (ВЭПСГ). Основные характеристики таких преобразователей определяются электромагнитными и механическими процессами, которые тесно взаимосвязаны. Подобные конструктивные схемы сигнализаторов гололеда являются новыми, вопросы их теории и расчета до настоящего времени не рассмотрены. Поэтому исследование электромеханического преобразования энергии в ВЭПСГ является актуальной научно-технической задачей.
Целью диссертационной работы является разработка и исследование новых конструкций электромеханических преобразователей для сигнализаторов гололедообразования на ЛЭП с улучшенными характеристиками и создание математической модели для исследования таких сигнализаторов.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
1. разработать вибрационные электромеханические преобразователи для сигнализаторов гололедообразования;
разработать и исследовать математическую модель электромагнитных процессов в вибрационных преобразователях;
создать математическую модель режима установившихся колебании в исследуемых преобразователях и исследовать влияние на него гололедообразо-вания;
разработать экспериментальную установку и методику экспериментальных исследований. Экспериментально определить характеристики вибрационных электромеханических преобразователей для сигнализаторов гололе-дообразования на ЛЭП.
Методi.i исследований. Исследования проведены с помощью методов теории магнитных цепей и теории упругости. Использованы методы численного решения систем нелинейных уравнений, методы аналитического решения дифференциальных уравнении, методы математического моделирования на ЭВМ и методы обработки экспериментальных данных с использованием интегрированного математического пакета MathCAD.
Основные теоретические положения и выводы подтверждены результатами экспериментальных исследований в лабораторных условиях на этапах разработки. Исследования проводились на кафедре «Электромеханика» УГЛТУ.
Научная новизна работы заключается в следующем.
Впервые получены и запатентованы новые технические решения сигнализаторов гололедообразования на ЛЭП на основе вибрационных электромеханических преобразователей.
Получены математические модели электромагнитных и механических процессов в вибрационных электромеханических преобразователях, позволяющие определить выходные характеристики сигнализаторов гололедообразования на их основе,
3. Проведены экспериментальные исследования новых вибрационных преобразователен для сигнализаторов гололедообразования, подтверждающие достоверность математической модели.
Практическая ценность заключается в следующем.
Разработан новый тип сигнализаторов гололедообразования на ЛЭП.
Разработанная математическая модель электромагнитных и механических процессов в ВЭПСГ, содержащая геометрические размеры преобразователей и свойства их материалов, может быть использована для оптимизации разработанного сигнализатора гололедообразования.
Разработай алгоритм и программное обеспечение для расчета выходных характеристик сигнализатора гололедообразования.
Па защит}' выносятся.
Новые технические решения сигнализаторов гололедообразования на ЛЭП.
Математическая модель электромагнитных процессов в вибрационных электромеханических преобразователях с распределенными параметрами с учетом нелинейных характеристик магнитной цепи.
Математическая модель режима установившихся колебаний вибрационных электромеханических преобразователей с учетом нелинейных характеристик магнитной цепи.
^ 4. Алгоритм расчета выходных характеристик разработанных сигнализаторов гололедообразования.
Содержание работы. Согласно поставленной цели, в первой главе рассмотрены различные системы борьбы с гололедообразованием, их характеристики, проведен анализ основных конструкций сигнализаторов гололеда и работ, посвященных теоретическому исследованию рассматриваемых электромеханических преобразователей, определенны цели и задачи работы.
Анализ конструктивных схем сигнализаторов гололеда показал, что в настоящее время наиболее перспективными с точки зрения повышения на-
дежности и точности являются сигнализаторы на основе электромеханических линейных вибрационных преобразователей. Их конструкция позволяет существенно повысить точность оценки массы гололедных отложений при более высокой надежности.
Теория и расчет электромеханических вибрационных преобразователей основывается на определении электромагнитного поля в рабочем воздушном зазоре и статической электромагнитной силы. Во второй главе исследованы тяговые характеристики исследуемого вибрационного преобразователя. Получена математическая модель с сосредоточенными и распределенными параметрами электромеханических процессов.
