/
Tags: журнал журнал електротехніка і електромеханіка науково-практичний журнал
ISBN: 966-593-254-3
Year: 2007
Text
ДЕРЖАВНИЙ КОМІТЕТ
ІНФОРМАЦІЙНОЇ ПОЛІТИКИ,
ТЕЛЕБАЧЕННЯ ТА РАДІОМОВЛЕННЯ УКРАЇНИ
щОцтвО
ПРО ДЕРЖАВНУ РЕЄСТРАЦІЮ
ДРУКОВАНОГО ЗАСОБУ МАСОВОЇ ІНФОРМАЦІЇ
Серія КВ № 6115
_____________________________"Електротехніка і електромеханіка"___________________
«• г\ (назва видання державною мовою) м
"олектротехника и злектромеханика
_____________________________"Еіесігісаі епдіпеегіпа &. ЕІесТгошесИапіср"
(назва видання іншою мовою (мовами)
Вид видання Журнал________________________________________________________________
' (газета, журнал, бюлетень, збірник, альманах, календар, дайджест)
Статус видання ВІТЧИЗНЯНО _______________________________________________
Мова (мови) видання українська, російське!, анЬЯійська____________________________
Вид видання за цільовим призначенням науКОВО-ПраКТИЧНЄ____________________________
(громадсько-політичне, наукове, навчальне, літературно-художнє.
обсяг, періодичність ___________________
Сфера розповсюдження та категорія читачів загальнодержавна
Засновник (співзасновники) Національний ТСХНІЧНИЙ університет "Харківський
політехнічний інститут"
[ опн/о.і о(>п:оі і'.;
Е сЛі Е Е з
Електротехніка і Електромеханіка
Злектротехника и Злектромеханика
Еіесігісаі епдіпеегіпд & ЕІесіготесіїапісз
2007’3
ЕІЕ
Електротехніка і Електромеханіка
Злектротехника и Злектромеханика
Еіесігісаі епдіпеегіпд & ЕІесіготесіїапісз
Науково-практичний журнал 2007’3
Держвидання
Свідоцтво Державного комітету інформаційної політики, телебачення та радіомовлення України
КВ № 6115 від 30.04.2002 р.
Видання засновано Національним технічним університетом “Харківський політехнічний інститут”у 2002р.
РЕДАКЦІЙНА КОЛЕГІЯ:
Головний редактор
Клименко Б.В.
Члени редколегії
Баранов М.І.
Батигін Ю.В.
Боєв В.М.
Болюх В.Ф.
Буткевич О.Ф.
Вороновський Г.К.
Гончаров Ю.П.
Гурін А.Г.
Данько В.Г.
Загірняк М.В.
Кириленко О.В.
Кравченко В.І.
Лупіков В.С.
Маслієв В.Г.
Михайлов В.М.
Мілих В.І.
Набока Б.Г.
Намітоков К.К.
Омельяненко В.І.
Панасенко М.В.
Подольцев О.Д.
Пуйло Г.В.
Рєзцов В.Ф.
Рудаков В.В.
Сосков А.Г.
Ткачук В.І.
Шинкаренко В.Ф.
Юферов В.Б.
д.т.н., професор, НТУ “ХПІ”, Харків
д.т.н., начальник відділу НДПКІ “Молнія” НТУ “ХПІ”, Харків
д.т.н., професор кафедри вищої математики НТУ “ХПІ”, Харків
д.т.н., професор кафедри теоретичних основ електротехніки НТУ “ХПІ”, Харків
д.т.н., професор кафедри загальної електротехніки НТУ “ХПІ”, Харків
д.т.н., професор, головний науковий співробітник ІЕД НАНУ, Київ
д.т.н., професор, член-кореспондент НАНУ, завідувач кафедри електричних
станцій НТУ “ХПІ”, Харків
д.т.н., професор кафедри промислової та біомедичної електроніки
НТУ “ХПІ”, Харків
д.т.н., професор, завідувач кафедри електроізоляційної і кабельної техніки
НТУ “ХПІ”, Харків
д.т.н., професор, завідувач кафедри загальної електротехніки НТУ “ХПІ”, Харків
(голова редакційної ради)
д.т.н., професор, ректор КДПУ, Кременчук
д.т.н., професор, член-кореспондент НАНУ, заступник директора ІЕД НАНУ, Київ
д.т.н., професор, директор НДПКІ “Молнія” НТУ “ХПІ”, Харків
д.т.н., професор, завідувач кафедри електричних апаратів НТУ “ХПІ”, Харків
д.т.н., професор кафедри електричного транспорту та тепловозобудування
НТУ “ХПІ”, Харків
д.т.н., професор кафедри інженерної електрофізики НТУ “ХПІ”, Харків
д.т.н., професор, завідувач кафедри електричних машин НТУ “ХПІ”, Харків
д.т.н., професор кафедри електроізоляційної і кабельної техніки НТУ “ХПІ”, Харків
д.т.н., професор кафедри світлотехніки і джерел світла ХНАМГ, Харків
д.т.н., професор, завідувач кафедри електричного транспорту та
тепловозобудування НТУ “ХПІ”, Харків
д.т.н., професор кафедри електричного транспорту та тепловозобудування
НТУ “ХПІ”, Харків
д.т.н., провідний науковий співробітник ІЕД НАНУ, Київ
д.т.н., професор кафедри електричних машин ОНТУ, Одеса
д.т.н., професор, член-кореспондент НАНУ, керівник відділення ІЕД НАНУ, Київ
д.т.н., професор, завідувач кафедри інженерної електрофізики НТУ “ХПІ”, Харків
д.т.н., професор, завідувач кафедри електротехніки ХНАМГ, Харків
д.т.н., професор, завідувач кафедри електричних машин і апаратів
НУ “Львівська політехніка”, Львів
д.т.н., професор, завідувач кафедри електромеханіки НТУУ “КПІ”, Київ
д.т.н., начальник відділу ННЦ ХФТІ, Харків
АДРЕСА РЕДКОЛЕГІЇ
Кафедра “Електричні апарати”, НТУ “ХПІ”, вул. Фрунзе, 21, м. Харків, 61002.
Тел. (057) 707-62-81. Е-таіІ: еіе@крі.кНагком.иа
© Національний технічний університет “ХПІ”, 2007
ЗМІСТ
Електротехніка. Визначні події. Славетні імена
Баранов М.И. Знрико Ферми - один из основоположників квантовой статистики, злектродинамики и ядерной знергетики 5
Електричні машини та апарати
Бібік О.В., Попович О.М. Підвищення енергоефективності асинхронного електроприводу в квазістатичних режимах роботи 12
Бранспиз М.Ю. К постановке оптимизационной задачи для одновитковой обмотки 15
Васьковський Ю.М., Гайденко Ю.А., Нацик О.В. Дослідження методами теорії поля характеристик асинхронних двигунів при несиметрії параметрів ротора 19
Жаворонков М.А, Ткаченко С.А. Диагностика текущей работоспособности злектромеханических коммутационньїх аппаратов 23
Заблодский Н.Н. Взаимодействие шнекового злектротепломеханического преобразователя и нагрузочно-охлаждающей средьі 25
Клименко Б.В. Міжнародний електротехнічний словник: українські перспективи 29
Конохов Н.Н. Структурний анализ и принцип симметрии при совершенствовании конструкции злектрических машин 36
Мороз В.І. Інтегральні рівняння в моделюванні керованих електромеханічних систем 39
Павленко Т.П. Влияние активации на износ злектрических контактов 44
Поляков М.А. Нечеткий регулятор охлаждения силового масляного трансформатора на основе прогноза изменения возмущающих факторов 47
Попович О.М., Головань І.В. Дослідження асинхронних двигунів з масивним феромагнітним ротором при підвищеній частоті живлення 51
Розанов Ю.К., Крюков К.В. Регулятор потока мощности с использованием фотозлектрического преобразователя 55
Себко В.В. Исследование переходного процесса нагрева слоя воздуха между нагревателем и изделием при изменении температури нагревателя по периодическому закону 57
Шумилов Ю.А., Пономаренко В.К., Кузьмин В.В., Демидюк Б.М. Обеспечение надежности злектрогенераторов на АЗС, ГЗС и ТЗС 61
Шуруб Ю.В. Покращення експлуатаційних властивостей трифазно-однофазних асинхронних електроприводів в пускових режимах 64
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
З
Теоретична електротехніка
Бранспиз Ю.А. Анализ мьісленного опьіта Зйнштейна по определению составляющей сильї магнитного поля на ток в ферромагнитном проводнике 66
Горбачев М.Н. Геометрическое моделирование периодических негармонических знергетических процессов в управляемьіх радиотехнических цепях и системах 69
Пелевин Д.Е. Определение исходньїх данньїх для злектромагнитньїх устройств управлення магнитньїм полем в помещениях 72
Зміст освіти за напрямками підготовки "Електротехніка " і "Електромеханіка"
Годжелло А.Г.,
Жаворонков М.А.,
Калашникова А.В.,
Нечаев Д.Н.
Создание универсального учебного стенда для исследования аппаратов 77
низкого напряжения
Список авторів 79
АЬзігасіз 80
Вимоги до оформлення статей і інформаційних матеріалів у науково-практичному журналі 82
"Електротехніка і електромеханіка"
ШАНОВНІ ЧИТА ЧИ
Науково-практичний журнал “Електротехніка і Електромеханіка” — передплатне видання.
Звертаємо вашу увагу, що починаючи з 2006 року журнал виходить шість разів на рік.
Вартість передплати на рік — 136,44 грн., на два місяці — 22,74 грн., на чотири місяці —
45,48 грн., на шість місяців - 68,22 грн., на вісім місяців - 90,96 грн., на десять місяців -113,7 грн.
Передплатний індекс: 01216.
ШАНОВНІ АВТОРИ ЖУРНАЛУ!
Постановою Президії ВАК України від 15.01.03 № 1-08/5 науково-практичний журнал
“Електротехніка і Електромеханіка” внесено до Переліку наукових фахових видань України, в
яких можуть публікуватися результати дисертаційних робіт на здобуття наукових ступенів
доктора і кандидата наук. Журнал зареєстровано як фаховий з № 1 2002 року.
Починаючи з 2005 року згідно з договором між редакцією журналу “Електротехніка і Електро-
механіка” та Всеросійським інститутом наукової та технічної інформації Російської академії
наук (ВИНИТИ РАН), інформація про статті з журналу за відбором експертів ВИНИТИ розмішу-
ється у Реферативному журналі (РЖ) та Базах даних (БД) ВИНИТИ. Згідно з цим договором
ВИНИТИ надає редакції журналу звіт про відображення статей з журналу у РЖ та БД ВИНИТИ.
Звіт ВИНИТИ за 2005 рік буде опубліковано в одному з номерів журналу за 2006 рік.
Починаючи з №1 за 2006 р. згідно з Наказом МОН України №688 від 01.12.2005 р. журнал надси-
лається до УкрІНТЕІ.
Звертаємо увагу авторів на необхідність оформлення рукописів відповідно до Вимог, які публіку-
ються у кожному номері журналу. Статті, оформлені згідно з Вимогами будуть публікуватися
у першу чергу.
4
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
Електротехніка. Визначні події. Славетні імена
УДК 621.3:53.091
ЗНРИКО ФЕРМИ - ОДИН ИЗ ОСНОВОПОЛОЖНИКОВ КВАНТОВОЙ
СТАТИСТИКИ, ЗЛЕКТРОДИНАМИКИ И ЯДЕРНОЙ ЗНЕРГЕТИКИ
Баранов М.И., д.т.н., с.н.с.
НИПКИ "Молния" Национального технического университета
"Харьковский политехнический институт"
Украйна, 61013, Харьков, ул. Шевченко, 47, НИПКИ "Молния” НТУ "ХПИ"
тел. (057) 707-68-41, факс (057) 707-61-33, е-таіі: піркіто1піуа@крі.кЬагкоу.иа
Наведено короткий науково-історичний нарис про основні здійснення і відкриття у фізичній науці й атомній техніці
видатного фізика XX століття Енрико Фермі.
Приведен краткий научно-исторический очерк од основних свершениях и откритиях в физической науке и атомной
технике видаюіцегося физика XX века Знрико Ферми.
Окончание. Начало в №2007’2
4. НЬЮ-ЙОРСКИЙ ПЕРИОД ПРЕПОДАВАНИЯ
ФЕРМИ И РАБСТВІ В ЯДЕРНОЙ ФИЗИКЕ
Вот в такой бурной внешней "ядерной"
обстановке начиналась новая для 3. Ферми жизнь в
американской иммиграции. Известно, что зта
иммиграция для него бьіла вьінужденной мерой:
фашистский режим Италии стал угрожать
благополучию его семьи из-за еврейского
происхождения его женьї Лаурьі [1, 11]. Купив дом в
пригороде Нью-Йорка, семья 3. Ферми стала
потихоньку приобщаться к американской культуре и
американскому образу жизни. Из воспоминаний 3.
Сегре [1]: "...Я не знал другого взрослого иммигранта,
которьій бьі столь же серьезно, как и Ферми,
старался амергіканизироваться". Заметим, что 3.
Ферми американское гражданство получил в июле
1944 года (в минимальньїй срок, предусмотренньїй
законом США). В Колумбийском университете 3.
Ферми с 1939 года со свойственной ему знергией
принялся за преподавание студентам физики, включая
специальньїй курс геофизики. Как бьі не нравилось
ему бьіть педагогом и учителем студентов, все же
главньїм для него "делом жизни" оставалась научно-
исследовательская работа.
Проанализировав полученньїе европейскими
ученьїми опьітньїе данньїе по "делению" урана
нейтронами, он пришел к тому вьіводу, что, наверное,
при достаточном числе "вторичньїх" нейтронов,
испущенньїх осколками "деления", в уране может
начаться цепная реакция [1, 11]. Напомним, что в
физике под такой (цепной) ядерной реакцией
понимается та, которая связана с "делением" тяжельїх
атомних ядер нейтронами и при которой вновь
рождающиеся нейтрони поддерживают
рассматриваемий процесе "деления" [11, 13]. Сейчас
доподлинно известно, что цепньїе ядерние реакции
для тяжельїх химических злементов сопровождаются
вьіделением огромного количества знергии. А тогда
человечество делало только первие шаги к освоєнню
зтой ядерной знергии и многое било неизвестним.
Перед ним (3. Ферми) сразу встали вопроси: Как
можно зти качественние рассуждения перевести в
реальние факти? Какими могут сказаться
технические последствия цепной реакции в уране? Во
всех крупнейших физических лабораториях мира с
начала 1939 года повторялись и совершенствовались
фундаментальньїе зкеперименти по "делению" урана.
Вскоре физиками-ядерщиками били получени
количественние данньїе по "вторинним" нейтронам,
рождающимся в результате раещепления урана. Бьіли
открьітьі и "запаздивающие" нейтрони при "делении"
урана. Согласно современним данним при каждом
акте "деления", например, изотопа урана ,
сопровождающимся виделением в ереднем знергии в
197 МзВ, вьісвобождается в ереднем у=2,47
"бистрих" нейтрона из-за относительного избитка
нейтронов у тяжельїх ядер по сравнению с ядрами со
ередними значеннями массового числа А [9, 11].
Заметим, что в недалеком прошлом XX века долгие
годи в период "холодной войни" и гонки ядерних
вооружений численное значение числа г бьіло строго
закритим во всех ядерних державах мира. В атом
случае большинство нейтронов испускается
практически мгновенно (за время менее 10'14 с), а
весьма малая часть нейтронов (примерно 0,75% от
всех "вторичньїх" нейтронов) испускается с
запаздиванием (с задержкой от 0,05 до 60 с) [9].
Именно зти-то нейтрони и получили название
"запаздивающих" нейтронов. Дальнейшие ядерние
исследования показали, что благодаря именно зтим
"запаздивающим" нейтронам цепная ядерная реакция
"деления" изотопа урана может бьіть стать
управляемой [9, 11].
С 1939 года в США для работ над цепной
ядерной реакцией и вияснением количественной
информации о "вторичньїх" нейтронах стали работать
две основние группьі учених - группа 3. Ферми и
группа Лео Сциларда (парадоксально, но факт, что
оба они били иммигрантами: первий - из Италии, а
второй - из Венгрии) [1]. Одной из основних причин,
по которим на начальном зтапе овладения в США
ядерной знергией в работу сказались по
преимуществу вовлеченньїми физики-иммигранти,
било то, что главі^не американские менеджери
научньїх исследований оборонного значення мало
верили в зту сложную затею "яйцеголових" (так в
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
5
Америке в шутку називали ученьїх) и своє
предпочтение они отдавали разработке
отечественного радара (радиолокационной станции)
[1]. Позтому основная часть финансов и лучшие
американские "мозги" направлялись в
Линкольновскую лабораторию Массачусетского
технологического института, где тогда велись работьі
над созданием радара [1]. По мнению 3. Ферми у них
тогда бьіло два пути практической военной
реализации цепной ядерной реакции (получения
нового взрьівчатого вещества огромной разрушающей
сили): первьій путь, связанньїй с разделением
изотопов урана и *92^ и накоплением таким
физико-техническим приемом в достаточньїх
количествах металлического изотопа урана 92с/ ,
делящегося под действием "медленньїх" нейтронов
[1,9]; второй путь, связанньїй с осуществлением
управляемой цепной ядерной реакции в природном
уране 292^ , делящегося под действием "бьістрьіх"
нейтронов и обеспечивающего получение в конце
цепочки ядерньїх превращений нового
радиоактивного стабильного изотопа плутоний 2ЦРи
[1, 9]. Накопление таким вторим путем в требуемом
количестве металлического изотопа плутония 2д^Ри,
которьій может делиться под действием "медленньїх"
нейтронов, означало бьі получение ядерной
взрьівчатки и соответственно получение делящегося
радиоактивного материала для ядерной бомби [1, 9].
3. Ферми бил сторонником второго пути. В первьій
путь он тогда сам мало верил из-за технической
сложности сепарации (от лат. зерагайо - разделение
на составньїе части [13]) указанньїх вьіше изотопов
урана, незначительно отличающихся по массовому
числу А и соответственно по атомной массе [1]. К
лету 1939 года в Колумбийском университете
указанними группами физиков било установлено
следующее [1]: а) В природном уране образуется
больше "бистрих" нейтронов, чем поглощается (зто
является необходимьім условием для цепной ядерной
реакции); б) Резонансное поглощение зтих нейтронов
в уране оказьівает сильное влияние на соотношение
числа "бистрих" и "медленньїх" (теплових)
нейтронов; в) Для уменьшения в уране влияния
резонансного поглощения "бистрих" нейтронов и
снижения числа их потерь на зто поглощение
необходимо в замедлителе нейтронов использовать
блочное расположение металлического урана; г)
Поглощение теплових ("медленньїх") нейтронов в
водяном замедлителе нейтронов слишком велико и ее
(води) использование в качестве необходимой для
обеспечения цепной реакции средьі, замедляющей
образующиеся в природном уране (в смеси изотопов
292І7 И 29і(/ ) "бьістрие" нейтрони до состояния
"медленньїх" нейтронов, било практически
невозможно. Несколько забегая вперед и нарушая
хронологию собитий, отметим, что к лету 1940 года
колумбийскими исследователями ядерньїх процессов
(группами 3. Ферми и Л. Сциларда), визванннх
действием нейтронов, било установлено, что
наиболее перспективним замедлителем "бистрих"
нейтронов является относительно дешевий и
сравнительно легко получаемьій углерод в форме
графита [1].
