РАЗДЕЛ 2
РАЗРАБОТКА СПОСОБА И УСТРОЙСТВ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ ПАКЕТОВ СТАТОРОВ АД
Для подтверждения теоретических положений, представленных в разделе 1, необходимо провести ряд экспериментальных исследований с целью анализа изменения основных статических и динамических характеристик пакета электротехнической стали после температурных воздействий, а также исследовать изменение свойств зубцовой зоны пакетов стали статоров ремонтируемых АД в условиях, приближенных к условиям эксплуатации по интенсивности и направленности магнитного потока.
2.1. Разработка способа исследования свойств пакета электротехнической стали после температурных воздействий. Особенности обработки результатов при различной степени насыщении стали
При данном виде испытаний необходимо снять и проанализировать техническую (зависимость амплитуды магнитной индукции от действующего значения напряженности поля (ГОСТ 12119-80)) или динамическую кривую намагничивания и потери в стали в условиях, приближенных к стандартным по ГОСТу. При указанных исследованиях прежде всего имеют значение частота переменного намагничивающего поля и форма кривых магнитной индукции и напряженности магнитного поля, так как исследования преимущественно проводятся для насыщенной стали.
С целью выбора метода определения указанных магнитных параметров и потерь в стали был проведен анализ существующих методов и аппаратуры, работающей на их основе, исходя из условий минимальной погрешности и возможности автоматизации процесса измерений.
При всем многообразии аппаратуры, предназначенной для определения магнитных характеристик ферромагнитных материалов в переменных полях, вся она основана на индукционном методе измерений и дает возможность непосредственного определения только электрических величин (напряжения в измерительной обмотке и тока в намагничивающей обмотке), или отношения напряжения к току (мостовые методы), или произведения ЭДС и намагничивающего тока (ваттметровые методы измерения).
Искомые магнитные характеристики всегда находят расчетным путем используя известные формулы, связывающие электрические и магнитные величины в едином электромагнитном процессе.
Для определения характеристик магнитомягких материалов в низкочастотных полях предусмотрены следующие методы испытаний:
? индукционный с использованием амперметра, вольтметра и ваттметра;
? индукционный с использованием фазочувствительного вольтметра (феррометр);
? осциллографический (феррограф);
? индукционный с использованием компенсатора переменного тока;
? параметрический (мостовой).
На основании проведенного анализа, с учетом специфических особенностей проводимых исследований, для измерения напряженности магнитного поля и магнитной индукции был применен модифицированный метод "амперметра-вольтметра", а для измерения мощности потерь в стали - модифицированный ваттметровый метод. Сущность их модификации состоит в повышении точности и наглядности по сравнению с классическими вариантами благодаря возможности использования вместо аналоговых приборов измерительно-диагностического комплекса (ИДК) на базе ЭВМ, что дает возможность более точного определения исследуемых параметров в зоне насыщения по результатам анализа действительных форм кривых контролируемых величин, снимаемых при помощи ИДК с необходимой дискретностью.
При проведении исследований учитывался ряд следующих факторов [54]:
1) Для определения динамических характеристик магнитных материалов предпочтительнее иметь замкнутую магнитную цепь.
2) Образец перед началом испытаний следует размагнитить и, если определяется основная динамическая кривая намагничивания, эксперимент следует проводить, начиная с наименьших значений напряженности поля.
3) Для определения величины магнитной индукции нужно измерять ЭДС, индуктируемую в измерительной обмотке.
4) Напряженность поля рассчитывается по току в намагничивающей обмотке и ее параметрам.
5) Измерительная и намагничивающая обмотка после каждого обжига должны наноситься идентично, чтобы создать аналогичные условия для испытаний.
Так как воссоздать обмотку на кольцевом образце - трудоемкая задача, для исследований был спроектирован аппарат Эпштейна, основные типоразмеры и обмоточные данные которого приведены на рис. 2.1.
Как можно заметить из рис. 2.1, основные размеры листов пакетов стали несколько меньше рекомендуемых ГОСТом. В данном случае это оправдано, так как при измерениях параметров используется ИДК, позволяющий точно воссоздать форму кривых измеряемых сигналов.
Динамическая кривая намагничивания определялась по вершинам динамических петель перемагничивания. Схема подключения аппарата Эпштейна для этого случая изображена на рис. 2.2.
Рис. 2.1. Типоразмеры и обмоточные данные спроектированного аппарата Эпштейна
Здесь намагничивающий ток и напряженность определяются по напряжению, снимаемому с шунта . Напряжение, пропорциональное мгновенному значению индукции, получается при включении между измерительной обмоткой и входом ИДК интегрирующего устройства (RC- цепь на рис. 2.2) [55].
Рис. 2.2. Схема подключения аппарата Эпштейна при определении динамической кривой намагничивания
При этом предполагалось, что входное сопротивление измерительного канала ИДК равно бесконечности. Тогда для мгновенных значений э. д. с. справедливо следующее уравнение:
, (2.1)
где - э. д. с., индуктируемая в измерительной обмотке;
- сечение образца;
- ток во вторичной цепи;
- индуктивность этой цепи, зависящая главным образом от рассеивания магнитного потока.
Если мала, а >>, то
. (2.2)
Мгновенное значение напряжения на конденсаторе С:
.
Подставляя в это выражение значение из (2.2), получим
, (2.3)
то есть при данных значениях , ,