В третьей главе представлена математическая модель механических колебаний в линейном вибрационном электромеханическом преобразователе. Из анализа этой модели получены выходные характеристики сигнализатора голо-ледообразования на ЛЭП.
В четвертой главе экспериментально исследованы характеристики сигнализатора гололеда. Кроме того, проведена экспериментальная проверка достоверности математической модели электромагнитного вибрационного сигнализатора гололеда в установившемся режиме, подтверждены теоретические выводы и положения.
Автор выражает благодарность доценту каф. ЭМ УГАТУ, к.т.н. Сатта-рову P.P. за полезные обсуждения при создании физико-математических моделей н анализе теоретических и экспериментальных результатов, а также за ряд конструктивных предложений и замечаний по диссертационной работе.
Анализ существующих и разработка новых сигнализаторов гололе-дообразования
Обнаружение образования гололеда на ВЛ является одним из элементов комплексной системы предотвращения и ликвидации гололедных аварий. Его внедрение на гололедоопасных участках электрической сети позволяет прогнозировать, фиксировать начало образования гололедных отложении, обеспечивать диспетчерские службы информацией о развитии гололедной ситуации, а также сокращает время на принятие решения по проведению организационно технических мероприятии по предотвращению гололедных аварии, что существенно повышает эффективность борьбы с гололедом.
Большое значение в борьбе с гололедными отложениями имеет наблюдение за процессом гололедообразопанпя и метеоусловиями. Они направлены на решение четырех основных задач [1, 13, 29, 30]: 1. прогноз гол ледообразования, 2. фиксирование начала гололедообразования, наблюдение за интенсивностью отложения льда н его размерами, 3. использование оперативной информации для борьбы с гололедом: определение начала плавки, необходимой длительности и момента полного окончания плавки, 4. накопление статистических данных о гололедных отложениях для климатического районирования.
Для прогнозирования гололедообразования используется данные гидрометеослужбы, анализ синоптической ситуации, информация соседних сетевых предприятий или энергосистем, сигнализаторы типа «возможен гололед», которые имеют датчики, реагирующие на наиболее вероятные значения температуры и относительной влажности при обледенении и дающие указанный сигнал при одновременном нахождении контролируемых параметров в заданных интервалах.
Как следует из изложенного, большое практическое значение имеет своевременное обнаружение начала гололедообразования, наблюдение за развитием параметров гололедных отложений {масса, толщина, плотность) и интенсивностью обледенения с дальнейшим прогнозированием длительности этого процесса и регистрацией момента полного опадания гололеда с провода [31].
В настоящее время для сбора оперативной информации используются данные гидрометеостапции (ГМС) полученные с помощью гололедного станка. Станок состоит из метровых отрезков пар проводов диаметром 5 мм, располо женных на высоте 1,9 и 2,2 м в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и закрепленных на трех брусьях. Нижние провода являются постоянными и при наблюдении не снимаются. Они служат для измерения размера отложений и определения процесса их нарастания. Верхние провода сменные, они снимаются для взвешивания отложений.
Очевидно, что использование ГМС для регистрации начала отложения гололеда, для наблюдения за процессами отложения и плавки гололеда требует больших затрат по времени и содержанию самих ГМС. Кроме того, для уточнения участков обледенения и проверки эффективности проведенной плавки необходим дополнительно обход линии [1, 13].
Если линию электропередачи снабдить сигнализатором гололеда, регистрирующим наличие и массу отложений и устройством непрерывной передачи информации, то это значительно ускорит сбор необходимых данных и позволит более эффективно использовать плавку при борьбе с гололедом.
Разработке устройств сигнализации наличия гололеда непосредственно па проводах и тросах воздушных линий электропередачи (ВЛ) в последнее время уделяется большое внимание в связи с необходимостью предотвращения серьезных повреждений ВЛ из-за гололеда [1, 13, 30]. Необходимо рассмотреть основные направления в этих разработках с целью выявления наиболее перспективных направлений в создании таких устройств и определения основных технических требований к ним.