2 августа 1939 года великий физик А. Зйнштейн
подписал подготовленное обеспокоенним Л.
Сцилардом (последнего просто пугали последствия
создания Германией первой нового вида оружия -
ядерной бомби) известное письмо на имя Президента
США Франклина Рузвельта, в котором с учетом
полученньїх научними группами 3 Ферми и Л.
Сциларда результатов и проводимьіх в нацистской
Германии аналогичньїх работ по урану предлагалось
американскому правительству взять под особьій
контроль урановую проблему с целью достижения в
ней в ближайшем будущем успехов и овладения
США первими в мире ядерной знергией. Обсуждение
в Белом доме с участием Президента США Ф.Д.
Рузвельта данной проблеми, состоявшееся лишь 11
октября 1939 года, привело к созданию в США
Уранового комитета под згидой правительственньїх
учреждений [1]. Зто привело к заметной активизации
и интенсификации в США работ по дальнейшему
изучению ядерньїх свойств урана, закупке
металлического урана и замедлителя "бистрих"
нейтронов - графита [1].
В начале 1941 года в США в радиационной
лаборатории (г. Беркли), директором которой бьіл
упомянутьій вище нами известньїй американский
физик 3.0. Лоуренс, сотрудниками группьі 3. Ферми
били начати работи по длительному облучению
"бистрими" нейтронами на имевшемся в ней 60-
дюймовом (с диаметром полюсов злектромагнита
238
примерно в 1,5 м) циклотроне изотопа урана 92(/ и
наработке таким путем металлического изотопа
239
плутония 94 Ри с последующими количественньїми
опитними измерениями его свойств на "деление"
тепловими ("медленньїми") нейтронами [1]. После
решения американскими ученими нелегкой задачи
химического разделения образующихся при зтом
радиоактивних злементов изотопа нептуния ї^Мр и
изотопа плутония 2$Ри ими било однозначно
установлено: изотоп плутония 2^Ри действительно
может служить зффективной ядерной взривчатой [1,
11]. Теперь перед физиками США откривался более
ли менее ясньїй путь для создания ядерной бомбьі:
получение в требуемом количестве изотопа плутония-
239 с помощью управляемого ядерного устройства
(реактора), но при наличии одного существенного
условия: при возможной практической реализации
такого дорогостоящего реактора промьішленньїх
масштабов. 6 декабря 1941 года (прямо накануне
нападения японцев на основную часть
Тихоокеанского американского флота в Пирл-
Харборе и прямого вступления США во Вторую
мировую войну) по решению Уранового комитета во
главе всех научних исследований США, связанних с
цепной ядерной реакцией и сооружением ядерного
б
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
реактора для отих целей, бьіл поставлен американский
физик Артур Комптон (лауреат Нобелевской премии
по физике 1927 года [11]), профессор физики
Чикагского университета [1]. В январе 1942 года им
все исследователи, в том числе и указанньїе ранее
научньїе группьі из Колумбийского университета,
бьіли переведеньї в г. Чикаго во вновь созданную
крупную организацию под названием
Металлургическая лаборатория. США начали
собирать свои интеллектуальньїе и производственньїе
сильї, а также технологические мощности в "кулак"
перед активним научно-техническим штурмом
урановой проблеми.
5. ЧИКАГСКИЙ ПЕРИОД РАБСТВІ ФЕРМИ В
АТОМНОЙ НАУКЕ И ТЕХНИКЕ
Чикагская Металлургическая лаборатория стала
заниматься не только работами над ядерним
реактором на "медленних" нейтронах, но и
радиационной химией, ядерной технологией,
радиационной безопасностью и другими сложними
вопросами атомной науки и техники [1].
Колумбийские группьі 3. Ферми и Л. Сциларда в отой
огромной закритой фирме били лишь маленькими
песчинками. В має 1942 года 3. Ферми вместе со
своей семьею поселился в г. Чикаго, считая, что зтот
переезд является делом временним (после окончания
в сентябре 1945 года войни он так здесь и остался до
конца своей жизни). Летом 1942 года Урановий
проект (так в США бил назвав комплекс работ по
созданию ядерной бомби) бил передай в ведение
американской армии [1]. Сразу же бил организован
Манхзттенский инженерний округ, командующим
которого бил назначен бригадний генерал Лесли
Гровс (перед своим назначением имел чин
полковника и значительний строительний опит).
Дальнейшие собития показали, что зтот вибор
командующего оказался правильньїм. Вот отзьів о нем
3. Сегре [1]: "...Генерал Гровс не бьіл интеллигентом,
но бьіл умньїм, знергичньїм, решительньїм и
преданньїм своєму делу человеком". А вот одно из
висказьіваний административного руководителя
Уранового проекта, взятое из его доклада и
касающееся "воєнного" юмора генерала Л.Р. Гровса
[1]: "...Я раньше не имел опьіта общения с ученими—
отими дороговатьіми чокнутими котелками". Через
несколько месяцев после назначения на свою
ответственную должность он научился обращению и
общению с зтими ученими во имя достижения
великой научной и военной цели. Перед всеми
участниками Уранового проекта (в том числе и перед
3. Ферми) стояла срочная и колоссальная по своим
масштабам задача: надо било воплотить
положительние лабораторньїе результати ядерних
исследований на микроскопических количествах
радиоактивних материалов в крупньїе промишленньїе
установки и мощную взаимосвязанную
технологическую цепочку десятков оборонних
предприятий страни. Такая работа в нормальной
обстановке, наверное, заняла би не один десяток лет.
Но шла Вторая мировая война и фашисти Германии
всеми силами рвались к новому виду оружия
невероятной разрушительной сили - к "оружию
возмездия". Позтому в США строительство заводов
по производству оружейного изотопа плутония-239 и
изотопа урана-235 и необходимих для зтого основних
(сопутствующих) материалов, устройств и
приспособлений бьіло начато немедленно осенью
1942 года [1].
4. Создание уран-графитового ядерного реактора.
Комплекс работ по созданию в США первого в мире
ядерного реактора на природном уране,
обеспечивающего протекание управляемой цепной
ядерной реакции, является четвертим наиболее
крупним вкладом 3. Ферми в атомную науку и
технику. К октябрю 1942 года в США били успешно
решени многие как производственньїе, так и
технологические задачи, связанние с обеспечением
физиков в требуемом обьеме особо чистими
материалами: графитом, окисью урана и
металлическим природним ураном [1].
Производственное помещение на Аргоннской
площадке под ядерний реактор к зтому времени
готово еще не било. Тогда 3. Ферми предложил А.Х.
Комптону монтировать зтот опитний реактор под
западной трибуной стадиона Чикагского
университета, находящегося в самом центре большого
города. Взвесив все аргументи "за" и "против",
научний и административний руководители
Уранового (Манхзттенского) проекта (А.Х. Комптон
и Л.Р. Гровс) согласились с зтим предложением 3.
Ферми, отвечавшего за создание опитного уран-
графитового ядерного реактора.
В ноябре 1942 года началось сооружение
данного ядерного реактора. Огромную помощь 3.
Ферми в его создании оказали работавшие с ним
канадский физик Уолтер Зинн и американский физик
Герберт Андерсон [1]. Работа по монтажу злементов
реактора шла круглосуточно. В начале зтот ядерний
реактор (на англ. "рііе", а на русском- "котел") бил
запроектирован в виде начиненной блоками графита и
природного урана ячеистой сфери радиусом 4 м с
деревянной опорной конструкцией. В процессе
сооружения реактора удалось уменьшить его размерьі
и первоначально задуманную геометрическую форму
реактора свести к форме зллипсоида вращения (за
счет опережающей поставки на монтажную площадку
металлического урана), полярний по вертикали
радиус которого бил равен 3,09 м, а зкваториальний
по горизонтали -3,88 м [1]. На сооружение данного
чикагского уран-графитового ядерного реактора ушло
[1]: около 46 тонн природного урана, в том числе 6
тонн металлического урана (основная часть урана
била использована в виде блоков черного цвета из
окиси урана каждьій из которих бил примерно
весом 2 кг); около 385 тонн графита особо високой
чистоти (как нам всем хорошо известно, тоже черного
цвета). Причем, согласно данним вншеуказанного
американского литературного источника
максимальньїе линейнне размери отдельной ячейки
уран-графитовой "решетки", предусмотренной для
размещения в ней радиоактивного материала,
составляли около 0,21 м. Металлический уран
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
7
располагали в зтих ячейках как можно ближе к
центру ядерного котла и физики тщательно следили
за качеством укладки каждого радиального слоя
ячеистой структурні реактора (они уже на основе
своего колумбийского опьіта четко знали, что от зтого
может существенно изменяться один из важнейших
параметров реактора, его козффициент размножения
нейтронов /<р - реактивность ядерного котла).
Данньїй козффициент кр равен отношению
количества нейтронов в одном последующем
поколений к их количеству в предьідущем поколений
[9]. 3. Ферми знал, что при кр <1 цепная ядерная
реакция в рассматриваемом котле будет затухать
(гаснуть), при кр =1 зта реакция будет идти
стационарно (зтот режим цепной реакции в ядерной
физике назьівается критическим [9]), а при £р>1 -
лавинообразно взрьівообразно развиваться (в
последнем случае число новьіх последующих актов
"деления" ядер радиоактивного материала будет
значительно больше числа старих предмдущих актов
их "деления"). Для исключения паразитного
поглощения нейтронов в окружающем уран-
графитовьіе блоки воздухе и уверенного достижения
критичносте реактора (ЛР=1) последний бил
окружен огромной прорезиновой оболочкой, внутри
которой, в случае необходимости, можно било
создать вакуум. В конечном счете, при испмтаниях
созданного реактора вказалось, что в создании внутри
его уран-графитовой "решетки" вакуума нет
необходимости. Всего в чикагский ядерний реактор
друг за другом било радиально уложено 57 слоев
уран-графитових блоков. Кроме того, для управлення
процессом "деления” ядер изотопа урана-235 в
создаваемом атомном (ядерном) котле били
предусмотрени управляющие кадмиевьіе стержни.
Так как химический злемент кадмий сильно
поглощает нейтрони, то в реакторе (ядерном котле) 3.
Ферми такие перемещающиеся от периферии к
центру реактора стержни належно вьіполняли роль
"ловушек" нейтронов, уменьшая тем самим в нем
значення указанного вьіше козффициента
размножения нейтронов кр .
Ежедневно в период сборки чикагского реактора
управляющие кадмиевие стержни на определенное
ограниченное время виводили из ядерного котла и
физики зкспериментально определяли достигнутую
им реактивность (численное значение козффициента
кр). 2 декабря 1942 года в 14 часов 20 минут по
местному времени при очередном проведений под
руководством 3. Ферми испьітаний созданний в г.
Чикаго ядерний реактор бьіл доведен до критического
состояния (козффициент размножения в нем
нейтронов оказался практически равньїм кр ~1 и
цепная ядерная реакция в котле стала
самоподдерживающейся) [1]. Первий цикл испьітаний
зтого уран-графитового ядерного реактора согласно
[1] продолжался лишь в течение 28 минут при его
мощности всего в 0,5 ватта (для обеспечения
минимального радиоактивного излучения от реактора
и соответственно минимального облучения
участников его испнтаний). Впоследствии данньїй
реактор бил демонтирован и перевезен в Аргоннскую
лабораторию (вблизи г. Чикаго), где он долго
использовался для научнмх целей (его мощность
достигала 100 кВт при непрерьівной работе не более
двух часов) [10]. Создание в США зтого уран-
графитового ядерного реактора стало важной
исторической вехой на магистральном пути
промьішленного производства человечеством в
недалеком будущем ядерной знергии и становлений
новой отрасли - ядерной знергетики. Успешний
ядерний зксперимент 2 декабря 1942 года явился для
американских физиков серьезним шагом вперед и в
вопросе возможного создания ядерного оружия.
В начале 1943 года в США перед физиками-
участниками и руководителями Уранового проекта на
повестку дня стала новая важная стратегическая
воєнная задача: как только возможно бьістро первьіми
в мире создать оружие на основе использования
ядерной знергии и как технически сделать зту
ядерную бомбу при наличии погребного количества
металлического изотопа плутония 2^Ри или
металлического изотопа урана Ясна била
скачала лишь общая идея создания такой невиданной
по своим боевим характеристикам бомби [1]:
требуется бистрое создание и дальнейшее удержание
критической (сверхкритической) массьі делящегося
радиоактивного материала, что может привести к
цепной ядерной реакции взрьівного типа. Зта идея
для нас требует своего пояснення. Начнем с того, что
в ядерной физике среду, в которой происходит цепная
ядерная реакция "деления", називают "активной
зоной". В связи с конечним обьемом ЗТОЙ ЗОНЬІ и
возможностью "ухода" нейтронов "деления" за ее
предельї и били введень! новьіе понятия в ядерной
физике: понятие "критической массьі" и понятие
"критического размера" делящегося материала и
соответственно "активной зони" [9]. Позтому под
критическим размером "активной зони" понимается
ее геометрический размер, при котором вьіполняется
вьішеуказанное условие критического режима
протекания цепной ядерной реакции "деления"
(£р=1). Тогда соответственно под "критической
массой" понимается масса "активной зони", имеющая
критические размерьі. Согласно современньїм данним
"критическая масса" зависит как от вида делящегося
радиоактивного изотопа, так и от внешних
окружающих зтот изотоп условий [9]. Так, для самого
изотопа урана "критическая масса" равна 50 кг
[9], а для "активной зони" из зтого изотопа,
снабженной тонкими полизтиленовими прокладками
и помещенной в отражающую оболонку из бериллия
ІВе, "критическая масса" составляет всего 0,242 кг
[9]. В 1943 году об зтих ядерних подробностях
(важних деталях) американские физики-ядерщики
безусловно еще не знали и позтому в вопросах путей
сосредоточения и удержання такой "критической
8
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
массьі" делящегося "медленньїми" нейтронами
радиоактивного материала, а также в ряде других
сложньїх технических вопросах у них тогда ясности
еще не бьіло. Для вьіяснения отих путей предстояла
большая работа. В зтот период в США для получения
фундаментальних ядерньїх данньїх, необходимьіх для
проектирования и монтажа атомной бомби, в рамках
организационной структури Уранового проекта на
високогорном плато (на висоте примерно 2200 м)
бьіла создана знаменитая Лос-аламосская лаборатория
(штат Нью-Мексико), руководителем которой генерал
Л.Р. Гровс назначил американского физика Дж.Р.
Оппенгеймера, профессора теоретической физики
Калифорнийского университета (ему тогда било 39
лет).
6. ЛОС-АЛАМОССКИЙ ПЕРИОД РАБОТЬІ ФЕРМИ
НАДУРАНОВЬІМ ПРОЕКТОМ
В середине лета 1943 года Лос-аламосская
лаборатория начала проводить совершенно
неизведанние для физиков-ядерщиков реальнме
научние, технические и технологические работи,
направленнме на дальнейшее детальнеє изучение
ядерньїх свойств изотопов плутония 2^Ри и урана
235г,
92 и и вьіраоотку предложении по конструированию
неведомой доселе ядерной бомби [1]. 3. Ферми в зтой
лаборатории возглавил отдел перспективних ядерних
исследований (всего в лаборатории било семь
научних отделов). Основная часть учених Лос-
аламосской лаборатории сосредоточила свои усилия
на возможньїх методах собирания "критической
массьі" новой бомби (в частности, на методе
"вьіетреливания" одной части "критической масси" в
другую и методе "имплозии" [1]). 3. Ферми бил рад
своей работе в зтой лаборатории, которая могла
приблизить победоносное завершение Второй
мировой войньї. Ему правилось бить научньїм
консультантом (чем-то вроде оракула) для всех
отделов лаборатории. Летом 1944 года Дж.Р.
Оппенгеймер назначил 3. Ферми своим заместителем
и поручил ему и его новому отделу Р, кроме работ
по ядерной бомбе, еще и часть работ по проекту
водородной бомби. Работи по последнему проекту
били в самом начале нелегкого пути и всем било
очевидно, что для их успешного завершення
потребуетея не один год напряженних исследований.
Секретине же на тогда работи в Лос-аламосской
лаборатории по созданию атомной бомби на базе
использования в ее "активной зоне" изотопа плутония
239 п
94 Ри и усовершенствованного метода имплозии
подходили к своєму логическому завершенню.
Реальное испьітание созданной США бомбьі должно
било стать апогеєм и одновременно апофеозом
воєнних усилий зтой лаборатории. Зтому испьітанию
било присвоєно кодовое наименование "Тринити"
(троица) [1]. Для его осуществления била вибрана
пустинная местность неподалеку от Аламогордо (в
300 км к югу от г. Лос-Аламоса) [1]. 3. Ферми принял
непосредственное активнеє участие в зтом ядерном
испнтании, занимаясь подготовкой и проведением
многочисленньїх измерений различних физических
параметров, присущих взрьіву ядерной бомби
(например, знергии светового потока, проникающей
радиации от гамма-лучей, нейтронов, воздушной
ударной волньї и др.). Несмотря на то, что цель
испитания "Тринити" била устрашающей (зловещей),
зтот ядерний експеримент при его успешном
завершений должен бил стать одним из величайших
физических зкепериментов всех времен и народов. 16
июля 1945 года в 5 часов ЗО минут утра первая на
нашей планете американская атомная бомба,
размещенная над землей на верхушке стальной
башни, била успешно взорвана. Примерно через час
после ядерного взрьіва 3. Ферми, одев защитньїй
костюм и захватав с собою радиометр, на танке со
специальной защитой от проникающей радиации
направилея в зпицентр ядерного взрива (зта зона его
поразила характером расплавления песка,
образовавшего на большой площади стекловидную
массу) для сбора радиоактивних образцов с целью их
анализа на продукти ядерного "деления". Позже стало
известно, что время ее (бомби) взрьіва американцами
било приурочено к началу в зтот день в немецком г.
Потсдаме послевоенной международной конференции
с участием глави Советского государства И.В.
Сталина (прибьіл на переговорьі с опозданием на один
день), президента США Г. Трумзна и премьер-
министра Великобританці-! У. Черчилля [16]. В зто
время в СССР под научньїм руководством профессора
физики И.В. Курчатова (будущего академика и
триждьі Героя Труда) активно развертьівались работьі
по атомной проблеме, курировать которьіе поручили
руководителю специальной силовой структури Л.П.
Берии. США и Великобританця таким приемом
питались добиться от СССР определенних уступок
при делении «плодов» великой Победьі в Европе и
организации нового расклада политических сил в
мире. Судя по имеющимся историческим данним, зто
еделанное 24 июля 1945 года устное сообщение
президента США должного влияния на советскую
делегацию на Потсдамских переговорах не произвело
и союзники-соперники ничего существенного для
себя от СССР не добились [16]. Они не знали, что в
зтот же вечер в г. Москву от И.В. Сталина ушла
шифровка о "необходимости предельного ускорения
работ по атомной проблеме" [16].
Успех испьітания "Тринити" превзошел самьіе
оптимистические ожидания физиков США (знергия
взрива сказалась вблизи максимальних предсказаний
и оценок). Участников зтих испитаний и авторов
разработки плутониевой ядерной бомби,
понимающих, что произошло зкетраординарное
собитие исторической важности, переповняло
чувство удовлетворения от вьіполненного ими
гражданского долга и гордости. Научний и трудовой
подвиг ученьїх, впервие овладевших колоссальной
ядерной знергией, навсегда останется в истории
человечества одним из ярких свидетельств
могущества Человека. Вместе с тем у участников
создания первой ядерной бомбьі возросла и
озабоченность за последствия овладения атомной
знергией. Для приближения конца войньї ряд
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
9
ведущих физиков-ядерщиков США (в том числе, к
сожалению, и 3. Ферми) рекомендовали
американскому правительству в качестве мерьі
устрашения применить против своего воєнного
противника Японии атомное оружие. Но в
действительности же не они предопределили
трагическую судьбу японских городов Хиросимьі и
Нагасаки. По политическим соображениям сделано
ото бьіло Пентагоном и правящими кругами США:
они питались показать СССР перед его вступлением 9
августа 1945 года в войну против Японии свои
"козьіри" и монопольнеє право на сверхоружие. К
зтому стоит добавить то, что на комплекс работ по
созданию атомного оружия по состоянию на 9 августа
1945 года США затратили почти два миллиарда
долларов [1]. Нужно бьіло продемонстрировать и
американскому народу то, куда пошли такие
огромньїе денежньїе средства от налогоплательщиков.
Заканчивая зтот интересньїй с научной и
малоизвестньїй нам с исторической сторони раздел
очерка, следует подчеркнуть одну существенную
деталь в методологии проведення ученьїм-физиком 3.
Ферми научно-исследовательских работ: там, где зто
возможно, разработчиком новой техники и
технологии требуетея защищать свои права на
интеллектуальную собственность. Вьшолняя
специальньїе работьі в области ядерной физики, 3.
Ферми и его коллеги умудрялись получать в
Патентном ведомстве США открьітьіе патенти на
изобретения в области атомной техники, связанние, в
основном, с ядерними реакторами [17-26].
Сложившаяся обстановка в США и местиме
американские юридические тонкости вмнудили его и
еоавторов втих американских изобретений отказаться
от денежной компенсации их патентньїх прав и
безвозмездно передать права на зти патенти
государству. В разделе 3 очерка мьі уже раньше
указивали об одном из важних изобретений 3. Ферми
и его итальянских коллег, связанного с обеспечением
зффективного протекания ядерних реакций в
веществе за ечет "медленньїх" нейтронов. Речь идет
об итальянском патенте №324458 на "Способ
получения радио активних веществ путем их
облучения нейтронами", получившем в дальнейшем
международное юридическое признание (в том числе,
и в США). В связи с тем, что зто изобретение било
достаточно широко внедрено в действующих
конструкциях ядерних реакторов США итальянскими
еоавторами зтого патента бил предьявлен иск
правительству США на компенсацию их прав в 10
миллионов долларов. После многолетних судебних
слушаний било достигнуто соглашение и США било
вмнуждено летом 1953 года виплатить авторам зтого
изобретения (3. Ферми в том числе) денежную
компенсацию в размере около 400 тисяч долларов
(после уплати налогов доля каждого изобретателя
составила примерно 24 тьісячи долларов США) [1].
7. НАУЧНО-ПЕДАГОГИЧЕСКАЯ РАБОТА ФЕРМИ
ПОСЛЕ СОЗДАНИЯ США АТОМНОГО ОРУЖИЯ
После окончания Второй мировой войньї в связи
с нерешенностью в Лос-аламосской лаборатории
вопроса об организации исследований по атомной
знергии 3. Ферми для себя принял решение о
собственной "демобилизации". 3. Ферми отказалея от
предложенного ему поста директора ядерного
института, созданного осенью 1945 года на базе
Чикагского университета. На зтот пост он предложил
своего коллегу по работам в г. Лос-Аламосе
американского физика Самузля Аллисона. ставшего,
как показали дальнейшие собьітия, великолепним
руководителем. В шутливой форме, характеризуя
свою работу, однажди новий директор заметил [1]:
"...Его задача опекать, лелеять и ублажать
интеллектуалов". Таким путем 3. Ферми освободил
себя от административних забот. Он занял должность
профессора в зтом институте и одновременно в
Чикагском университете с окладом 15 тьісяч долларов
в год. К 1951 году жалованье 3. Ферми било
постепенно увеличено до 20 тисяч долларов в год (на
то время зто били большие деньги). В зтот период
3. Ферми принял активнеє участие в вмработке
закона США об атомной знергии. 1 августа 1946 года
президент США Г. Трумзн подписал Акт об атомной
знергии, котормй до сих пор является ОСНОВНЬІМ
законом об атомной знергии в США [1]. В
организованную согласно зтому закону Комиссию по
атомной знергии США бил включен и 3. Ферми (как
член ее Генерального консультативного комитета на
ерок с 1 января 1947 года по 1 августа 1950 года). Зта
его основная тогда государственная служба и
подготовка к заседаниям комитета (раз в два месяца в
г. Вашингтоне), определяющего стратегию развития
атомной промьішленности, сооружения ускорителей
злементарних частиц, создания нових и
модернизации существующих ядерних вооружений и
развития ядерной знергетики США, отбирали у 3.
Ферми достаточно много времени. Работая
параллельно в Чикагском университете, 3. Ферми
после виполнения своих педагогических дел (он
читал студентам термодинамику, ядерную физику,
физику твердого тела и квантовую механику) в своих
"свободньїх временньїх окнах" вновь мог
использовать ядерние реактори Аргоннской
лаборатории для проведення зкепериментов. В
течение 1947-1948 годов он вместе с физиком Леоной
Маршалл опубликовал серию статей по
зкепериментальному изучению когерентного и
некогерентного рассеяния нейтронов: например,
"Фаза рассеяния нейтронов"', ” Интерференционньїе
явлення при рассеянии медленньїх нейтронов"', "Фаза
рассеяния теплових нейтронов на алюминии и
стронции"; "О взаимодействии между нейтронами и
злектронами" и др. В зтот период 3. Ферми вплотную
занялея физикой злементарних частиц с високими
знергиями. Он исследовал, в основном, свойства
мезонов (неустойчивих положительно или
отрицательно заряженних частиц с массою,
находящеюся между массами злектрона и протона) [1,
10]. Из наиболее известних работ 3. Ферми в зти
10
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
годьі следует отметить разработанную им
статистическую теорию ускорения частий в
космических лучах (1949 год), а также теорию
множественного образования мезонов при соударении
частиц, которьіе обладают очень високими знергиями
(1950 год) [10]. В 1953 году 3. Ферми совместно со
своими коллегами по Чикагскому институту ядерньїх
исследований бьіли проведень! фундаментальнеє
зкспериментальньїе исследования взаимодействия
мезонов и нуклонов, а также по пион - нуклонному
рассеянию [1, 10]. В 1954 году 3. Ферми неожиданно
заболел (обследование установило наличие у него в
желудке злокачественной опухали). До последнего
момента он сохранял невиданную смелость, силу духа
и ясность мисли [1]. Умер 3. Ферми 29 ноября 1954
года и бьіл похоронен в г. Чикаго.
* * *
Знрико Ферми являлся ярким представителем
физики XX столетия, удачно сочетавшим в себе
глубокие теоретические знання с талантом
первоклассного зкспериментатора. Зто бьіл
универсальньїй физик мирового масштаба: он внес
крупний научньїй вклад в развитие теоретической и
зкспериментальной физики, астрономии, ядерной,
технической и нейтронной физики, а также в
становление ядерной знергетики мирного и воєнного
назначения. Хорошо знавший Знрико Ферми, лауреат
Нобелевской премии по физике 1959 года, известньїй
итальянский физик-зкспериментатор З. Сегре,
вспоминая о своем учителе, в конце прошлого века
отметил [1]: "...3. Ферми отдал науке все, что бьіло в
его силах, и с ним от нас ушел последний наш
современник, которьій достиг вьісочайших вершин
как в теории, так и в жсперименте и которому бьіла
подвластна вся физика".
[12] Вигнер Е. Зтюдьі о симметрии,- М.: Мир, 1971.- 199 с.
[13] Большой иллюстрированньїй словарь иностранньїх
слов. - М.: Русские словари, 2004. - 957 с.
[14] Астафуров В.И., Бусев А.И. Строение вещества,- М.:
Просвещение, 1977.- 160 с.
[15] РгівЬ О. №еІ8 Воііг.-ІМєху Уогк, 8. Когепіаі, 1967,- р. 137.
[16] Волкогонов Д.А. Триумф и трагедия І Политический
портрет И.В. Сталина,- М.: Новости (АПН), кн. 2,
1990,- 688 с.
[17] Патент США №2708656. Нейтронний реактор І Ферми
3., Сцилард Л.
[18] Патент США №2768134. Испьітание материалов в
нейтронном реакторе / Ферми 3., Андерсен Г.
[19] Патент США №2780595. Зкспоненциальньїй котел /
Ферми 3.
[20] Патент США №2807727. Зашита нейтронного
реактора/ Ферми 3., Зинн У.
[21] Патент США №2837477. Система цепной реакции /
Ферми 3., Леверетт М.К.
[22] Патент США №2836554. Нейтронний реактор,
охлаждаемий воздухом/ Ферми 3., Сцилард Л.
[23] Патент США №2813070. Метод испьітания
нейтронной системи на цепной реакции/ Ферми 3.,
Леверетт М.К.
[24] Патент США №2807581. Нейтронний реактор/ Ферми
3., Сцилард Л.
[25] Патент США №2852461. Нейтронний реактор/ Ферми
3., Зинн У.
[26] Патент США №2931762. Нейтронний реактор І Ферми 3.
Поступила 29.01.2007
ЛИТЕРАТУРА
[1] Сегре 3. Знрико Ферми - физик / Пер. с англ. под ред.
академика Б.М. Потекорво.- М.: Мир, 1973.- 324 с.
[2] Кухлинг X. Справочник по физике / Пер. с нем. под
ред. Е.М. Лейкина.- М.: Мир, 1982.-520 с.
[3] Регті Е. ТІїе Соїіесіесі Рарегз,- Сйіса§о, уоі.1, 1962.-
414р.
[4] Ферми 3. Научние труди,-М.: т.1, 1971,-415 с.
[5] 8с1іг6(ііп§ег Е. фііапіІ8Іеітіп§ аІ8 Еі^епи'еіТргоЬІет//
Аппаїеп сіег Р1іу8Ік.-1926.-№79.-8.489-527; 1926.-№79,-
8.734-757; 1926.-№80.-8.437-491; 1926,-№81.-8. 109-
140.
[6] Регті Е. ТІїе Соїіесіесі Рарегз. - С1ііса§о, уо1.2, 1965.-
355 р.
[7] Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике.-
М.: Наука, 1990.- 624 с.
[8] Баранов М.И. Зрвин Шредингер и новьіе пути
развития физической науки микромира //
Електротехніка і електромеханіка.-2006.- №4,- С. 5-15.
[9] Кузьмичев В.Е. Закони и формульї физики І Отв. ред.
В.К. Тартаковский,- Киев: Наукова думка, 1989.-864с.
[10] Вьідающиеся физики мира. Рекомендательнмй
указатель.- М.: Типография б-ки им. В.И. Ленина,
1958,-435 с.
[11] Кудрявцев П.С. Курс истории физики.- М.:
Просвещение, 1974,- 312 с.
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
11
Електричні машини та апарати
УДК 621.313.333
ПІДВИЩЕННЯ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОСТІ АСИНХРОННОГО ЕЛЕКТРОПРИВОДУ
В КВАЗІСТАТИЧНИХ РЕЖИМАХ РОБОТИ
Бібік О.В., к.т.н., Попович О.М., к.т.н.
Інститут електродинаміки НАН України
Україна, 03680, Київ, пр-кт Перемоги, 56
тел. (044) 454-25-43
Запропоновано алгоритм визначення резервів покращення експлуатаційних показників при проектування асинхронних
двигунів з урахуванням реального режиму роботи.
Предложен алгоритм определения резервов повьииения зксплуатационних показателей при проектировании асин-
хронних двигателей су четом реального режими роботи.
Асинхронні двигуни (АД) мають достатньо ви-
сокі значення енергетичних коефіцієнтів у номіналь-
них режимах роботи, що досягається оптимальним
проектуванням для даних умов. На практиці режим
роботи АД може істотно відрізнятися від номінально-
го. При цьому енергоефективність значно знижується.
На прикладі навантажень, досліджених у роботі [1],
коефіцієнти корисної дії (ККД) і потужності (а) зни-
жуються відповідно: для періодичного навантаження
(типу поршневого компресора) на 37% і 17.5% у порі-
внянні з номінальними, для пульсуючої - на 21.5% і
12.5%. Резерви підвищення енергоефективності АД
полягають в урахуванні реального режиму експлуата-
ції в процесі оптимального проектування.
Метою даної роботи є підтвердження можливос-
ті підвищення енергоефективності і кількісне визна-
чення резерву підвищення ККД асинхронних двигунів
на конкретному прикладі експлуатації. Алгоритм ви-
значення резервів підвищення експлуатаційних пока-
зників АД припускає:
1.Вибір цільової функції.
2. Еквівалентування заданого змінного наванта-
ження еквівалентним сталим.
3. Пошук оптимальних параметрів АД при ста-
лому режимі роботи з еквівалентним постійним нава-
нтаженням (статичний режим).
4. Пошук оптимальних конструктивних парамет-
рів АД при квазістатичному режимі роботи з заданим
змінним навантаженням, що було еквівалентоване
сталим в п.2, і визначення при цьому максимального
зксплутационного ККД.
5. Дослідження АД з конструктивними парамет-
рами, отриманими по п.З, у заданому квазісталому
режимі роботи і визначення одержуваного при цьому
значення ККД.
6. Визначення резервів підвищення енергоефек-
тивності в зіставленні експлуатаційних ККД, одержу-
ваних по п.4 і п.5.
Визначення оптимальних параметрів АД вико-
нано на базі трифазного асинхронного двигуна
4А80А6УЗ (номінальна потужність Рн = 750 Вт, чис-
ло пар полюсів р = 3, момент інерції ротора двигуна
7р =0,0031 кг-м2) за критерієм максимуму ККД при
пульсуючому навантаженні і живленні симетричною
трифазною напругою в статичному і квазістатичному
режимах.
Як цільову функцію обраний коефіцієнт корис-
ної дії, що розраховується як:
•З л І рн
де Р] = У— (?) • 4 (г)Л + Рст - споживана поту-
і Т" і
жність; Р2 =— |л/(?)-®г (/)«!? - корисна потуж-
Та і
ність; Рст - втрати в сталі; Л7(г), ®г(?) - миттєві зна-
чення електромагнітного моменту і частоти обертання
ротора; Тн - період навантаження; к - число фаз.
У якості еквівалентного змінного навантаження
Мсз прийнятий середній момент А/Сср за період змі-
ни моменту навантаження Гн :
, (+Гн
Мсз=МССр=— (2)
н г
де Л/с(?) - часова залежність моменту опору.
Для виключення впливу сторонніх факторів, роз-
рахунок робочих характеристик АД і здійснення про-
цедури оптимального проектування виконані на одній і
тій же математичній моделі, тим самим методом, як у
статичному так і в квазістатичному режимах [1,2]. Ал-
горитм розрахунку реалізований у системі МаііаЬ-
Бітиііпк. Необхідно помітити, що метод оптимізації
повинний забезпечити ефективний пошук оптимально-
го варіанта в умовах значних витрат машинного часу,
що має місце при дослідженні квазістатичних режимів
роботи (повторюваних перехідних процесів).
Пошук оптимального варіанта АД поділено на
два етапи: одержання аналітичної залежності зміни
ККД у функції параметрів оптимізації й оптимізацію
отриманої залежності. На першому етапі застосова-
ний метод планування експерименту МПЕ [3], в ос-
нові якого лежить побудова регресійної моделі. Вико-
ристано ортогональний центрально-композиційний
план другого порядку (ОЦКП), що забезпечує неза-
лежність визначення коефіцієнтів регресії, достатню
точність моделі і потребуючий порівняно невеликої
12
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
кількості експериментів.
Рівняння регресії в цьому випадку має вид
п 11 п
У =/(х) = Ьо+'^Ьіхі + '^Ьі]хіхі + ^Л;,х2 , (3)
і=1 1,7=1 1=1
де ¥ значення вихідної величини; х,,х^ - значення
змінних параметрів (факторів); п - число факторів;
Ьо, Ь,, Ьу, Ьц - оцінки коефіцієнтів рівняння регре-
сії, що визначаються рішенням системи лінійних рів-
нянь у матричній формі:
У = (4)
де [/г(х)] - транспонована матриця, [б] - матриця
оцінок коефіцієнтів. У результаті математичних ви-
кладень [3], отримане однорідне лінійне рівняння,
рішенням якого є наступне:
[в]-([х4нГ-к]-Н> (5)
де [х] - прямокутна матриця значень, що спостеріга-
лися; У - матриця-стовпець вихідних змінних.
В ортогональному плані ОЦКП до ядра, що
представляє повний факторний експеримент (ПФЕ)
типу 2”, додається центральна точка (х;-=0,
і = 1, 2, ..., її) і по дві "зоряні" точки для кожного
фактора (х(- = ±а, х^ =0, / Ф і). Загальне число до-
слідів у даному плані складає: N = 2п + 2п +1.
Як параметри оптимізацїї для представленого
варіанта розрахунку обрана: довжина пакета стато-
ра/^] ) і число ефективних провідників у пазу статора
5Р\\Х2) середні значення прийняті конструктивні
параметри досліджуваного двигуна. Інтервали варію-
вання змінних обрані на рівні ±10% і представлені в
таблиці 1.
Таблиця 1
/, м •5/2]
Нижній рівень -1 0,702 74
Верхній рівень +1 0,0858 90
Середнє значення 0 0,078 82
Матриця планування експерименту однакова для
статики і квазістатики (табл. 2).
Одержання аналітичної залежності
ї]і = /(/, л’Рі) для статичного режиму проведено за
допомогою ряду розрахунків, використовуючи мате-
матичну модель квазістатики при моменті інерції
у=оо. Визначивши матрицю коефіцієнтів регресії
[в] по формулі (5), вираження залежності функції
мети Ц від параметрів оптимізацїї X] і х2 для випа-
дку статики має вид:
у. = 74.137 + 4.583-х, + 5.608-х2-1.95-х,2-
1 1 2 1 (6)
- 2.395-х2 -3.625-X! -х2.
У таблиці 2 представлені значення функції
обчислені по поліному (6). Точність розрахунків по-
грішності А] визначаємо як відносну різницю між
розрахунковими значеннями, отриманими по матема-
тичній моделі У,, і аналітичної залежності :
А! = Г1 ~Г| -100%. (7)
Матриця планування експерименту, розрахунко-
ві значення У\,У\, погрішності Д[ представлені в
табл. 2. Аналіз результатів показує, що отримана мо-
дель статики забезпечує досить високу точність роз-
рахунків. Максимальна погрішність не перевищує
1.5%.
Для оптимізацїї виразу (6) використана стандар-
тна функція оптимізацїї з обмеженнями їтіпсоп, ви-
користовувана в середовищі МаїїаЬ [4]. У результаті
розрахунків одержуємо максимальне значення ККД,
рівне 77.47, у точці з координатами: X] =0.293;
х2 =0.949, що в реальному масштабі відповідає дов-
жині пакета статора І = 0.0803 м і числу провідників
.ур, = 84.4. Позначимо цей АД (з параметрами:
зр\ = 84 , І = 0.0803 м) як варіант №1.
Проводимо розрахунок квазістатичного режиму з
оптимальними конструктивними параметрами стати-
ки і змінним навантаженням. ККД при цьому склав
56.31%. Цей режим АД відповідає варіанту №2 у таб-
лиці 3.