В соответствии со сложившейся практикой и перспективами использования сигнализаторов могут быть определены следующие основные задачи, решаемые в электрических сетях с использованием сигнализаторов гололеда: 1. Мобилизация персонала и техники на борьбу с гололедом яри наступлении гололедообразовапия. 2. Определение величины и скорости нарастания гололедной нагрузки для оценки сЬ опасности, принятия решения о плавке и т.д. 3. Расчет продолжительности плавки гололеда. 4. Управление плавкой гололеда, в том числе в автоматизированных системах. 5. Определение фактических гололедных нагрузок ВЛ для уточнения климатического районирования.
Все существующие сигнализаторы можно классифицировать по назначению, а также в зависимости от измеряемого параметра и по способу его измерения.
По назначению можно выделить следующие типы сигнализаторов: сигнализаторы типа «Возможен гололед», сигнализаторы начала обледенения, сигнализаторы массы или размеров гололедных отложений, сигнализаторы полного опадания гололеда с проводов, сигнализаторы смешанного типа.
Как уже говорилось выше сигнализаторы типа «Возможен гололед» служат для прогнозирования гололедообразования. Сигнализаторы начала обледенения предназначены для регистрации самого факта начала образования гололедных отложений. Сигнализаторы параметров гололедного отложения передают информацию либо о массе отложений на проводах, либо о толщине образовавшегося обледенения и позволяют судить об интенсивности отложения. Сигнализаторы полного опадания гололеда с проводов линии дают сигнал о полной очистке провода и необходимости отключения тока плавки.
При обледенении проводов и тросов воздушных линий электропередачи меняется ряд физических и геометрических параметров линии. Это позволяет построить датчики гололеда, основанные на различных способах определения появления или наличия гололеда на проводе. Известны разработки сигнализаторов гололеда, основанные на изменении интенсивности оптического излучения, на изменении веса проводов - контактные и бесконтактные, па изменении условии распространения высокочастотных и импульсных сигналов, па изменении стрелы провеса.
Основными техническими требованиями к датчикам гололедобразованья являются следующие: Простота конструкции устройства и его эксплуатации. Помехоустойчивость (т.е. работа датчика должна основываться на контроле параметра, изменение которого не зависит от других, кроме гололеда, факторов. Непрерывное измерение величины отложения в процессе его нарастания. Чувствительность, обеспечивающая работу датчика определенной при величине гололеда. В зависимости от назначения датчика возможен и ряд дополнительных требований [32]. Исходя из этих требований представляется нецелесообразным разработка в настоящее время датчиков, основанных на определении резонансной частоты; контроле изменения цвета;
Модель электромагнитных процессов на основе .магнитной цепи с сосредоточенными параметрами
Как было показано, в общем случае распределение поля в рабочем зазоре вибрационного преобразователя трехмерно и не может быть определено аналитически. Наиболее просто воспользоваться методам расчета магнитной цепи — методом участков [106]. При этом можно учесть нелинейные характеристики магнитных материалов. По методу участков в соответствии с расчетной схемой составляется схема замещения. Для ее составления магнитная система разбивается мысленно на участки. Число участков произвольно, однако чем их больше, тем выше точность расчета. На каждом участке магнитные характеристики (индукция Й, напряженность //, магнитная проницаемость //) полагаются неизменными, а при переходе от участка к участку за счет потоков рассеяния изменяются. Распределенная МДС обмотки разбивается на сосредоточенные источники МДС, пропорциональные длинам выделенных участков. Проводимости рабо чих зазоров и проводимости между участками, на которые разбита магнитная система, рассчитываются одним из известных способов [106, 107]. Воздушный зазор исследуемого ВЭПСГ необходимо разбить на несколько участков [81]. Каждому участку будет соответствовать комплексное магнитное сопротивление пластины zk и сопротивление воздушного зазора гн (где = 1,/7 и п - общее число