Для визначення оптимальних конструктивних
параметрів квазістатичного режиму використовуємо
той же підхід, що і для статики. Коефіцієнти регре-
сійної моделі визначаємо по формулі (5), з врахуван-
ням яких поліном має вид:
ті2 = 58,159 +2,668-/ + 0,395-зр, -1,532/2 +
1 ' ' (8)
+ 2,98(5/?] )2 -2,575-/-5/?].
Розрахунок погрішності А2 виконаний відпові-
дно до формули (7). Її максимальне значення не пере-
вищує 7%. Дані розрахунків приведені в таблиці 2. У
результаті оптимізацїї залежності (8) отримане мак-
симальне значення функції мети / = 64,455 в точці
х = 1; -1, що відповідає точці 2 (див. табл. 2) з конс-
труктивними параметрами: 1 = 0.0858 м, хр[ =74.
(варіант №3 табл. 3.). Варіант №4 відповідає дослі-
джуваному (базовому) двигуну.
Таким чином, у результаті визначення залежнос-
ті ККД від довжини пакета статора і числа ефектив-
них провідників у пазу обмотки статора отримані дві
залежності для квазістатики (8) і статики (6). Варто
помітити, що в результаті оптимізацїї функцій для
інтервалу варіювання змінних ±10% максимальний
ККД статики (т)]) відрізняється від ККД квазістатики
(т]2) на 12,3%. Виконане оптимальне проектування в
квазістатичному режимі роботи дало максимум екс-
плуатаційного ККД 64.45%.
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
13
Таблиця 2
№ хі
%0 %2 х3 - Х1 - 0.67 %4 = х2 - 0.67 *5 = Х1 х2 І7! А], % Т2 У2 Аг > %
1 +1 -1 -1 0.33 0.33 + 1 55,38 53,976 -1,08 51,43 53,969 -4,9
2 +1 +1 -1 0.33 0.33 -1 72,0 72,392 -0,54 65,81 64,455 -2,06
3 +1 -1 +1 0.33 0.33 -1 74,75 74,442 0,41 58,52 59,909 -2,37
4 +1 +1 +1 0.33 0.33 + 1 76,87 76,358 0,67 62,6 61,095 2,4
5 +1 -1 0 0.33 -0.67 0 67,89 67,604 0,42 57,89 53,959 6,79
6 +1 +1 0 0.33 -0.67 0 76,65 76,77 -0.16 55,44 59,295 -6,95
7 +1 0 -1 -0.67 0.33 0 67,12 66,134 1,47 61,94 60,744 1,93
8 +1 0 +1 -0.67 0.33 0 76,53 77,35 -1,07 60,43 61,534 -1,83
9 +1 0 0 -0.67 -0.67 0 73,74 74,137 0,22 58,07 58,159 0,15
Таблиця З
Варіант АД Режим АД Параметри оптимізації Параметри режиму
/, м , (-и ) •5Р1 , (*г) 9 кг • м Р2^ Вт Вт ^сср ’ Нм 5, о.е. І.ха ’ {хЬ Це’Л А ОС, о.е. п, о.е.
1 Статика 0.0803 84 СО 364.7 477.3 3.33 0.0342 1.313, 1.313, 1.313 105 0.538 76.41
2 Квазі- статика 0.0803 84 0.0046 231.4 555.7 3.33 0.0322 1.92 1.94 1.905 231.4 0.429 56.31
3 Квазі- статика 0.0858 74 0.0046 325.9 495.8 3.33 0.0250 1.77 1.765 1.769 136.9 0.408 65.73
4 Статика (базовий варіант) 0.078 82 со 338.5 457 3.33 0.0293 1.422 1.422 1.422 211.1 0.42 58.07
ККД для квазістатичного режиму з конструктивними
параметрами, що відповідають оптимальному статич-
ному режиму склало 56.31 %.
Висновки. Оптимальне проектування АД з ура-
хуванням реального навантаження забезпечує можли-
вість підвищення енергоефективності електроприво-
дів. У досліджуваному режимі підвищення експлуа-
таційного ККД склало 8.14%.
ЛІТЕРАТУРА
[1] Бибик Е.В., Попович А.Н., Головань И.В. Исследования
квазистатических режимов асинхронного двигателя при
пульсирующей и периодической загрузках // Технічна
електродинаміка. Тематичний випуск "Силова електро-
ніка та енергоефективність", частина 2, 2006, С. 99 -
102.
[2] Попович А.Н. Математическая модель для расчета ра-
бочих характеристик.с учетом потерь в стали // Технічна
електродинаміка.- 1999. - №4. - С. 46 -52.
[3] Ивоботенко Б.А., Ильинский Н.Ф., Копьілов И.П. Пла-
нирование зксперимента в злектромеханике. - М.: Знер-
гия, 1975. - 18.4 с.
[4] Кетков 10.А., Кетков А.Ю., Шульц М.М. МАТЬАВ 6х.:
программирование численних методов.-СПб.: БХВ -
Петербург, 2004. - 672 с.
Надійшла 18.09.2006
14
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
УДК 621.3
К ПОСТАНОВКЕ ОПТИМИЗАЦИОННОЙ ЗАДАЧИ
ДЛЯ ОДНОВИТКОВОЙ ОБМОТКИ
Бранспиз М.Ю.,
Восточноукраинский национальньїй университет имени Владимира Даля
Украйна, 91034, Луганск, квартал Молодежньїй, 20-а, ВНУ им. В. Даля, кафедра злектротехники
тел. (0642) 63-66-28
Приведено розв’язання двох задач оптимізації для електричної обмотки у вигляді одного витка. Показано, що при фо-
рмулюванні задачі оптимізації електромагнітів необхідно враховувати можливе обмеження на область визначення
початкових даних
Приведено реиіение двух задач оптимизации для злектрической обмотки в виде одного витка. Показано, что при
формулировке задачи оптимизации злектромагнитов необходимо учитьівать возможное ограничение на область
определения исходньїх данньїх
ВВЕДЕНИЕ
При расчете и проектировании различньїх типов
злектрических аппаратов и других злектротехниче-
ских устройств часто имеет место ситуация, когда
удовлетворить каким-либо зксплуатационньїм требо-
ваниям можно для нескольких вариантов набора гео-
метрических и злектрических параметров устройства,
в результате чего перед расчетчиком возникает задача
вьібора наилучшего варианта [1, 2]. В общем случае
формализация зтой задачи как задачи оптимизации
некоторого злектротехнического устройства является
достаточно сложной, поскольку требует установлення
зависимости критерия оптимизации от параметров
устройства для получения функции цели [1-3]. Слож-
ньім в общем случае является и решение соответст-
вующей оптимизационной задачи, что приводит на
практике к стремлению использования накопленного
опьіта в виде определеннвіх баз данньїх, нерацио-
нальность которого отмечается в [2]. Но, если учесть
определенную однотипность злектротехнических
устройств, то некоторьіе особенности решения опти-
мизационньїх задач для них можно установить, рас-
сматривая их обобщенно-упрощенньїе вариантьі. В
частности, для злектромагнитов с осевой симметрией
такой обобщенньїй вариант представляет собой ци-
линдрическую катушку с током и железо магнитной
системьі, которое также может бьіть зквивалентно
представлено некоторьім замкнутьім током. Зто дает
возможность осуществлять анализ особенностей оп-
тимизационньїх задач злектромагнитов с осевой сим-
метрией, используя предварительньїй анализ оптими-
зационной задачи для нескольких катушек с током,
которьіе имеют общую ось симметрии. При атом по-
является возможность введення нових аналитических
соотношений для указанньїх злектромагнитов, снижая
звристический «произвол» при проектировании, что
находится в соответствии с тенденцией повьішения
роли теоретических рекомендаций при проектирова-
нии злектромагнитов [2]. В данной работе приведеньї
результатні анализа оптимизационной задачи для од-
новитковой катушки. Для отих результатов предпола-
гается в дальнейшем их развитие на многовитковьіе
катушки и катушки непосредственно с железом маг-
нитной системні.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
На рис. 1 представлен зскиз одновитковой об-
мотки с током, рассматриваемьій в качестве расчет-
ной системні, которая предназначена для создания в т.
А на некотором расстоянии х0 по оси симметрии от
плоскости витка магнитного поля напряженности Н
Рис. 1. Характерніше геометрические размерьі
одновитковой обмотки
Для зтой расчетной системні имеем следующие
ее параметри:: <7пр - диаметр провода витка; гк - ра-
диус витка по его средней линии; V - напряжение
источника постоянного тока, приложенное к витку; і
- постояннній ток витка; /Д - активнеє злектриче-
ское сопротивление витка.
Очевидно, что численньїе значення зтих пара-
метров не могут бьіть произволнньїми, а должньї бнітн
такими, чтобьі удовлетворитн уравнениям, которніми
описьіваются физические процесові в рассматривае-
мой системе: распределение магнитного поля в про-
странстве вокруг витка; протекание тока по витку,
сопровождаемое процессом нагрева и охлаждения
витка. При зтом из известного описання распределе-
ния магнитного поля в пространстве вокруг витка
можно записати следующее уравнение для напряжен-
ности Н в т. А на некотором расстоянии х0 по оси
симметрии от плоскости витка [4]
Процесе же протекания тока по витку описьіва-
етея уравнением закона Ома
і = СІ /Кк,
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
15
которое, с учетом представлення сопротивления витка
как сопротивления цилиндрического проводника в
виде (здесь р - постоянное удельное сопротивление
материала витка)
„ 2тг • п. „ гі.
/6. = Р' т---- \ = 8р' ~>
* н ( .7 А Я2
“пр
^пр
4
может бьіть записано в виде
г=1/-г/2р/(4р-^).
(2)
(3)
Что же касается процесса нагрева и охлаждения
витка, то считаем, что зтот процесе происходит в ус-
ловии установившегося теплового равновесия, когда
количество вьіделившегося джоулева тепла, характе-
7
ризуемое МОЩНОСТЬЮ тепловьіделения Рі =і Р/(
2
(или = 17 І \ равняетея количеству тепла, отво-
димому с поверхности витка при охлаждении (харак-
теризуетея мощностью теплоотдачи Р§). То єсть,
принимаем, что в рассматриваемом случае имеет ме-
сто тепловое равновесие, описьіваемое равенством
соответствующих мощностей
Рі=Р&- (4)
Принимаем также, что мощность теплоотдачи с
поверхности витка Р$ может бьіть определена [5] как
произведение 7 - удельная мощность теплоотдачи с
единицьі поверхности охлаждения, на площадь по-
верхности провода витка - поверхность охлаждения
(равна 2л <7пр гк). Зто позволяет, с учетом (2), пере-
писать после несложньїх преобразований уравнение
теплового равновесия (4) к следующему виду
і2-4р = <?-л2-^р . (5)
Таким образом, согласно тому, что изложено
вьіше, имеем пять параметров рассматриваемой сис-
теми - одновитковая обмотка (<7пр , гк, V , і, Рк\
которие связанм между собой четьірьмя уравнениями
(1)-(3) и (5). Зто означает, что, если какой-либо один
параметр из указанньїх будет задан, то остальньїе че-
тьіре параметри могут бить определеньї из решения
уравнений (1)-(3) и (5). Зти уравнения представляю-
щих в таком случае систему уравнений, имеющую
однозначное решение (расстояние %0 и напряжен-
ность Н должни бить при зтом заданьї).
Такая возможность произвольного задания зна-
чення какого-либо параметра и порождает ситуацию
наличия некоторого множества возможних вариантов
рассматриваемой системи, позволяющих создать на
заданном расстоянии заданное значение напряженно-
сти. Указанной вариантности как раз можно избежать,
если наложить на параметри рассматриваемой систе-
ми дополнительное условие - получение зкетремума
определенного критерия оптимизации. В зтом случае
запись критерия через параметри системи позволяет
получить еще одно уравнение для параметров систе-
ми, которое и дает однозначний вариант окончатель-
ного набора значений параметров.
В частности, возможни следующие оптимизаци-
онньїе задачи: минимизация потребляемой знергии;
минимизация веса материала витка. Их анализ и бил
задачей, решение которой приведено ниже.
СИСТЕМА УРАВНЕНИЙ СВЯЗИ
Учтем, ЧТО сопротивление Р]. однозначно опре-
деляетея по (2) через параметри <7пр и гк . Также уч-
тем, что ток і при заданном напряжений У тоже
однозначно определяетея отими параметрами (б/пр и
Гк). Тогда, опустив уравнение (2) и подставив (3) в (1)
и (5), количество уравнений (1)-(3) и (5), которьіми
параметри рассматриваемой системьі связаньї между
собой, можно уменьшить до двух, уменьшив до трех и
число рассматриваемнх параметров. А именно, если
рассматривать только параметри <7пр , сІк піі , то для
них можно записать в результате несложньїх преобра-
зований уравнений (1) и (5), после подстановки в них
і из (3), следующую систему уравнений
_ 1 V гк '^пр
“їб”р\ 2,
ЙО + 'к / ; (6)
п2 ,-2
--= 16- -ті2
Р ^пр
которая является системой уравнений связи между
параметрами при решении указанньїх оптимизацион-
них задач.
(7)
ЗАДАЧА МИНИМИЗАЦИИ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ
ЗЛЕКТРОЗНЕРГИИ
Формулировка задачи: требуетея определить
численньїе значення параметров У , <7пр и одно-
витковой обмотки, которие позволяют создать на за-
данном расстоянии по оси симметрии от плоско-
сте витка магнитное поле напряженности Н при ми-
нимуме потребляемой злектрознергии.
Поскольку потребляемая злектрознергия опреде-
ляетея произведением Р = 11 -і, то, учитивая соотно-
шение (3), функцию цели для сформулированной за-
дачи оптимизации можно представить как
Р - 2 ^ПР
8р гК
Параметри V , сІпр и г* , позволяющие получить
минимум отой функции с учетом связи отих парамет-
ров, задаваемой системой уравнений (6), и будут ре-
шением сформулированной оптимизационной задачи.
Паличне двух уравнений связи (ограничений)
между тремя параметрами, входящими в функцию
цели (7) означает, что зта функция цели может бить
представлена как функция одного параметра (в прин-
ципе, любого из трех параметров II , р/пр или г^).
Такая возможность представлення функции цели как
функции одного параметра позволяет относительно
легко определить ее зкетремум и решить тем самим
задачу оптимизации.
16
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
С зтой целью, виразив из второго уравнения в
системе (6) напряжение 7/
У = 4 Пуїр-д 2—, (§)
д/^Пр
и, подставив полученное в первое уравнение зтой
системи, решим его относительно параметра <7Іір , что
дает соотношение
В результате, подставив (8) в функцию цели (7),
а затем, подставив в полученное (9), несложно полу-
пить для функции цели ее представление в виде
функции одной переменной (а именно - гк)
2.2
(10)
При зтом, учитивая, что в полученном вираже-
ний (10) для функции цели сомножитель в квадрат-
них скобках является постоянним для решаемой за-
дачи, поиск минимума должен осуществляться для
функции
2.2
/іОі)^
/3
(11)
Используя стандартний прием (взятие производ-
ной по гк, приравнивание ее нулю и решение полу-
денного уравнения относительно гк ) несложно полу-
пить, что функция (11) имеет единственний зкстре-
мум при
гк=х0/,І5, (12)
и зтот зкстремум является минимумом.
Таким образом, приведенное решение задами на
минимизацию потребления злектрознергии одновит-
ковой обмоткой, создающей заданное знаменне на-
пряженности магнитного поля на заданном расстоя-
нии, позволяет записать, после подстановки (12) в (9),
а полуменного результата - в (8), следующие соотно-
шения для зтой оптимизационной задами
= 0.447-л-0,
2/ 1/ _ 1/ 2/
< г/пр = 12.057 Н /3 р/з-9 /з-л-^3,
_ 1/ 1/ 2/ 2/
і) =0.7234-77 /3-р/3-7/3-х^3.
(13)
ЗАДАЧА МИНИМИЗАЦИИ МАССЬІ
МАТЕРИАЛА ВИТКА
Формулировка задачи: требуется определить
численньїе значення параметров У , <7пр и гк одно-
витковой обмотки, которне позволяют создать на за-
данном расстоянии л’о по оси симметрии от плоско-
сте витка магнитное поле напряженности Н при ми-
нимальной массе витка.
Если обозначить плотность материала витка у ,
то масса витка может бьіть определена как произве-
дение у на обьем витка, которьій, очевидно, равен
0-25 п • сі^ • 2л гк = 0.5 • л2 г/п2р гк ,
что позволяет записать для сформулированной задачи
оптимизации функцию цели в виде (здесь М - масса
материала витка)
М = у 0.5 • л2 • <72р гк . (14)
Как и для предьідущей оптимизационной задачи,
зту функцию цели можно представить как функцию
одной переменной (а именно - гк), для чего следует
подставить (9) в(14), что дает
Тогда, учитьівая, что в (15) сомножитель в квад-
ратних скобках является постоянньїм для решаемой
задачи, полупаєм, что поиск минимума в данном слу-
чае должен осуществляться для функции
<іб>
гк 3
Далее, используя опять стандартний прием по-
иска зкстремума функции одной переменной, не-
сложно полупить, что функция (16) имеет единствен-
[5~
НЬІИ зкстремум при гк = 4-у-Л'о ,и зтот зкстремум яв-
ляется тоже минимумом. Подстановка найденного
значення оптимального радиуса гк в (9), а полученно-
го результата - в (8), позволяет записать для задачи на
минимизацию массм одновитковой обмоткой, соз-
дающей заданное значение напряженности магнитно-
го поля на заданном расстоянии, следующие соотно-
шения
гк —О.843’Х0,
2/ 1/ _ 1/ 2/
• <7пр = 2.521 Н '3 • р'3 • <7 '3 Хд 3 ,
_ 1/ 1/ 2/ 2/
У = 6.685-Н '3 -р'3 -д'3 -Хд3.
(17)
АНАЛИЗ РЕШЕНИЙ
ОПТИМИЗАЦИОННЬІХ ЗАДАЧ
Следующий ниже анализ касается ограничения
на область существования полученньїх решений оп-
тимизационньїх задач для начальних условий зтих
задач (расстояние и напряженность Н ).
Зти ограничения связаньї с тем, что для рассмат-
риваемой системи имеет место ограничение на гео-
метрические параметри б/пр и гк, связанное с гео-
метрией витка, согласно которой всегда должно вьі-
полняться неравенство
2-гк >б/пр. (18)
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
17
Зтому неравенству, очевидно, должньї удовле-
творять и полученньїе решения (13) и (17) рассмот-
ренньїх вьіше оптимизационньїх задач.
Так, для задачи минимизации потребляемой вит-
ком злектрознергии подстановка в (18) соотношений
из (13), после несложньїх преобразований, дает сле-
дующее неравенство
5-16-33 р 2
*0 >----7------Н ’
п2 0
(19)
или
#<0.0676- х0 — .
V Р
То єсть решение указанной оптимизационной за-
дачи является возможньїм, если ее исходньїе данньїе
(расстояние и напряженность Н ) удовлетворяют
неравенствам (19), которое и определяет область су-
ществования полученньїх решений зтой задачи. А
именно: если задана напряженность поля Н , то пер-
вое неравенство (19) определяет допустимьіе значе-
ння расстояния хц ; если же задано расстояние , то
второе неравенство (19) определяет допустимьіе зна-
чення напряженности поля Н .
Аналогично, для задачи минимизации массьі ма-
териала витка подстановка в (18) радиуса гк и диа-
метра <УПр из (17), после несложньїх преобразований,
дает неравенство
32.715 р 2
л0 > ——- Н ,
я2 <7
(20)
или
Н <0.549- л-0 - .