участков). Если разделить пластины на равные участки, то магнитные сопротивления участков ферромагнитных пластин равны и определяются следующим образом Введенное в (2.15) амплитудное значение удельного сопротивления связано с действующим значением, определяемым по (2.11), следующим образом При определении сопротивлений участков воздушного зазора необходимо учесть поля выпучивания, которое могут быть значительны при больших рабочих зазорах. С учетом сказанного при равномерном разбиении на участки магнитные сопротивления участков рабочего зазора будут следующими [104, 106]: Для определения электромагнитной силы необходимо получить магнитные потоки в элементах соответствующих воздушному зазору между пластинами: Ф5], 0S2, ... Фы. При больших МДС и малых рабочих зазорах необходимо учитывать насыщение некоторых участков магнитной цепи, т.е. нелинейную характеристику магнитного сопротивления ферромагнитных участков. Однако в достаточно широком диапазоне изменения магнитной индукции активное и реактивное сопротивление можно считать постоянным [104, 109], так для стали 1212 можно считать рЛ & const, pv & const при изменении индукции в пределах от 0,2 Тл до 1,2 Тл (рис.2.3). В этом случае можно принять допущение о постоянстве магнитной проницаемости стали магнитопровода (отсутст вует насыщение) и постоянных потерях в мапштопроноде, равных некоторому среднему значению в рассматриваемом диапазоне изменения индукции. В такой линейной постановке задачи магнитные потоки могут быть определены следующим образом [81]. Сначала определяется суммарное магнитное сопротивление, затем суммарный магнитный поток и распределение потоков по ветвям схемы замещения. Для определения распределения потоков необходимо определить суммарное сопротивление рабочего зазора преобразователя. Эта области может быть замещено в общем случае /; элементами. При замещении одним магнитным сопротивлением (п = 1) При достаточно большом числе участков п добавление еще одного участка не должно изменить результирующего сопротивления т.е. Тогда из (2.16) можно получить уравнение для определения этого сопротивления ZK (предполагается, что участки одинаковы): Откуда следует, что Знак «-» в этой формуле не имеет физического смыслы так как соответствует отрицательной вещественной части, т.е. отрицательному активному магнитному сопротивлению. Тогда с учетом (2.15) при п— со можно получить Сопротивление 2,, определяемое выражением (2.17), совпадает с волновым сопротивлением длинной линии [103, 106]. Таким образом, при бесконечно большом числе участков сопротивление рабочей области, как и следовало ожидать, равно волновому сопротивлению. Рис.2.5. Упрощенная схема замещения Формулы (2.15)-(2.16) дают возможность рассчитать суммарное магнитное сопротивление при любом количестве участков. Схема замещения, в кото-рои зазор заменен одним сопротивлением, представлена на рис.2.5. Для определения потоков в ветвях схемы замещения необходимо ее «развернуть». Суммарный поток из упрощенной схемы замещения При известных потоках в воздушном зазоре можно определить падение магнитного потенциала на воздушном зазоре (к = \,п): А=ПА Выражения (2.18)-(2.22) позволяют определить магнитные потоки во всех элементах схемы замещения. По известным потокам в рабочем зазоре, как было показано ранее, может быть определена электромагнитная сила. На рис.2.7 и рис.2.8 представлены результаты расчетов по полученным выражениям при различном числе участков магнитной цепи. Расчет произведен при следующих исходных данных: F — 100 А, а-\ мм, 6 = 10 мм, / = 30 мм, 5-2 мм, / =15 мм, гг =20 мм. Результаты расчетов показывают, что увеличение числа разбиения цепи на участки более п - 25 не целесообразно, так как не приводит к существенному увеличению точности при определении магнитных потоков. Как показывают результаты расчетов, достаточно хорошее приближение получается при числе участков п - 10. По рис.2.7 максимальная индукция в начале пластин преобразователя (-Y = ) составляет 1,35 Тл (действующее значение), что соответствует насыщению ферромагнитного материала пластин и необходимости учета нелинейной зависимости сопротивления от потока. Таким образом, необходимо учитывать насыщение