N Р
Причем, как и в предьідущем случае, неравенст-
ва (20) определяют область существования получен-
ньїх решений соответствующей задачи для ее началь-
них условий (расстояние х$ и напряженность Н ).
Согласно (19) и (20) допустимьій диапазон об-
ласте существования решений соответствующих оп-
тимизационньїх задач определяется физическими ус-
ловиями процесса протекания злектрического тока
(характеризуется удельньїм сопротивлением р) и
процесса отвода тепла от витка (характеризуется
удельной мощностью теплоотдачи <7). В частности,
чем меньше удельное сопротивление р и больше
удельная мощность , тем больше допустимий диа-
пазон области существования решений рассмотрен-
ньіх оптимизационньїх задач. Практически зто озна-
чаєм что известная тенденция повисить теплоотдачу
с поверхности злектротехнических устройств позво-
ляет не только повисить знергетические показатели
зтих устройств, но и дает возможность оптимизации
зтих показателей за счет расширения диапазона суще-
ствования решений соответствующих оптимизацион-
ньїх задач.
В заключение заметим, что в связи с ограниче-
нием для напряженности магнитного поля как исход-
ного параметрьі рассмотренних оптимизационньїх
задач, возникает вопрос о возможности создания од-
новитковой обмоткой максимума напряженности на
некотором расстоянии от витка, имеющего опреде-
ленние размери. Так, например, если задани диаметр
с/пр и радиус гк, то максимум напряженности будет
соответствовать максимально возможному напряже-
нию V , при котором вьшолняется еще условие теп-
лового равновесия. Анализ таких и других задач, по-
зволяющий расширить понимание оптимизационньїх
задач для злектромагнитньїх систем, можно рассмат-
ривать, наряду с рассмотрением многовитковьіх об-
моток, как следующий зтап развития исследований,
результатні которьіх приведенні в данной работе.
ВЬІВОДЬІ
1. Злектромагнитная система в виде одновитко-
вой обмотки является такой системой, задание чис-
ленного значення одного из параметров которой од-
нозначно определяет остальньїе параметри, посколь-
ку число параметров на одно больше числа уравне-
ний, связьівающих зти параметри между собой.
2. Оптимизационньїе задачи для злектромагнит-
ной системи в виде одновитковой обмотки сводятся к
задачам на зкстремум функции одной переменной.
3. Оптимизационньїе задачи для злектромагнит-
ной системи в виде одновитковой обмотки имеют
ограничения на исходньїе данньїе, определяемьіе про-
водимостью материала витка и его способностью к
теплоотдаче.
4. Интенсификация теплоотдачи злектромагнит-
ньїх систем дает возможность оптимизации их знер-
гетических показателей за счет расширения диапазона
существования решений соответствующих оптимиза-
ционньїх задач.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Клименко Б.В. Форсированньїе злектромагнитньїе сис-
теми.-М.: Знергоатомиздат, 1989. - 160 с.
[2] Макарьічев 10.М., Рьіжов С.Ю., ЖидареваТ.П. Проекти-
рование злектромагнитов: зтапи, методи, модели //
Злектричество. - 1994,-№2.-С. 46-51.
[3] Любчик М.А. Оптимальнеє проектирование силових
злектромагнитньїх механизмов.- М.: Знергия, 1974. -
392 с.
[4] Ахиезер А.И. Общая физика. Злектрические и магнит-
нме явлення. Справочное пособие. - Киев: Наук, думка,
1982.-472 с.
[5] Теория злектрических аппаратов / Г.Н. Александров,
В.В. Борисов, В.Л. Иванов и др.; Под ред. проф. Г.Н.
Александрова. - М.: Вмсш. шк., 1985. -312 с.
Поступила 30.08.2006
18
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. АІ'З
УДК 621.313.32
ДОСЛІДЖЕННЯ МЕТОДАМИ ТЕОРІЇ ПОЛЯ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННИХ
ДВИГУНІВ ПРИ НЕСИМЕТРІЇ ПАРАМЕТРІВ РОТОРА
Васьковський Ю.М., докт. техн. наук, Гайденко Ю.А., Нацик О.В.,
Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут"
Україна, 03056, Київ, пр-т Перемоги, 37, корп. 20, кафедра електромеханіки
тел. (044) 454-95-18, е-таіі: пІиикаГет@иа.іт
Виконано моделювання та дослідження методами теорії поля механічних та робочих характеристик асинхронного
електродвигуна в несиметричному режимі роботи при обриві стрижнів ротора. Досліджено особливості розподілу
електромагнітного поля в активній зоні двигуна при наявності ушкоджених стрижнів ротора.
Вьіполнено моделирование и исследование методами теории поля механических и рабочих характеристик асинхрон-
ного злектродвигателя в несимметричном режиме работм при обриве стержней ротора. Исследованьї особенности
распределения злектромагнитного поля в активной зоне двигателя при наличии поврежденньїх стержней ротора.
ВСТУП
Незважаючи на те, що дослідження несиметрич-
них режимів роботи електричних машин (ЕМ) триває
практично від початку їх створення і по цій проблемі
опубліковано багато наукових праць, точність розра-
хунків параметрів і характеристик ЕМ в несиметрич-
них режимах роботи в багатьох важливих випадках
залишається незадовільною. Відомо, що несиметричні
режими виникають внаслідок відхилення умов роботи
машин від нормальних, скажімо через несправності в
конструкції чи аварії в електромережі. В окремих ви-
падках несиметричні режими використовуються спе-
ціально - для отримання характеристик ЕМ з особли-
вими властивостями.
Основними методами математичного аналізу, що
і досі використовуються для розрахунку характерис-
тик ЕМ в несиметричних режимах роботи, є методи,
що ґрунтуються на лінійній теорії ЕМ. Лінійна теорія
базується, як відомо, на припущенні, що електромаг-
нітні зв’язки між обмотками ЕМ є лінійними, тобто
магнітні потокозчеплення обмоток лінійно (пропор-
ційно) залежать від їх струмів. Прийняття такого при-
пущення дозволяє при аналізі машин широко викори-
стовувати принцип суперпозиції. Тому основним ме-
тодом дослідження несиметричних режимів роботи
ЕМ і досі залишається метод симетричних складових,
що також ґрунтується на принципі суперпозиції. Про-
те експериментальні випробування і досвід експлуа-
тації показують, що відхилення характеристик елект-
ричних машин в несиметричних режимах роботи від
розрахованих за методом симетричних складових є
надзвичайно значними (для деяких випадків відхи-
лення по струму або електромагнітному моменту мо-
же сягати кількох разів). Таким чином, існуючі мето-
ди розрахунку характеристик ЕМ в несиметричних
режимах роботи не задовольняють сучасні вимоги до
достовірності результатів математичного моделюван-
ня характеристик ЕМ, що особливо важливо на етапі
їх проектування.
Альтернативним підходом до розрахунку ЕМ в
несиметричних режимах є безпосередній розрахунок
характеристик машин за результатами аналізу їх елек-
тромагнітного поля. Польовий підхід дозволяє не
тільки врахувати складну геометрію активної зони
машини, розподіл струмів по пазах статора і ротора,
але й строго врахувати нелінійність властивостей ма-
теріалів і тому взагалі не потребує використання
принципу суперпозиції.
В попередніх роботах авторів польовий метод
аналізу був використаний для розрахунку характерис-
тик тягових асинхронних двигунів, що працюють в
умовах несиметрії напруги живлення обмотки стато-
ра. Було доведено, що при цьому виді несиметрично-
го режиму роботи польовий метод аналізу дозволяє
отримати більш точні і достовірні результати моде-
лювання.
Метою запропонованої статті є розробка методів
та алгоритмів польового аналізу для дослідження ін-
шого виду несиметричних режимів роботи коротко-
замкнених асинхронних двигунів (АД), що викликані
несиметрією конструкції обмотки ротора. В статті та-
кож зроблена порівняльна оцінка розрахункових ре-
зультатів, отриманих польовим методом і методом
симетричних складових.
На практиці, при експлуатації асинхронних дви-
гунів досить часто трапляються випадки виходу із ла-
ду або порушення нормальної роботи двигунів через
обриви стрижнів короткозамкненої обмотки ротора.
Найчастіше це трапляється з двигунами, що працю-
ють на електротранспорті [3] та в інших складних
умовах експлуатації. Обриви стрижнів викликає не-
симетрію розподілу струмів в стрижнях ротора, що
призводить до перегріву двигуна, появи паразитних
моментів, погіршення віброакустичних показників
тощо. Це призводить до перебоїв в роботі обладнання
електровозів, виробничих ліній та різноманітного
устаткування. Тому правильний і точний розрахунок
характеристик АД при наявності несиметрії ротора є
надзвичайно важливим як на етапі проектування, так і
для подальшої експлуатації електродвигунів.
За об’єкт дослідження було обрано серійний АД
з короткозамкненим ротором 4А180М4УЗ потужніс-
тю 25 кВт, фазною напругою 220 В, синхронною час-
тотою обертання 1500 об/хв. Двигун має 48 пазів на
статорі і 38 на роторі.
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
19
МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ТА АЛГОРИТМ
РОЗРАХУНКУ
Математична модель та методика розрахунку ха-
рактеристик АД докладно викладена в роботах [1,2,
4].(Зупинимось на особливостях польових розрахун-
ків характеристик АД при обриві стрижнів коротко-
замкненої обмотки ротора. Як відомо, після форму-
вання конфігурації розрахункової області у відповід-
них підобластях (пазах статора) задається густина
струму (джерело поля) та фізичні властивості матері-
алів в усіх підобластях, з яких складається розрахун-
кова область. Розглянемо, яким чином можливо вра-
хувати наявність обірваних стрижнів ротора. Нехай
два стрижня ротора АД типу 4А180М4УЗ під номе-
рами 3 і 4 обірвані. Задамо в цілих стрижнях (36 пазів
ротора з усіх 38) електропровідність матеріалу, що
дорівноє електропровідності алюмінію с> = стл/, а в
останніх 2-ох (№3 і №4), що залишилися, задамо
о = 0. Далі за алгоритмом, створюємо сітку скінчен-
них елементів і проводимо розрахунок поля. Голо-
вною відмінністю розрахунку поля при несиметрії ро-
тора є необхідність вести розрахунок по всіх трьох
фазах статора. Це пов’язано з тим, що при обриві
стрижнів обмотки ротора у повітряному проміжку
машини виникає еліптичне магнітне поле, яке призво-
дить до несиметрії ЕРС фаз обмотки статора. У таких
випадках дещо збільшується процесорний час, потрі-
бний для розрахунку та аналізу характеристик двигу-
на. Після розрахунку поля знаходяться характеристи-
ки АД за методикою, яка описана в [1, 2, 4].
Сітка скінченних елементів (рис. 1) нараховує
117700 елементів і відповідно 59063 вузла, причому
щільність елементів в пазах ротора значно більше ніж
в інших областях АД через необхідність точнішого
врахування ефекту витіснення струму.
а)
0.1 ОСО -008 -007 -008 -005 0 02 Л’О? -0.02 ОО' 0 0 31 002 003 004 00; 2С6
б)
Рис. 2. Розподіл векторного магнітного потенціалу АД в
номінальному режимі
Рис. 1. Сітка скінченних елементів 4А180М4УЗ
На рис. З приведені картини розподілу магнітної
індукції для номінального режиму в зубцово-пазовій
зоні двигуна, причому рисунок а) відповідає симетри-
чному режиму, а б) - несиметричному.
Мах: 2.30
РЕЗУЛЬТАТИ ЧИСЕЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ
Згідно з розробленою методикою знаходимо
розподіл векторного магнітного потенціалу. Для порі-
вняння наведемо розподіл ізоліній векторного магніт-
ного потенціалу АД в номінальному режимі при си-
метричному роторі (рис. 2а) та при обриві двох стри-
жнів (рис. 26). Як видно з рисунків, при обриві стри-
жнів значно підвищується щільність силових ліній в
зубцях, розташованих біля ушкодженої ділянки. Це
спричиняє значне підвищення магнітної індукції в зу-
бцях і зниження С08ф .
а)
Мах: 2.30
-0.06 -0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06
б)
Рис. 3. Розподіл магнітної індукції АД в номінальному
режимі
20
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
Аналізуючи розподіли векторного магнітного
потенціалу (рис. 2) і магнітної індукції (рис. 3) можна
чітко відзначити суттєву деформацію магнітного поля
в порівнянні з симетричним режимом. Зокрема в ра-
йоні пазів ротора 2, 3, 4 спостерігається значне ущі-
льнення силових ліній векторного магнітного потен-
ціалу і, отже, істотного (більше ніж на 15%) збіль-
шення магнітної індукції. Разом з тим в зубці між па-
зами 1 і 3 індукція зменшилася на 60%. На рисунку
також можна побачити значне деформування магніт-
ного поля і в магнітопроводі статора, що у свою чергу
викликає нерівномірність розподілу потокозчеплень і
ЕРС фаз статора.
Обрив двох стрижнів обмотки ротора і пов’язане
з цим деформування магнітного поля викликає нерів-
номірність розподілу густини струму в стрижнях об-
мотки ротора машини. На рис. 4а зображено розподіл
струмів при симетричному режимі АД, на рис. 46 -
при обриві двох стрижнів ротора. Так густина струму
в 3-му пазу ротора зростає на 35%, в 4-му - на 20%,
що викликає значне (25 - 70%) збільшення, пропор-
ційних квадрату струму електричних втрат у вказаних
стрижнях. Крім того, пошкодження стрижнів ротора
викликає пульсацію і несиметрію струмів в обмотці
статора. Так у фазі статора, яка у даний момент часу
знаходиться навпроти пошкодженої ділянки струм
зменшується приблизно на 20% в порівнянні з інши-
ми фазами.
-0.08 -0.07 -0.06 -0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08
Рис. 5. Розподіл векторного магнітного потенціалу АД при
пуску
0.07 -0.06 -0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07
а)
-0.07-0.06-0.05-0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07
б)
Рис. 4. Розподіл густини струмів в пазах статора і ротора
АД в номінальному режимі
На рис. 5а і 56 показано розподіл векторного ма-
гнітного потенціалу при пуску - при ковзанні 5=1.
На рис. б приведені механічні характеристики
досліджуваного АД, який працює в несиметричному
режимі в умовах відсутності двох стрижнів ротора
(пунктирна лінія) і, для порівняння, механічні харак-
теристики при симетричному режимі (суцільна лінія).
З графіків видно, що при обриві стрижнів при тій
же потужності Р2 зростають струми в обмотках ма-
шини, зокрема в обмотці статора струм /1. До того ж
амплітуди струмів в окремих фазах пульсують на
20-30%. Це приводить до таких небажаних ефек-
тів, як пульсації моменту і "гойдання" ротора.
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Рис. 6. Механічні характеристики АД
Ці чинники обумовлюють збільшення втрат і
зниження ККД. Причому електричні втрати зростають
в результаті збільшення струму, а втрати в сталі - через
додаткових пульсацій магнітного потоку і значного
зростання індукції в окремих частинах машини. Що
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
21
стосується СО8(р , то він також знижується в результаті
зростання реактивної потужності і втрат в сталі.
Польовий аналіз дозволяє також розрахувати
електричні втрати в стрижнях ротора. В табл. 1 при-
ведено збільшення електричні втрат в стрижнях №1 і
№2 та загалом в обмотці ротора відносно показників
симетричного режиму.
Таблиця 1
Рст 1, в.о. Рст 2, в.о. Рел2
Р (несим. при Р2=25 кВт) 1,65 1,25 1,10
Рп (несим.при пуску) 2,59 2,54 0,95
З таблиці 1 видно, що втрати в стрижнях, які
знаходяться в безпосередній близькості від ушкодже-
ної ділянки, зростають приблизно в 1,3-2,5 рази, при-
чому більше значення відповідає режиму пуску дви-
гуна, а менше - номінальному режиму роботи. Разом
з тим, нагрів в цих стрижнях збільшується на
150-160%. Тому, для збереження подальшої працезда-
тності машини необхідно уникати частих пусків, осо-
бливо під навантаженням. Використання ж ушкодже-
ного АД в реверсивному режимі взагалі неприпусти-
мо, оскільки, навіть при реверсі без навантаження
втрати і нагрів ротора значно перевищуватимуть до-
пустимі і до того ж, при реверсі, час знаходження ма-
шини в перехідному режимі значно збільшується.
Як видно з рис.6 механічні характеристики АД
при несиметрії ротора мають незначний провал при
ковзанні ^=0,5, що цілком відповідає теоретичним
уявам щодо особливостей вигляду механічних харак-
теристик АД в несиметричних режимах роботи при
несиметричній конструкції ротора. Незначна величи-
на провалу у даному випадку пов’язана з тим, що два
зруйнованих стрижня складають незначну частку від
загальної кількості стрижнів ротора (38). При збіль-
шенні їх кількості провал механічної характеристики
також збільшується.
Польовий аналіз є універсальним та дозволяє
розрахувати характеристики АД і у випадках більш
складної та комбінованої руйнації обмотки ротора,
наприклад при обриві кількох стрижнів, що лежать в
різних місцях клітки ротора.
ВИСНОВКИ
1. Традиційний метод аналізу несиметричних ре-
жимів роботи АД, що базується на використанні
принципу суперпозиції, не забезпечує необхідної точ-
ності розрахунків характеристик АД, особливо при
аналізі несиметричних режимів, пов’язаних з несиме-
тричністю конструкції короткозамкненої обмотки ро-
тора. На противагу методу симетричних складових
польовий метод аналізу забезпечує високу достовір-
ність результатів, оскільки дозволяє строго врахувати
не тільки складну конфігурацію активної зони АД,
але й нелінійність фізичних характеристик конструк-
тивних матеріалів.
2. Наслідком обриву стрижнів є значна деформа-
ція магнітного поля, що призводить до надмірного на-
сичення окремих ділянок магнітопроводу, спотворен-
ня кривої ЕРС, а також до зниження созср і ККД.
3. В стрижнях, що знаходяться поруч з ушкодже-
ними значно збільшуються електричні втрати та на-
грів. Це призводить до подальшої лавиноподібної
руйнації стрижнів ротора, що межують з ушкодженою
ділянкою, до повної зупинки ротора. Крім того, при
поступовому виходу з ладу стрижнів збільшується і
ступінь несиметрії, що призводить до додаткового на-
вантаження на обмотку статора. Таким чином недоці-
льно використовувати АД з обірваними стрижнями,
навіть якщо їх кількість незначна.
ЛІТЕРАТУРА
[1] Васьковский 10.Н., Гайденко Ю.А., Цьівинский С.С.
Определение интегральньїх характеристик злектричес-
ких машин методами теории злектромагнитного поля //
"Електротехніка і електромеханіка", №1, 2006, С. 28 -
32.
[2] Васьковський Ю.М. Математичне моделювання елект-
ромеханічних перетворювачів енергії: - Київ, НТУУ
"КПІ", 2003.- 164 с.
[3] Захарченко Д.Д., Ротанов Н.А., Горчаков Е.В. Тяговьіе
злектрические машиньї и трансформаторьі. - М.: Транс-
порт, 1979. - 303 с.
[4] Папазов ІО.Н., Чувашев В.А., Васьковский Ю.Н., Гай-
денко ІО.А. Анализ механических характеристик корот-
козамкнутьіх асинхронних злектродвигателей методами
теории злектромагнитного поля // "Електротехніка і
електромеханіка", №1, 2005, С. 45 -47.