ферромагнитных пластин вибрационного преобразователя. При необходимости учета насыщения магнитной цепи необходимо составить нелинейные уравнения, из которых могут быть определены магнитные потоки. Для схемы замещения на рис.2.4 эти уравнения можно составить по методу контурных токов [103]: Решение этой системы уравнений может быть получено только численными методами. В настоящее время разработано достаточно большое количество методов решения нелинейных уравнений [124]: метод простои итерации, метод половинного деления, метод Ньютона и др. Все эти методы требуют задания начального приближения или границ интервалов в пределах которого находится решение уравнения. Реализация этих методов на ЭВМ для системы нелинейных уравнений достаточно сложна и требует навыков программирования и анализа результатов вычислений. В то же время современные математические пакеты (MathCAD, MatLab, Matliematica, Maple и др.) предоставляют стандартные функции для решения систем алгебраических уравнений. При этом эффективность встроенных алгоритмов достаточна высока [121-123]. После того как получены потоки в пластинах преобразователя, магнитные потоки в воздушном зазоре легко определяются следующим образом: І Й,=Ф,; Решение нелинейной системы (2.23) или (2.24) было произведено с помощью пакета MathCAD. В этом пакете реализованы градиентные численные методы решения нелинейных уравнений с некоторыми модификациями [122]:
Свободные колебания пластин вибрационного преобразователя и собственные функции
Решение задачи о вынужденных колебаниях пластин необходимо начать с рассмотрения свободных колебаний и определения собственных функций для различных краевых условий. Однородное уравнение, соответствующее уравнению (3.8) будет следующим Его решение можно искать методом Фурье (разделения переменных) в виде
Подставляя выражение (3.17) в уравнение (3.16) можно получить Для тождественного выполнения этого равенства необходимо, чтобы каждая из частей равенства была постоянной. Обозначая эту постоянную через р2, можно получить два уравнения: Это решение указывает, что движение носит характер затухающих колебаний. Второе уравнение (3.19) определяет форму собственных колебаний. Решение последнего уравнения можно представить в виде Х=с"х, что дает уравнение для определения к следующие значения: пу=к\ п2 = -к; ;?з = Л }h = Jk » где j = 4 \ -мнимая единица.
Общее решение уравнения тогда будет можно записать в следующей эквивалентной форме: выражение является собственной функцией задачи о поперечных колебаниях призматического стержня [95, 101]. При этом для дальнейшего анализа удобно эту функцию в следующей эквивалентной форме через функции Крылова [93] 102
На рис.3.2. представлены графики функции Крылова. Можно видеть, что 5(0)-1 и T(0) = U(Q)-V(0) = 0. Производные функции Крылова могут быть найдены непосредственно, например, S (x) = —{-sinх + shх) = V{x) и т.д. В работе [93] приведены таблицы с производными функций Крылова.
Постоянные С,, С2, С3 и С4, входящие в это выражение, являются произвольными и должны определяться в каждом частном случае в соответствии с условиями, заданными на концах стержня.
Исследуемая конструкция имеет один свободный и один жестко закрепленный конец. На жестко защемленным конце (.v = / ) должны быть равны нулю прогиб О = 0) и угол наклона (у = 0). Ма свободном конце (.v-0) всегда должны быть равны нулю изгибающий момент (у" = 0) и поперечная сила (У = 0)- Это даст следующие условия тогда следует, что
Отличные от нуля решения для постоянных С( и С, можно получить только в том случае, когда равен нулю определитель матрицы системы (3.26), составленный из коэффициентов этих уравнении. Из этого условия получаем частотное уравнение для определения неизвестных величин к: Откуда получаем следующее частотное уравнение 8\кГ)-Т(кГ)У(кГ) = 0 или cos kV -ch kl = -1. Это уравнение можно представить в следующем виде COs/ =: СІШ Тогда общее решение в соответствии с (3.17) представляет собой разложение решения в ряд по собственным функциям и будет следующим
При характерной длине пластин (/ = 3- 5 см) и материале пластин (электротехнической стали) собственные частоты значительно превышают частоту вынуждающей силы.
Постоянные интегрирования Л{ и В{ могут 6ЕЛТЬ определены через начальные условия. Наиболее общие начальные условия можно записать следующим образом В этом случае решение может быть определено через собственные функции следующим образом [101] где коэффициенты разложения функции /(.г) И /2(.V) В ряд по собственным функциям определяются следующим образом
Решение (3.32) для рассматриваемого вибрационного электромеханического преобразователя не представляет интерес, так как его работа связана с режимом установившихся вынужденных колебаний. Так как собственные функции являются ортогональными, то при исследовании неоднородного уравнения (3.8) его решение также можно представить в виде ряда по собственным функциям.
Вынужденные колебания описываются уравнением (3.S). При этом свободные колебания, определяемые выражением аналогичным (3.32) быстро затухают, поэтому интерес представляет частное решение неоднородного уравнения (3.8), которое описывает режим установившихся вынужденных колебании. Аналогично тому, как при определении свободных колебании, решение задачи о вынужденных колебаниях может быть представлено как ряд по собственным функциям [101].
Решение этого уравнения можно представить в виде следующего ряда по собственным функциям, где Xt (х) -собственные функции, определяемые по (3.29); T;{t) - неизвестная функция времени. С учетом этого выражения (3.33) уравнение (3.8) примет вид венным функциям.
Бесконечные суммы в правых частях преобразуются в одно слагаемое благодаря свойству ортогональности собственных функций. Решение уравнения (3.34) может быть получено известными методами и состоит из частей, соответствующих свободным п вынужденным колебаниям [90, 91]. Свободные колебания обусловлены начальными возмущениями и в соответствии с результатами предыдущего параграфа затухают. Для анализа работы исследуемого сигнализатора необходимо получит выражения для установившегося режима колебаний, соответствующего вынужденным колебаниям под действием силы
Исследование распределения поля в воздушном зазоре вибрационного преобразователя
Экспериментальные исследования магнитного поля в зазоре позволят проверить математическую модель электромагнитных процессов в вибрационном электромеханическом преобразователе, а, следовательно, и правомерность принятия основных допущений при моделировании электромагнитного поля.
Первоначально необходимо исследовать магнитные свойства материала пластин и магнитопровода: определить упругую проницаемость и проницаемость потерь, индукцию насыщения. Методика проведения таких экспериментов достаточна сложна и представляет собой отдельную задачу [104, 105, 116]. Сущность измерений магнитных параметров материалов сводится к определению их магнитного состояния при воздействии магнитного поля. Воздействие магнитного поля на магнитные материалы осуществляется в магнитных цепях, которые могут быть замкнутыми или разомкнутыми, поляризованные и нейтральные, расчетные и нерасчетные. Магнитные цепи, частью которых является образец испытываемого материала, могут быть изготовлены тороидальной или прямоугольной формы (аппарат Эпштейна). Кроме того, необходимо разрабатывать специальную установку для их исследования, выбирать методы измерений (синхронные или с преобразованием спектра) [104. 105]. В то же время исследуемые вибрационные преобразователи были изготовлены из листов электротехнической стали с нормированными известными свойствами [104, 119]. Для экспериментальных образцов использовалась электротехническая сталь 1212 толщиной 1 мм, характеристики которой нормированы, известны и представлены ранее (глава 2) [104, 119]. В ряде работ [69-71] использовавших эти характеристики получены вполне удовлетворительные результаты для инженерной практики. Поэтому магнитные характеристики не были исследованы экспериментально, а были принятыми по работам [104, 119]. на краях и в центре пластины (z = 0,±%, ). Все измерения были проведены при
ряде значений воздушного зазора и МДС. Результаты этого эксперимента для преобразователя №4 при 8 = 1 мм и F = 50 А представлены на рис.4.3. При этом расхождение показаний прибора в центре и на краях невелико и составило не более 5%. Аналогичные результаты получены и для остальных вариантов ВЭПСГ при различных зазорах и МДС. Результаты этих опытов позволяют принять допущение о независимости величины магнитной индукции от координаты z.