Надійшла 07.09.2006
22
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
УДК 621.316.3.014.22
ДИАГНОСТИКА ТЕКУЩЕЙ РАБОТОСОПОСОБНОСТИ
ЗЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ КОММУТАЦИОННЬІХ АППАРАТОВ
Жаворонков М.А, к.т.н., доц., Ткаченко С.А.,
Московский знергетический институт (Технический университет)
Россия, 111250, Москва, Красноказарменная улица, д. 14, МЗИ (ТУ), каф. "Злектрические и злектронньїе аппаратьі"
тел. +7 (495) 362-78-35, е-таіі: Ікас1іеп_8\у@таі1.ги
Дана стаття присвячена дослідженню і аналізу результатів. Робота проводиться на кафедрі "Електричні і Елект-
ронні апарати" Московського Енергетичного інституту (Технічногоуніверситету).
Динная статья посвящена исследованию и анализу результатов. Работи проводишся на кафедре "Злектрические и
Злектронньїе аппаратьі" Московского Знергетического института (Технического университета).
В настоящее время уровень износа основних
фондов злектрознергетики России достиг 50% и в
ближайшие 10 лет достигнет 70%. Анализ старения
злектротехнического оборудования показьівает, что
степень износа основних фондов, например в Феде-
ральной сетевой компании (ФСК), в среднем состав-
ляет 48,5%. Наибольший износ имеет оборудование
подстанций, на котормх отработали свой норматив-
ний срок 27% силових вьіключателей напряжением
330-750 кВ.
В тоже время перед человечеством в мире все
более остро стоит проблема зффективного пользова-
ния природних ресурсов. И все зто происходит на
фоне усиливающейся конкуренции и поглощением
всех производителей на постсоветском пространстве в
рьіночнме отношения.
Все зто подталкивает современньїе знергосисте-
мьі максимально использовать коммутационную тех-
нику на местах.
В то же время диагностика текущей работоспособ-
ности коммутационного аппарата, на сегодняшний день
сводиться к периодической проверке свойств изоляции,
переходного сопротивления силовой цепи, смазки всех
трущихся узлов, замер хода подвижньїх частей и пра-
вильносте функционирования, при зтом сроки проведе-
ння проверок регламентирует производитель без учета
особенности зксплуатации оборудования.
Если обратиться к реальним случаям зксплуата-
ции оборудования, то можно отметить, что иногда
реальний срок зксплуатации может измеряться десят-
ком или единицами циклов "включение-отключение"
(ВО), например, при работе вьіключателя в режиме
короткого замикання на дугових печах, при регла-
ментируемих нескольких десятках. Уровень отклю-
чаемого тока кажднй раз будет разньїй, а значит и
условия отключения, а, следовательно и износ для
всех частей аппарата разньїе. При зтом, технику не
возможно после каждого цикла ВО подвергать диаг-
ностике из-за сложности технологического процесса и
его дороговизньї.
В конструкциях советских разработок зти вопро-
сн решались достаточно просто. Так как все оборудо-
вание, которое находилось в зксплуатации, имело
воздушную или масляную среду гашення дуги, то к
каждому узлу имелся простой способ доступа. Дру-
гими словами можно било без ущерба для дальней-
шего использования зтой техники разобрать ее и ре-
ально оценить состояние конкретной части аппарата:
контактной системи, приводного механизма и других
узлов аппарата в отдельно взятих условиях работи.
С внедрением новой техники (вакуумной и зле-
газовой), обслуживающий персонал, с большим опи-
том зксплуатации старого оборудования, может стал-
кивается с проблемой доступа к контактам (ВДК и
злегазовьіе камери /далее ЗГК/) или не возможностью
разбора конструкции привода и т.д. (в случаях, когда
техника не обслуживаемая).
На оснований зтого новим направлением в раз-
витии системи технического обслуживания и ремонта
является разработка подходов, основанннх на инди-
видуальном наблюдении за реальними изменениями
технического состояния оборудования в процессе
зксплуатации.
Рис. 1
В большинстве случаев измерение физических
характеристик и величин не дают комплексной, каче-
ственной и количественной оценки технического со-
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
23
стояння злектрооборудования или отдельной его сбо-
рочной единицьі (рис. 1), а фиксируют лишь отдель-
ньіе дефекти или их признаки. При зтом, как правило,
по результатам диагностирования сложно определить
конкретную причину дефекта. Позтому видится важ-
ной задачей создание комплексного метода определе-
ния технического состояния, способного обьединить
разностороннюю диагностическую информацию, и на
зтой базе дать количественную оценку технического
состояния злектрооборудования.
Действительно, при нахождении коммутацион-
ного аппарата во включенном состоянии, когда он
находится под напряжением, процесе отработки ре-
сурса происходит менее интенсивно, чем при вьшол-
нении операции отключения тока нагрузки или тока
короткого замикання. Во время вьіполнения операции
отключения нагрузки (размьїкания цепи) переходное
сопротивление контактов високовольтного коммута-
ционного аппарата постепенно увеличиваетея, начи-
нает гореть дуга, которая приводит к сильному нагре-
ву контактной системи и дугогасительной камери.
Процесе сопровождается зрозией контактньїх поверх-
ностей, вьібросу расплавленного металла с поверхно-
сти контактов, а также разрушением материала изо-
ляции ВДК или ЗГК тепловими потоками. Кроме то-
го, в процессе вьіполнения коммутационной операции
происходит износ привода вьіключателя. Отметим,
что погодньїе условия зкеплуатации вьіключателей в
северньїх районах являютея наиболее тяжельїми, по-
зтому в статическом состоянии вьіключатели подвер-
гаютея большему износу, чем в центральних районах.
Однако даже там техническое состояние вьіключате-
лей присоединений хуже, чем состояние ШСВ и ОВ в
связи с тем, что количество коммутаций, совершенное
ими за межремонтньїй период, отличаетея более чем в
2 раза. Необходимо отметить, что количество комму-
таций токов в функции величини отключаемого тока
является основним фактором отработки ресурса вьі-
ключателя, что подтверждает необходимость приме-
нения в качестве единиц измерения наработки коли-
чество коммутаций для конкретних условий приме-
нения (/н - поминального тока, /о.н. - поминального
тока отключения, 17», - поминального напряжения).
Контроль работоспособности аппарата, по мате-
риалам работьі, может производитея путем постоян-
ного контроля состояния контактной системи. Зто
можно реализовать двумя способами.
Способ 1. Так как величина переходного сопро-
тивления определяет температуру в контактном узле
(1), то необходимо установить термодатчик на обо-
лонку ВДК или ГНДК и в соответствии с предельньїм
температурними значеннями производить вьівод ап-
парата из зкеплуатации.
р/2 К„І2 ІЕІ2
— Тпігр Н-----1---. • — Н-----. (1)
КуР8 2^,КтР8 8Лр
Подобньїй вариант уже применяетея на некото-
рьіх аппаратах. В частности его можно встретить на
платах микросхем, которьіе необходимо защищать от
перегрева.
Такой способ очень прост и отражает реальность
условий места зкеплуатации. В финансовом плане он
не требует существенньїх вложений, но необходимо
устанавливать конкретньїе границьі для каждого типа
коммутационного аппарата каждого производителя.
Способ 2. Вместо термодатчика установить
вольтметр, которьій так же в реальном времени отра-
жать пригодность к коммутаций аппарата.
Способ 3. Способом переечета ерока служби ап-
парата во временньїх единицах, основанньїй на пере-
ечете величини тока коммутаций и режима опериро-
вания в безразмерньїе условньїе единицьі с после-
дующим раечетом необходимьіх значений. Теорети-
ческие расчетьі показателей надежности в зависимо-
сти от наработки приведеньї на рис. 2.
Зтот способ можно реализовать на базе совре-
менньїх микропроцессорньїх устройств постоянньїй
переечет вероятного ерока зкеплуатации после со-
вершения каждой операции без вьівода оборудования
из строя.
Он позволить облегчить процесе зкеплуатации
оборудования и снизить риски в знергосети.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Злектрические и злектроннме аппаратьі. Под ред. Ю.К.
Розанова, М: Информзлектро, 2001. - 420 с.
[2] Таев И.С. "Злектрические контакти и дугогасительньїе
устройства аппаратов низкого напряжения". М. "Знер-
гия", 1973.
[3] "Злектрическая зрозия сильноточньїх контактов и злек-
тродов". Буткевич Г.В., Белкин Г.С., Ведешенков Н.А..
Жаворонков М.А. - М. "Знергия" 1978. - 256 с., ил.
Поступила 07.09.2006
24
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
УДК 621.313
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ШНЕКОВОГО ЗЛЕКТРОТЕПЛОМЕХАНИЧЕСКОГО
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ И НАГРУЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩЕЙ СРЕДЬІ
Заблодский Н.Н., к.т.н., доц.
Донбасский государственньїй технический университет
Украйна, 94204, Луганская обл., Алчевск, пр. Ленина 16, ДонГТУ, каф. "Злектрические машиньї и аппаратьі"
тел. (06442) 2-05-64, факс (06442) 2-68-87, е-таіі: іпГо@с1§ті.ес1и.иа
Досліджені процеси теплообміну та тертя при взаємодії електротепломеханічних перетворювачів енергії з наван-
тажу вально-охолоджуючим середовищем.
Исследованьї процессьі теплообмена и трения при взаимодействии злектротепломеханических преобразователей
знергии и нагрузочно-охлаждающей средьі.
ВВЕДЕНИЕ
Традиционно охлаждающую среду злектриче-
ских машин рассматривают как среду с бесконечно
большой теплоемкостью, не создающую ощутимого
нагрузочного момента [1,2]. При зтом зкономичность
системи охлаждения оценивается по количеству
знергии, затрачиваемой на циркуляцию охлаждающих
сред, а джоулевьі потери в проводниках, потери на
перемагничивание и вихревьіе токи в магнитньїх про-
водящих массах, потери трения роторов, составляю-
щие в различньїх типах машин 10...30%, необратимо
путем теплообмена удаляются в пространство. С по-
явлением нового класса злектротепломеханических
преобразователей знергии (ЗТМП) технологического
назначения бьіл внесен ряд нових представлений о
взаимодействии преобразователя и технологической
средьі [3, 4]. Полифункциональность ЗТМП, непо-
средственньїй контакт наиболее нагретой части с пе-
рерабатьіваемьім материалом дает возможность ис-
пользования знергии диссипации для нагрева и сушки
материала. Более того, знергия, в том числе механи-
ческая, передается непосредственно материалу без
дополнительньїх механизмов редукции. Вместе с тем,
при создании ЗТМП необходимо установить реаль-
ньіе механические и тепловьіе нагрузки, которьіе
формируются технологической средой и воздейству-
ют на вращающуюся часть ЗТМП, при заданньїх па-
раметрах технологического режима (производитель-
ность, начальная и конечная влажность и температу-
ра, гранулометрический состав продукта и др.). В на-
стоящее время исследования подобньїх процессов в
известньїх публикациях отсутствуют.
ЦЕЛЬ РАБОТЬІ
Цель приведенньїх в данной работе исследова-
ний - определение температурних и механических
характеристик нагрузочно-охлаждающей среди в по-
граничних слоях изотермических поверхностей шне-
кового ЗТМП.
МАТЕРИАЛ И РЕЗУЛЬТАТЕ! ИССЛЕДОВАНИЙ
Рабочий слой перерабативаемого материала Рас-
положен между двумя изотермическими стенками,
нагретими, в общем случае, до разних температур. На
рис. 1 показана схема распределения взаимодейст-
вующих потоков сьіпучего материала и воздушного
теплового агента, сформированного внутри шнеково-
го ЗТМП (статор условно не показан).
Рис. 1.Схема распределения потоков нагрузочно-
охлаждающей среди ЗТМП:
І - ламинарная область; II - переходная область
встречньїх струй материала и воздуха; III - переходная
область "кипящего слоя”; ПСІ - пограничньїй слой ротора;
ПС2 - пограничньїй слой днища; 1 - массивньїй ротор;
2 - днище шнека; 3 - винтовая лопатка ротора;
4 - осевая лопатка ротора; 5 - сипучий материал
В пограничном слое ПС, прилегающем к поверх-
ности массивного ротора, создаются условия для воз-
никновения закрученного вихревого потока теплового
воздушного агента и материала, одновременно сни-
жающего турбулентное трение. Зкспериментально
образование вихревого потока установлено путем
измерения проводимости слоя графитового потока в
следующих режимах работьі шнекового ЗТМП: не-
подвижное состояние ротора (^ = 1) и отсутствие на-
гнетания теплового агента; вращение ротора с угло-
вой частотой ® = 11,5 рад/с при нагнетании воздуш-
ного теплового агента.' При вращающемся роторе
ЗТМП и работе вентиляционной сети нагнетания от-
мечено (в 5 - 6 раз) снижение активного сопротивле-
ния графитового слоя в сравнении с режимом непод-
вижного ротора и отсутствия вдува теплового агента.
Контроль величиньї активного сопротивления произ-
водился мостом постоянного тока, при зтом функции
злектродов вьшолняли злементьі конструкции ЗТМП
- ротор и днище, на которьіх располагались подвиж-
ньій (ПК) и неподвижньїй (НК) контактьі. Исследова-
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
25
ниє процессов в закрученном вихревом потоке связа-
ньі со значительньїми сложностями, так как коррект-
ное аналитическое описание двухкомпонентного, а
иногда и трехкомпонентного, закрученного потока
отсутствует. В связи с зтим в данной работе вьіясне-
ние влияния отдельньїх режимньїх и конструктивньїх
параметров проводилось с помощью численного мо-
делирования, позволяющего учитьівать как теорети-
ческие зависимости, так и змпирические данньїе, по-
лученньїе из натурньїх исследований.
Математическая модель реализована в виде ком-
плекса программ: уравнения движения воздушного
теплового агента, расписанньїе по трем составляющим
в цилиндрической системе координат, дополненньїе
змпирическими зависимостями обратного влияния сьі-
пучего материала на воздушньїй поток; уравнение
движения твердой частицьі материала с учетом взаи-
модействия с воздушньїм потоком и отскока от лопа-
ток шнека и поверхности ротора; уравнения сложного
теплообмена между частицей и воздушньїм потоком;
уравнение кинетики сушки частицьі.
В работе изучен процесе ламинарно-
турбулентного перехода и локальних характеристик
ПС2. Температура регистрировалась с помощью мик-
ротермонарного зонда, изготовленного из медь-
константановьіх проволок диаметром ЗО мкм с гра-
дуировочной характеристикой,
Е = є1(100-Тх)+є2(тг-100) где є, = 0,0042, є2 =
0,053; Гх, Тг - соответственно температура холодного
и горячего слоев. Для регистрации полей скорости
использован термоанемометр постоянной мощности с
верхней границей частотного диапазона 10 кГц. Чув-
ствительньїм злементом служила нить из платиниро-
ванного вольфрама диаметром 2,2 мкм и длиной 0,33
мм, приваренная к датчику 55А22 фирмьі ВІЗА. Неза-
висимость сигнала от температура движущейся ере-
дьі (температурная компенсация) обеспечивалась вве-
дением в измерительную цепь термопарні регулируе-
мой ЗДС от независимого источника, равной по чис-
ленному значенню и противоположной по знаку ЗДС
термопарні при вьіключенном нагревателе.
Статистическая обработка мгновенньїх значений
температур проводились с использованием пакета
программ для спектрального анализа случайньїх про-
цессов.
Для установлення корреляции пространственной
формьі движения материала с изменением локального
козффициента теплоотдачи проводилось зкеперимен-
тальное определение козффициента теплоотдачи с
изотермических поверхностей ЗТМП методом ста-
ционарного теплового потока. Козффициент теплоот-
дачи а на малой площадке ЕЕ может бьіть найден,
если измерен температурний напор (Гі-Тг) и мощ-
ность АР, отводимая ередой (перерабатьіваемьім ма-
териалом) с поверхности в стационарном тепловом
режиме:
Источником тепловьіделения служит сама иссле-
дуемая поверхность с известной мощностью тепло-
вьіделений. Для измерения температурного перепада
использован пассивньїй измеритель на термопарах,
представляющий одиночную дифференциальную
термопару, в которой константановая пластинка слу-
жит одновременно дополнительной стенкой и злек-
тродом.
В настоящей работе исследована зволюция тем-
пературних пульсаций в ПС у стенки днища шнеко-
вого ЗТМП как по нормам к стенке (координата у),
так и вдоль нее (координата х). В соответствии с
рис. 1 в ПС вдоль окружности днища можно вьіделить
четьіре области: ламинарную; переходную зону
встречних струй материала и воздуха; переходную
зону "кипящего слоя"; турбулентную.
На рис. 2 показань! ереднеквадратичние значе-
ння пульсаций температури от в ПС у днища шнека,
полученньїе для названних областей движения мате-
риала при разности температур изотермических сте-
Рис. 2. Распределение среднеквадратических пульсаций
температури в пограничном слое по окружности днища
шнекового ЗТМП: а) ламинарная область; б) переходная
область встерчньїх струй материала и воздуха;
в) переходная область "кипящего слоя";
г) турбулентная область
Графический материал рис. 2 указьівает на то,
что в пределах ламинарной области ПС заметние
температурньїе пульсаций появляютея лишь при уве-
личении расстояния по нормам от стенки днища и
формируютея в основном действием осевьіх лопаток
ротора ЗТМП.
Максимальньїе значення температурних пульса-
ций отмечаютея в переходннх областях, где ламинар-
ное движение материала переходит в конвективно-
турбулентное.
На рис. З представлень! фрагментьі отдельньїх
аналогових реализаций температурних пульсаций,
полученньїх в переходной области "кипящего слоя"
на различннх расстояниях от стенки днища шнека
ЗТМП. Число Релея Ка, характеризующее механизм
возникновения конвекции, при зтом находилось в
диапазоне Ка=3,12-108 - 6,9-108.
26
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
І0-1"' У “О-1™
1 с
Рис. 3. Фрагменти аналогових сигналов при изменении
пульсаций температури
Информацию о частотном распределении пуль-
саций целесообразно представить в виде нормирован-
них на дисперсию частотньїх спектров мощности 5
температурних пульсаций, полученньїх на фиксиро-
ванном (у=3 мм) расстоянии от стенки днища шнеко-
вого ЗТМП. Спектри измереньї во всех областях
вдоль окружносте ротора. Частотнме спектри мощ-
ности пульсаций температури представлень! на рис. 4.
Рис. 4. Частотнме спектри мощности пульсаций
температурьі: 1 - ламинарная область; 2) переходная
область встерчних струй материала и воздуха;
3) переходная область "кипящего слоя";
4) турбулентная область
Из рис. 4 следует, что в температурньїх пульса-
циях виделяются характернме частоти, амплитуди
зтих пульсаций изменяются случайним образом, а
минимальньїе значення пульсаций имеют вблизи
стенки днища шнекового ЗТМП. Наиболее интенсив-
ние пульсаций температури наблюдаются на часто-
тах 1,1 Гц и 10 Гц. Частота 1,1 Гц соответствует тер-
могравитационному механизму возникновения кон-
векции, а частота 10 Гц формируется принудительной
конвекцией, создаваемой осевими лопатками ротора-
шнека и воздушньїми струями теплового агента. Кри-
вая 4 на рис.4 отражает сплошной спектр мощности
пульсаций, характерний для турбулентного режима.
Локальний козффициент теплоотдачи а в раз-
личних областях ПС исследован для двух перепадов
температур между изотермическими поверхностями
шнекового ЗТМП: АГ=100°С (более нагрет массив-
ний ротор); АТ=60оС (более нагрето днище шнека).