Расчетные выражения для магнитных потоков в воздушном зазоре позволяют определить среднюю индукцию в каждой зоне и получить расчетные кривые распределения магнитной индукции вдоль пластин вибрационного преобразователя (вдоль оси х), которые могут быть сопоставлены с аналогичными кривыми полученными в результате измерений магнитной индукции в зазоре.
Для преобразователя №6 на рис.4.4 представлены экспериментально полученные значения средней индукции в каждой зоне и расчетная кривая для средней индукции при 5 1 мм и F - 150 А. При тех же МДС и рабочем зазоре аналогичное распределение индукции получено и для сигнализатора №3, отличающегося лишь меньшей шириной пластин. Максимальное расхождение при этом опытных и теоретических данных— 10%.
Ma рис.4.5 для преобразователя JSM представлены экспериментальные значения средней индукции в каждой зоне и расчетная кривая для индукции при S-1 мм и F-150 Л. На рис.4.6 представлены расчетные и экспериментальные кривые распределения средней магнитной индукции при S = 5 мм и F=150 Л. Экспериментальные исследования магнитного поля в зазоре сигнализатора №1 показывают, что кривые распределения индукции для этого варианта практически не отличаются от кривых на рис.4.5-4.6 для сигнализатора №4. В этих экспериментах расхождение опытных и теоретических данных также составило не более 10%.
Из результатов экспериментальных исследований магнитного поля в рабочем воздушном зазоре следует, что полученная ранее математическая модель электромагнитных процессов в ВЭПСГ имеет достаточно высокую точность (расхождение с экспериментальными данными составляет не более 10%).
Основные характеристики исследуемых сигнализаторов гололедообра-зования на ЛЭП - это зависимости амплитуды сигнала от величины гололедных отложений при различной величине тока в проводе или воздушного зазора вибрационного преобразователя.
Порядок проведения эксперимента для определения выходных характеристик сигнализатора гололедообразования состоял в следующем. 1. Установка вибрационного преобразователя на проводе и подготовка необходимого оборудование (источник тока, измерительного микрофона, цифровой осциллограф и т.д.). 2. Установка необходимого рабочего зазора между параллельными пластинами при помощи струбцины. Величина зазора при этом контролируется щупами. 3. Установка необходимой величины тока и проводе путем регулирования коэффициента трансформации источника питания. Величина тока контролируется по показаниям амперметра, подключенного через трансформатор тока. 4. Регистрация цифровым осциллографом, подключенным к микрофону, зависимости вличины звукового сигнала от времени и отображения этой зависимости на экране. 5. Сохранение полученных зависимостей величины сигнала сигнализатора гололсдообразования для дальнейшего анализа с помощью ЭВМ.
Такие опыты были проведены для всех возможных значений тока (МДС от 0 до 200 Л) и зазора (1, 2, 3 и 4 мм), а также величины гололедных отложений h (от 0 до /). С помощью специального программного обеспечения (в комплекте с цифровым осциллографом) проводится спектральный анализ сигнала, из которого определяются величина амплитуды и частоты гармонических составляющих.
Во всех опытах было получено изменение сигнала сигнализатора гололсдообразования практически по гармоническому закону с двойной частотой сети (100±1% Гц). Типичная форма выходного напряжения представлена на рис.4.7.