На рис. 5 представлена зависимость локального
козффициента теплоотдачи от днища шнека для ла-
минарной, переходной и турбулентних областей при
А7=60°.
Рис. 5. Локальний козффициент теплоотдачи в различньїх
областях движения материала в шнековом ЗТМП
Как видим, перестройка пространственной форми
течения (движения) материала коррелирует с измене-
нием локального козффициента теплоотдачи. Заметно-
го максимума козффициент теплоотдачи достигает в
переходной областе как для зони "кипящего слоя", так
и в зоне встречних струй материала и воздуха.
На рис. 6 приведена в безразмерной форме зави-
симость теплоотдачи нагретой стенки днища шнека в
ламинарной и начальной части переходной областе.
теплоотдачи в зависимости от числа Релея
В переходной областе ПС на расстоянии у=3 мм
от стенки днища шнека (см. рис. 6) наблюдается ам-
плитудная модуляция пульсаций температури основ-
ной частоти (/=10 Гц) термогравитационной частотой
>1,1 Гц.
На рис. 7 представлень! зкспериментальньїе дан-
ньїе максимальних значений окружной компоненти
скорости потока материала в различньїх областях ПС
на расстоянии у=5 мм от стенки днища. Минимальньїе
значення скорости наблюдаются в ламинарной облас-
те (самая низкая точка окружности днища шнека) и в
турбулентной области (самая верхняя точка окружно-
сти днища шнека). Более високая скорость воздушно-
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
27
го теплового агента (55 м/с) в сравнении с окружной
скоростью осевьіх лопаток (0,3 м/с), неполное запол-
нение шнека материалом (козффициент заполнения
<р=0,55), очевидно, формируют условия для резкого
снижения окружной скорости материала и даже изме-
нения ее знака по отношению к направленню враще-
Рис. 7. Максимальнеє значення окружной компоненте
скорости потока материала в различньїх областях ПС:
1 - ламинарная область; 2) переходная область встерчньїх
струй материала и воздуха; 3) переходная область
"кипящего слоя"; 4) турбулентная область
Измерения характеристик трения и массообмена
без внесення существенньїх возмущений в ПСІ про-
водились с применением датчиков трения, измерение
пульсаций давлення - пьезокерамическими датчиками
с приемной поверхностью диаметром 1,5 мм. На
рис. 8 представленьї изменения касательньїх напря-
жений трения т вдоль стенок и вдоль прилегающих
поверхностей слоев материала, перемещаемьіх шне-
ком и не вовлеченньїх в вихревьіе потоки.
Рис. 8. Распределение трения в ПСІ шнекового ЗТМП:
<1 = 5 мм - диаметр сопла; тт - максимальнеє значение
трения в данном сечении; Ке = 4,2...7,5-Ю4 - критерий
Рейнольдса; г - расстояние между смежньїми осевьіми
лопатками
Кривая 1 на рис. 8 представляет собой изменение
трения в зоне шнека, заполненной материалом, кривая
2 - в верхней зоне шнека; кривая 3 - трение вдоль
поверхности прилегающего слоя материала в зоне,
заполненной материалом.
Основной максимум касательньїх напряжений
трения располагается на расстоянии 0,25г, второй
максимум - вблизи смежной осевой лопатки.
Задача о течении в окрестности критической
точки имеет достаточно точное решение [5].
Касательное напряжение на стенке при зтом оп-
ределяетея вьіражением:
т = 1,ЗІ2Л-н пррс7РсУг , (2)
где г - радиальная координата; V - кинематическая
вязкость; р - плотность двухкомпонентной средьі; Кн п
- козффициент, учитьівающий неравномерность про-
филя скорости.
Значение козффициента |3С можно определить по
формуле:
Р = О,44«о/го, (3)
где и0 _ скорость истечения из сопла; г0 - начальньїй
радиус струй.
ВЬІВОДЬІ
1. Полученьї локальньїе козффициентьі теплоот-
дачи в различньїх областях движения материала в
шнековом ЗТМП, касательньїе напряжения на стенке,
а также безразмерньїе козффициентьі теплоотдачи,
которьіе позволяют оценить работу ЗТМП в различ-
ньїх областях потоков материала.
2. Полученьї зависимости распределения ередне-
квадратических отклонений пульсаций температури в
пограничном слое, частотное распределение пульса-
ций температури в различньїх областях перемешива-
ния сьіпучего материала.
3. Определеньї максимальньїе значення окружной
компоненти скорости потока материала в различньїх
областях пограничного слоя, что дает возможность
сформировать условия изменения скорости материала
в различньїх областях, возникающих при работе шне-
кового ЗТМП.
4. Результати исследований являютея основопо-
лагающими для получения и исследований темпера-
турних и механических характеристик нагрузочно-
охлаждающей среди в пограничних слоях изотерми-
ческих поверхностях шнекового ЗТМП.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Филиппов И.Ф. Основи теплообмена в злектриче-
ских машинах. - М.: Знергия, 1974 - 383 с.
[2] Копьілов И. П. Злектрические машини: Учеб. для
вузов. - 2-е изд., перераб. - М.: Висш. шк.; Логос,
2000 - 607 с.
[3] Пат. 50242 Україна. МКИ 7 Р 26В17/18, 3/347.
Шнековий сушильний апарат/ М.М. Заблодський,
В.Ф. Шинкаренко, В.Є. Плюгін та інш. - № 8244;
Заявл. 03.12.2001; Опубл. 17.01.2005. Бюл. № 1 - З
с.
[4] Пат. 75771 Україна. МПК (2006) Н 05В/10. Загли-
бний електронагрівач/ М.М. Заблодський, В.Ф.
Шинкаренко, В.Є. Плюгін та інш. - № 5162; Заявл.
29.06.2004; Опубл. 15.05.2006. Бюл. № 5 - 3 с.
[5] Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. - М.:
Наука, 1974. - 540 с.
Поступила 30.08.2006
28
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
УДК 621.318
МІЖНАРОДНИЙ ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ СЛОВНИК:
УКРАЇНСЬКІ ПЕРЕСПЕКТИВИ
Клименко Б.В., д.т.н., проф.,
Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут"
Україна, 61002, Харків, вул. Фрунзе, 21, НТУ "ХПІ", кафедра "Електричні апарати"
тел. (057) 707-62-81, е-таіі: кЬу@крі.кйагкоу.иа
Продовжується публікація перекладів вибраних частин МЕС, а саме частини 441 - 8шіс1і§еаг, сопігоіреаг апсі ризея
(Комутаційна апаратура, апаратура керування та запобіжники). Пропонується переклад розділу 441-14 -"$тіс1гіп§
сієуісєз (Комутаційні апарати)".
Продолжается публикация переводив избранньїх частей МЗС, а именно части 441 - 8тісН§еаг, сопігоІ§еаг апсі /изез
(Коммутационная аппарсипура, аппаратура управленая а предохранители). Предлагается перевод на украинский язьік
раздела 441-14 - "8н>іісіііп§ Леуісев (Коммутационньїе аппаратьі)".
(продовження, початок у №2)
Починаючи перекладати вибрані частини Міжна-
родного електротехнічного словника, я не міг уявити,
наскільки складною виявиться ця робота. Адже, хіба
існують серйозні проблеми при перекладі з російської
мови радянських ГОСТ‘ів? Навряд чи. Бо коли Украї-
на входила до складу Радянського Союзу, українська
фахова термінологічна база майже завжди будувалася
шляхом буквального перекладу російськомовних тер-
мінів1 і питання зводилося до того, яку лексичну гілку
української мови треба взяти за основу. Наприклад, як
правильно перекласти слово "магнитньїй": "магніт-
ний" чи "магнетний", або словосполучення "злектри-
ческая цепь": "електричне коло" чи "електричний ла-
нцюг"? Відтак, у чому ж проблеми перекладу частини
441 МЕС? Адже існує офіційний російський переклад
цієї частини - бери і перекладай. Але не все так прос-
то: радянські ГОСТ‘и друкувалися лише однією мо-
вою - російською, а частини МЕС публікуються що-
найменше двома мовами - французькою (/г) та анг-
лійською (єн), частина 441 та деякі інші - ще й росій-
ською (ги), а кожний з термінів дається (без тлума-
чення) ще декількома мовами, зокрема, німецькою
(сіє), голландською (не), польською (рі) Та шведською
(зт). І коли зіставляєш, скажімо, англомовний оригі-
нал з російським перекладом, то іноді виникає сумнів
у адекватності останнього. І хоча фаховість перекла-
дачів не слід скидати з рахівниць, все ж таки, не цей
1 Приблизно так здійснюється створення національної тер-
мінологічної бази і у наші часи. Наприклад, чинний в
Україні стандарт ДСТУ 2843-94 (Електротехніка. Основні
поняття. Терміни та визначення) містить у собі терміни з
аналогічного радянського стандарту ТОСТ 19880-74, на-
ведені російською мовою та перекладені на українську.
На відміну від ТОСТ, у згаданому ДСТУ для деяких тер-
мінів крім українських (далеко не усіх - наприклад, тер-
мін "змінний струм" дається лише російською мовою) на-
водяться німецькі, англійські та французькі аналоги. Є ще
одна відмінність - у ДСТУ наводиться 213 термінів, хоча
у ГОСТ'і їх 245. Натомість, у Росії у 2003 році вийшов
новий стандарт - ТОСТ Р 52002-2003 з подібною назвою
(Злектротехника. Терминьї и определения основних по-
нятий), у якому наводиться вже 275 термінів. Характерно,
що зазначені стандарти мають приблизно однакову струк-
туру, яка зовсім не співпадає зі структурою відповідних
частин Міжнародного електротехнічного словника. Не
співпадають і принципи побудови термінів у стандартах
та відповідних частинах Словника (частини 111, 121, 131,
141, 151). Хіба це не цікава тема для фахівців з теоретич-
ної електротехніки?
фактор вплинув на якість перекладу - за більш ніж 60
років після розриву із Заходом і майже автономного
розвитку, в радянській електротехніці сформувалася
усталена термінологічна база, принципи побудови
якої далеко не завжди співпадали з принципами побу-
дови термінологічної бази МЕС. Відтак, намагання
знайти російськомовні аналоги термінів МЕС не зав-
жди увінчувалися успіхом. Останню тезу проілюстру-
ємо декількома прикладами.
У розділі 441-14 -"8\уіісіііп£ сієуісєз", назва якого
перекладена російською мовою, як "Коммутационньїе
аппаратьі" (що до речі, не викликає жодних запере-
чень), особливе значення має термін "8\уйс1і", який є
корінням назви цього розділу і який фігурує у визна-
ченнях 19 з 53 термінів цієї частини і згадується у тлу-
маченнях майже усіх термінів. Отже, адекватний пере-
клад цього терміну має винятково важливе значення.
Подивимося, як перекладено лише декілька тер-
мінів, що містять у своєму складі термін "8\уіісЬ".
441-14-01 8\уі(сйіп§ беуісе Коммутационньїй аппарат
441-14-10 8\уйсЬ Вьіключатель нагрузки
441-14-11 ЕагіЬіп§ 8\уіісй Заземлитель
Цікаво, що ГОСТ Р 50030-3-99, у якому зазначе-
но, що він містить автентичний переклад міжнародно-
го стандарту ІЕС 60947-3-99, надається переклад того
самого терміну "8\уіісЬ", у якому відкинуто допов-
нення "нагрузки", отже, за цим стандартом, терміну
"8у/іісй" у відповідність ставиться російськомовний
термін "Вьіключатель". У той же час, у Міжнародно-
му електротехнічному словнику термін "Вьіключа-
тель" ставиться у відповідність до терміну "Сігсиіі-
Ьгеакег" (ІЕУ 441-14-20), а ГОСТ Р 50030-2-99, у яко-
му зазначено, що він містить автентичний переклад
міжнародного стандарту ІЕС 60947-2-99, перекладає
"Сігсиіі-Ьгеакег" як "Автоматический вьіключатель".
Що ж стосується терміну "Заземлитель", то у чинному
в Росії стандарті ГОСТ 12.1.030-81 той самий термін
застосовується для визначення зовсім іншого об'єкту:
"Проводник или совокупность металлически соеди-
ненньїх проводников, находящихся в соприкоснове-
нии с землей или ее зквивалентом". Ну і як вибратися
з усієї цієї плутанини?
А може треба звернутися до першоджерел і
спробувати з'ясувати оригінальний смисл термінів
"8\уіісй" та "Сігсиіі-Ьгеакег"?
Давайте зробимо таку спробу відносно терміну
"8\уіісЬ" і поринемо у не таку вже далеку історію.
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
29
У ті часи, коли людство ще не користувалося
електричною енергією, отже не було трамваїв, тро-
лейбусів, метрополітену та електропоїздів, основним
транспортним засобом на суші були екіпажі з кінною
тягою. А пристроєм керування цією тягою був зви-
чайний хлист - по-англійські "вхуіісй". Цілком приро-
дно, що коли вчені люди почали досліджувати елект-
рику, знадобився пристрій, який дозволяв би, по-
перше, включати електричний струм, а по-друге, ви-
ключати його. Коли такий пристрій винайшли, поста-
ло питання, як його назвати. Можливо, саме так
з'явився електротехнічний термін "8\уксЬ", який до-
жив до наших днів і застосовується для пристроїв, які
дозволяють включати (вмШсй-оп) та відключати
(зу/ксй-оії) електричний струм. Зверніть увагу, споча-
тку ми включаємо струм, а відключаємо його - потім.
І основною функцією багатьох пристроїв, які керують
електричним струмом, є функція вмикання: за допо-
могою цих пристроїв вмикається світло у кімнаті, ве-
рстат у цеху тощо. Отже, називати вимикачем при-
стрій, основне призначення якого є вмикання, при-
наймні з точки зору багатомільйонних мас пересічних
користувачів, нелогічно - навіть відомий російський
сатирик М. Задорнов не обминув своєю увагою цю
колізію. Хоча з цього приводу з М. Задорновим мож-
на посперечатися - у наш час, з нашими тарифами,
своєчасне вимикання стає не менш важливою функці-
єю, а згодом, можливо, перетвориться в основну.
З точки ж зору фахівців, переклад терміну
"8\¥ксЬ" як "Вимикач" особливих заперечень не ви-
кликає: з двох функцій цього апарату - вмикання та
вимикання - набагато складнішою та відповідальні-
шою є функція вимикання. З іншого боку, для фахів-
ців набагато важливішим є не лінгвістичний бік про-
блеми визначення терміну, а однозначність його трак-
тування і не допущення такого стану, коли той самий
термін застосовується для визначення різних понять з
близьких галузей. Отже, якщо "8\уксЬ" це "Вимикач",
то що ж таке "Сігсиіі-Ьгеакег"? Теж "Вимикач"? Але ж
за відповідними визначеннями "8\уксЬ" та "Сігсик-
Ьгеакег" не є синонімами: перший з них спроможний
відключати лише номінальні струми та робочі пере-
вантаження, а другий - ті самі струми, а також струми
короткого замикання.
Англомовні та франкомовні терміни у Словнику
чітко розтлумачені і, хоча за своїм первинним смис-
лом дуже приблизно окреслюють функції апаратів, до
яких вони застосовуються, але чітко й однозначно за
написанням та виголошенням розрізняють об'єкти з
різними властивостями. Такий самий підхід (назвемо
його протокольним) - чітко розрізнити поняття, не
завжди переймаючись змістом визначення, застосова-
но у французьких та польських термінах (а також у
термінах на деяких інших мовах, що не представлені
у Словнику, наприклад, чеських - сг):
441-14-05 441-14-10
еп ВізсоппесЮг ЗхуіісЬ
/г Зесііоппеиг Ігйеггиріеиг
рі ОсІЦсхпік ЕогЦсхпік
сг Ос1ро]о\'ас Осіріпас
441-14-20
Сігсик-Ьгеакег
Віуопсіеиг
УУуЦсхпік
Ууріпас
Можна лише поаплодувати нашим польським та
чеським колегам: наведені вище терміни за своїм пер-
винним смислом важко розрізнити, а от за написан-
ням та виголошенням вони є різними, отже чітко, од-
нозначно і, що також дуже важливо, стисло визнача-
ють об'єкти, відносно яких вони вживаються.
Інший підхід (назвемо його змістовим) застосо-
вано у німецькій, голландській та шведській терміно-
логії: термін не тільки формально, а й за смислом,
відповідає об'єктові, щоправда це досягається за ра-
хунок певних особливостей цих мов, пов'язаних з
практикою побудови складних слів, наприклад:
ЗхуксЬ (еп) - ЬазІзсйаИег (Де), ЬазІзсЬакеІааг (пе),
ЬазіЬгуІаге (зт); Сігсик-Ьгеакег (еп) - ЬеІ8іип§88сЬакег
(сіє), Уегто§еп8сЬаке1ааг (пе), ЕІЇекіЬгуіаге (зг)2. Як
бачимо, і у цих випадках термінологія базується на
принципі унікальності визначень - один термін відпо-
відає тільки одному об'єктові3.
Якщо зосередитися на англійському терміні
"Сігсик-Ьгеакег", то не важко побачити, що жодний з
наведених вище іншомовних термінів не містить жод-
ного натяку на автоматичність дії цього апарату, чого
нема й у англійському та французькому його тлума-
ченні, яке наводиться у Словнику. Чому ж тоді у ро-
сійському перекладі, який міститься у стандарті
ГОСТ Р 50030-2-99 "Сігсик-Ьгеакег" - це "Автомати-
ческий вьіключатель", а скорочено - "Вьіключатель"?
Певна логіка у такому перекладі є - зазначений стан-
дарт стосується апаратів низької напруги, серед яких
нема жодних комутаційних апаратів, спроможних
ефективно відключати струми короткого замикання,
крім автоматичних вимикачів. Отже, у даному кон-
тексті "Вьіключатель" - це "Сігсик-Ьгеакег". А от як-
що зазирнути до іншого російського стандарту -
ГОСТ Р 50030-3-99, то побачимо, що "Вьіключатель"
- це "8\уксЬ". Як же розрізняти ці поняття? За кон-
текстом. Тому такий підхід до перекладу термінів на-
звемо контекстним.
Наша зосередженість на двох вищезгаданих тер-
мінах ("8\уксй” та "Сігсик-Ьгеакег") викликана не сті-
льки наявністю певних колізій, які існують у російсь-
комовному перекладі цих термінів (краще сказати -
російськомовних перекладах, бо цих перекладів - декі-
лька і усі вони є офіційними), а фундаментальним зна-
ченням цих термінів для низки Міжнародних стандар-
тів, які використовують зазначені терміни, і які, рано
чи пізно, будуть впроваджені в Україні.
Якщо читач на цьому місці ще не заснув, то це
означає що він усвідомлює важливість застосування
коректної термінології, а відтак, погодиться з тим, що
існує можливість застосування декількох підходів до
створення української версії Словника. Ці підходи, з
огляду проведеного аналізу визначення термінів
"8\уксЬ" та "Сігсик-Ьгеакег", умовно можна умовно
назвати як контекстний, змістовий та протокольний.
2 Дослівні українські переклади цих термінів з німецької
мови є такими: Еажсіїакег - вимикач навантаження;
ЬеІ8Шп§88сЬа11ег - силовий вимикач.
3 Зазначеного порозуміння представники різних націй що-
до визначень комутаційних апаратів досягли не так вже й
давно: ще у другому виданні Міжнародного електротех-
нічного словника (1963 р.) французькому терміну
"Іпіеїтиріеиг" німці поставили у відповідність термін
"Аиззсйакег", а от англійці у своїй мові не відшукали від-
повідного терміну, хоча й переклали з французької відпо-
відне тлумачення. Навпаки, французи у своїй мові тоді не
знайшли аналогів англійським термінам "Зхуіїсіг" і
"Сігсик-Ьгеакег", хоча й переклали англійські тлумачення
на французьку мову. Німці ж переклали ці терміни відпо-
відно як "Зскаїїег" та "Геі8Шп§88с1іа1Іег".
зо
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
Контекстний підхід. Визначення у Словнику
даються з урахуванням усталених (з радянських часів)
термінологічних традицій, а при застосуванні їх у ста-
ндартах вводяться певні уточнення. Якщо застосувати
такий підхід, то у Словнику та стандартах для апаратів
високої напруги термін "Зм/іІсЬ" слід перекладати як
"Вимикач навантаження", а термін "Сігсиіі-Ьгеакег" -
як "Вимикач", у той час, як у стандартах для апаратів
низької напруги термін "8\уіісЬ" слід перекладати як
"Вимикач", а термін "Сігсиіі-Ьгеакег" - як "Автомати-
чний вимикач". При такому підході відкритими ли-
шаються багато питань, наприклад, як перекласти те-
рмін "Еагікіп§ біуіісЬ" або як перекласти такий вираз:
"Сігсиіі-Ьгеакегз у/Ьісй орел аиіотаіісаііу..." (ІЕС
60947-2, 7.2.1.2.1)? "Автоматичні вимикачі, що роз-
микаються автоматично..."? Подібних прикладів мо-
жна навести дуже багато, тому контекстний підхід
навряд чи можна вважати перспективним.
Змістовий підхід. При цьому підході все значно
простіше: "Зуспсіі" - "Еа8і8сЬа1іег" - "Вимикач наван-
таження", "Сігсиіі-Ьгеакег" - "ЬеІ8іип§88с!іаИег" - "Си-
ловий вимикач". 1 навіть з терміном "ЕагіЬіп§ бу/іісЬ"
майже не виникає питань: "Ег<іип§88сЬа1іег" - "Вими-
кач заземлення". Ми кажемо "майже не виникає пи-
тань", тому що термін "ЗсЬаІіег" має на увазі не тільки
функцію вимикання, а й вмикання, перемикання і вза-
галі - комутації (до речі, як і термін "Зіуіісй"). До того
ж, недоліком змістового підходу є задовгі визначення.
Протокольний підхід. При цьому підході термін,
за своїм первинним смислом, може не у повній мірі
відповідати функції апарату, але при підборі терміну
упор робиться на його графічну (написання) та акусти-
чну (виголошення) унікальність. Забезпечуючи повну
відповідність національних термінів англо мовним
оригіналам, даний підхід вимагає знаходити і запрова-
джувати нові визначення для деяких термінів, які ра-
ніш механічно перекладалися з російської мови, зокре-
ма, для термінів "8\уіісй" та "Сігсиіі-Ьгеакег”.
Якщо поставити за мету сконструювати скоро-
чені визначення (з одного слова - по аналогії з іншо-
мовними термінами), то українська мова надає багато
можливих варіантів: "Вимикач", "Вмикач", "Відми-
кач", "Розмикач", "Перемикач" тощо. При цьому тре-
ба враховувати, що кожна людина по декілька разів на
день натискає на вимикачі, включаючи світло у по-
мешканнях, офісах та виробничих приміщеннях. І пе-
реконати мільйони громадян у тому, що вимикачі від-
тепер будуть називатися якось інакше, є абсолютною
утопією. Отже "ЗхуіісЬ" - це "Вимикач". При цьому
треба мати на увазі, що англійській термін "З^іІсЬ"
узагальнює комутаційні операції (вмикання, вими-
кання, перемикання)4. Таким чином, цей термін мож-
на перекладати не тільки як "Вимикач", застосовуючи
4 У стандарті ІЕС 60947-3 зазначається (1.1, ІМоіе 2): "Іп Ііііз
зіаткіапі 'люлі "бхуіісіі" аізо аррііез іо іЬе аррагаіиз геГеггесі
іо іп РгепсЬ аз "соттиіаіеигз" іпїепсіесі Іо тосііїу Фе соп-
песііопз Ьєіууєєп зеуегаї сігсиііз ап<1 іпіег аііа іо зиЬзІіІиІе а
рагі ої а сігсиіі їог апоіЬег" (У даному стандарті слово
"зхміісН" застосовується також до апаратів, які французь-
кою мовою називають "соттиіаіеигз" (перемикачами), що
призначені для зміни зв'язків між декількома колами, а
саме для заміни однієї частини у колі на іншу). Як бачите,
розробники англомовної термінології, знаючи про існу-
вання терміну "перемикач" в інших мовах, не перейма-
ються пошуками нового терміну, цілком слушно вважаю-
чи, що всі комутаційні функції (вмикання, вимикання, пе-
ремикання) охоплює термін "зхуіїсЬ".
цей переклад для апаратів з одним контактом у полю-
сі, а й як "Перемикач" - для апаратів з декількома ко-
нтактами у полюсі. Подивіться, як у цьому випадку
можуть виглядати деякі з найуживаніших термінів,
що мають у своєму складі слово "бууіісЬ":
8М'ІІСІ1
еагіЬіп§ 8\уіісЬ
СОПІГОІ 8\УІІсЬ
рІІОІ 8У/ІІсЬі
Р08ІІІОП 8ХУІІсЬ
- вимикач, перемикач;
- перемикач заземлення;
- перемикач керування;
- керований перемикач;
8\уіІсЬ-бІ8соппесЮг - вимикач-роз'єднувач;
8\¥ІІс1і-ґи8е - вимикач-запобіжник;
- шляховий перемикач тощо.
Звертаю увагу читачів: наведений варіант пере-
кладу термінів, що мають у своєму складі слово
"бхуіісЬ", є лише пропозицією, яка потребує критично-
го обговорення, в результаті якого, можливо,
з'являться інші та кращі варіанти.
Фахівців, які стикаються з комутаційними апара-
тами значно менше і, сподіваюся, їх можна переконати,
що "Сігсиіі-Ьгеакег" треба називати якось інакше, аніж
"Вимикач", наприклад, як "Відмикач" або "Розмикач",
бо розмикання кіл, особливо з великими струмами, та-
кими як струми короткого замикання, є найвідповіда-
льнішою та найскладнішою функцією цього апарату5.
Цю пропозицію не слід відкидати, як утопічну, при-
наймні з трьох причин:
1) треба враховувати позитивний досвід інших країн,
зокрема таких електротехнічних гігантів, як
Франція чи Германія, які поступилися терміноло-
гічними традиціями на користь чіткості, стислості
та однозначності визначень;
2) переклад терміну "Сігсиіі-Ьгеакег", як "Автомати-
чний вимикач", викликає багато непорозумінь,
про які ми вже згадували;
3) офіційних визначень і тлумачень поняття "Сігсиіі-
Ьгеакег" українською мовою ще не існує.
На наступних сторінках наведено неофіційний
переклад розділу 14 частини 441 Міжнародного елек-
тротехнічного словника, у якому термін "8\уіісЬ" пе-
рекладено як "Вимикач", "Перемикач", а термін
"Сігсиіі-Ьгеакег" як "Розмикач". Чи виявилися наведені
вище доводи переконливими для фахівців? Чекаємо
від них відгуків та зацікавленого обговорення.
5 У 1891 році до всесвітньої виставки у Франкфурті-на-Майні
під керівництвом М.И. Доліво-Добровольського була побу-
дована перша у світі трифазна високовольтна лінія елект-
ропередачі довжиною у 170 км - від міста Лауфена, де була
побудована електростанція, до Франкфурта. На той час
М.И. Доліво-Добровольський вже досяг вершини слави -
він винайшов трифазний генератор, трифазний трансфор-
матор, асинхронний двигун тощо, а от зробити апарат, який
би надійно відмикав лінію, йому тоді не вдавалося. Треба
було знайти якесь хоча б тимчасове рішення. І таке рішення
знайшлося. Винайдений пристрій для комутації складався із
сталевого бруса, який висів на звичайних мотузках над
трьома провідниками на виході ЛЕП у Франкфурті та запо-
біжників на вході ЛЕП у Лауфені. Якщо потрібно було зне-
струмити лінію, брус у Франкфурті опускали на провідники,
створюючи трифазне коротке замикання. При цьому запо-
біжники у Лауфені згорали і лінія знеструмлювалася. Хоча
над розробкою вимикачів працювали найкращі фахівці того
часу (Едісон, де Ферранті, Блаті, Сіменс, Шуккерт й інші)
зробити потужний та надійний комутаційний апарат (ни.м
став так званий масляний вимикач, який дожив майже до
нашого часу) спромоглися лише у 30-х роках XX століття.
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
31
Неофіційний переклад
ІХГІкХЛГЮХАІ. ЕЬЕСТКОТЕСНМСАЬ УОСАВЦЬАКУ СЬаріег 441 8УУІТСНСЕАК, СОХТКОЬСЕАК А N Г) ЕЕ8Е8 МІЖНАРОДНИЙ ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ СЛОВНИК Частина 441 КОМУТАЦІЙНА АПАРАТУРА, АПАРАТУРА КЕРУВАННЯ ТА ЗАПОБІЖНИКИ
441-14 8м'іґсйіп§ сієуісєї 441-14 Комутаційні апарати
441-14-01 8юі1скіп$ сіеуісе А сіеуісе сіезі^песі іо таке ог Ьгеак іке сиїтепі іп опе ог тоге еіесігіс сігсикз. 441-14-01 Комутаційний апарат Апарат, призначений для включення або відключення струму в одному чи декількох електричних колах.
441-14-02 Месігапісаі зууііс1ііп§ сіеуісе А 8ууіГсіііп§ сіеуісе сіеаі^песі іо сіозе апсі ореп опе ог тоге еіесігіс сігсиііз Ьу теапз о і зерагаЬІе сопіасіз. Иоіе. - Апу тескапісаі здакскіп§ сіеуісе тау Ье сіеві §паГес1 ассогсіищ Ю ІІіе тесііит іп сукіск ііз сопіасіз ореп апсі сіозе, е.§. аіг, 8Р6, оіі 441-14-02 Контактний комутаційний апарат Комутаційний апарат, призначений для замикання та розмикання одного або декількох електричних кіл за допомогою контактів, що відділяються. Примітка. - Будь-який контактний комутаційний апарат може бути визначений відповідно до середовища, де його контакти розмикаються та замикаються, наприклад, пові- тряний, елегазовий, масляний.
441-14-03 Зетісопсіисіог зн>ИсІііп§ сіеуісе А з\уіісіііп§ сіеуісе <іе8І§пес1 іо таке іке сиггепі іп ап еіес- ігіс сігсиіі Ьу теапз оґ іке сопігоііесі сопбисііуііу оґ а зетісопсіисіог. 441-14-03 Напівпровідниковий комутаційний апарат Комутаційний апарат, призначений для включення струму в електричному колі за допомогою керування провідністю напівпровідника
441-14-04 Ризе-сотЬіпаііоп ипіі А сотЬіпаііоп оґ а тесіїапісаі з\уііскіп§ сіеуісе апсі опе ог тоге Гизез іп а сотрозке ипіі, аззетЬІесі Ьу іке тапиіас- іигег ог іп ассоїкапсе суіік кіз іпзігисііопз. Иоіе. - 8оте Іизе-сотЬіпаііоп ипкз тау Ье ргоуісіесі суіік а зігікег геїеазе зиск ікаї іНе орегаііоп оі' апу зігікег саизез аіі роїез оґіііе аззосіаіесі тескапісаі з\укскіп§ сіеуісе іо ореп. 441-14-04 Комбінація запобіжник - комутаційний апарат Комбінація контактного комутаційного апарату та одного або декількох запобіжників у вигляді комплектного пристрою, зібраного виробником, або відповідно до його вказівок Примітка. - Деякі комбінації із запобіжниками можуть бути обладнані розчеплювачем з ударником таким чином, що спрацьовування будь-якого ударника впливає на усі полюси приєднаного контактного комутаційного апарату.
441-14-05 Пізсоппесіог А тескапісаі з\укскіп§ сіеуісе хукіск ргоуікез, іп іке ореп розіііоп, ап ізо1аііп§ сіізіапсе іп ассогсіапсе хуіік зресійесі гецикетепіз. Иоіе. - А сіізсоппесіог із сараЬІе оґ орепіп§ апсі сіозіп§ а сігсиіі хуіієп еккег пеиІігіЬІе сштепі із Ьгокеп ог таке, ог хукеп по зі§пійсапі скапає іп іке уоііаае асгозз іке іегті- паїз оґ еаск оґ іке роїез оі іке сіізсоппесіог оссигз. її із аізо сараЬІе оі саггуіп§ сиггепіз ипсіег погтаї сігсиіі сопсікіопз апсі саггуіп§ ґог а зресійесі ііте сиггепіз ипсіег аЬпогтаї сопсііііопз зиск аз ікозе оґ зкогі сігсиіі. 441-14-05 Роз‘€днувач Контактний комутаційний апарат, який забезпечує у від- ключеному положенні ізоляційний проміжок у відповід- ності до приписаних вимог. Примітка. - Роз’єднувач здатний розмикати та замикати коло при малому струмі або незначній зміні напруги на виводах кожного з його полюсів. Він також здатний про- водити струми при нормальних умовах в колі, а також проводити струм впродовж визначеного часу при ненор- мальних умовах, таких як коротке замикання.
441-14-06[07] сііуісієсі зирроП сіізсоппесіог [еагіІгіп§ зтісіг] А сіізсоппесіог [еагікіп§ зхуііск] іп хукіск іке Йхесі апсі тоуіпд сопіасіз оі еаск роїе аге поі зиррогіесі Ьу а сот- топ Ьазе ог ґгате. Иоіез І. - А іурісаі ехатріе із іЬе рапіо§гаріі ог зеті- рапіо§гарк сіізсоппесіог. 2. - Тіііз іегт аррііез іо 1іі§к-уоііа§е сіізсоппесіогз опіу. 441-14-06[07] Роз’єднувач [перемикач заземлення] з розділеними опорами Роз’єднувач (заземлювач), в якому нерухомі та рухомі контакти кожного полюса не спираються на одну спільну опору або раму. Примітки 1. - Характерним зразком є пантографний або напівпантографний роз’єднувач. 2. - Цей термін застосовується тільки для роз’єднувачів високої напруги.
441-14-08 Сепіге-Ьгеак сіізсоппесіог А сіізсоппесіог іп хуігіск Ьоііг сопіасіз о! еасіг роїе аге тоуаЬІе апсі еп§а§е аі а роіпі зиЬзіапііаіІу тісіхуау Ье- іхуееп іЬеіг зиррогіз. Иоіе. - Тігіз іегт аррііез іо кі§й-уока§е сіізсоппесіогз опіу. 441-14-08 Роз’єднувач з центральним розмиканням Роз’єднувач, в якому обидва контакти кожного полюсу є рухомими та змикаються приблизно посередині між його опорами. Примітка. - Цей термін застосовується тільки для роз’єднувачів високої напруги.
441-14-09 ОоиЬІе-Ьгеак сіізсоппесіог А сіізсоппесіог ікаі орепз а сігсиіі аі іхуо роіпіз. 441-14-09 Роз’єднувач з подвійним роз’єднанням Роз’єднувач, що роз’єднує коло у двох точках.
441-14-10 (іпесішпісаі) 8н>і1с1г А тескапісаі зсуііс1ііп§ сіеуісе сараЬІе оґ такіп§, саггуіпе апсі Ьгеакіпц сиггепіз ипсіег погтаї сігсиіі сопсііііопз хукіск тау іпсіисіе зресійесі орегаііп§ оуегіоасі сопсііііопз апсі аізо саггуїпе Іог а зресійесі ііте сиггепіз ипсіег зресійесі аЬпогтаї сігсиіі сопсііііопз зиск аз ікозе оґ зігогі сігсиіі. 441-14-10 Вимикач (контактний) Контактний комутаційний апарат, спроможний вмикати, проводити та вимикати струми при нормальних умовах у колі, у тому числі при обумовлених перевантаженнях, а також витримувати впродовж обумовленого часу струми при обумовлених ненормальних умовах у колі, таких, як коротке замикання.
32
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
Поіе. - А зхуіісй тау Ье сараЬІе ої такті; Ьиі по! Ьгеакіп§ зкогі-сігсиіі сштепіз. Примітка. - Вимикач може бути спроможним вмикати, але не вимикати струми короткого замикання.
441-14-11 ЕагПііп§ мііісіг А тескапісаі зхуіісіііп§ сієуісє іог еагікіп§ рагіз о£ а сіг- сиіі, сараЬІе ої \уііЙ8іап<ііп§ Іог а зресіїїесі Сіте сштепіз ипсіег аЬпогтаї сопсііііопз зиск аз ііюзе ої 8Йогі сігсиіі, Ьиі поі гсс[и ігссі іо саггу сиггепі ипсіег погтаї сопбіііопз о£ ііге сігсик. N016. - Ап еаіТ1гіп§ зміїск тау Ііауе а зкогі-сігсиіі такте сараску. 441-14-11 Перемикач заземлення Контактний комутаційний апарат, що застосовується для заземлення частин кола, спроможний витримувати впро- довж обумовленого часу струми при ненормальних умо- вах, таких як коротке замикання, але не обов'язково при- стосований для проведення струму при нормальних умо- вах у колі. Примітка. - Перемикач заземлення може мати здатність до включення при короткому замиканні.
441-14-12 Зн’іїсії-сііхсоппесіог А зу/іїсії, у/ІіісГі, іп [Ье ореп розкіоп, заіізйез [Ье І80Іаііп§ гериігетепіз зресіїїесі їог а сіізсоппесіог. 441-14-12 Вимикач-роз’ єднувач Вимикач, який у вимкненому положенні задовольняє вимо- гам щодо ізоляції, що є визначеними для роз’єднувачів.
441-14-13 (Заз егоігіїїр зюіїсіі А зсуіісіі іп хуЬісіі [Ье раз із єуоіуєсі апсі тоуесі Ьу [Ье ікегтаї асііоп ої [Ье агс. 441-14-13 Автогазовій вимикач Вимикач, у якому внаслідок термічної дії дуги витворю- ється та переміщується газ.
441-14-14[15][16] Зтісії [ОЕсоппесіог] [Зн’Нс/і- (ІІ5С0ППЄСІ0Г]-/і18Є А зсукск [сіізсоппес[ог] [зхуіїсії-сіізсоппесіог] іп суЬісіі опе ог тоге роіез.ігауе а і'изе іп зегіез іп а сотрозііе ипіі. 441-14-14[15][16] Вимикач [Роз’єднувач] [Вимикач- роз’єднувач]-запобіжник Комплектний апарат, що складається з вимикача [роз’єдну- вача] [вимикача-роз’єднувача], в одному або декількох по- люсах якого встановлено послідовно приєднаний запобіжник.
441-14-17[18][19] физе-зтісії [/иче-іііхсонпесіог] [/изе- птісії-сІЕсоппесІог] А з\уі[сЬ [сіізсоппесіог] [зхуіісії-сіізсоппесіог] іп лл/ЬісЬ а іизе-ііпк ог а Іизе-саггіег \уіік їизе-ітк їогтз [Ье тоуіпр сопіасі. 441-14-17[18][19] Запобіжник-вимикач [Запобіжник- роз’єднувач] [Запобіжник вимикач-роз’єднувач] Вимикач [роз’єднувач] [вимикач-роз’єднувач], у якому рухомий контакт утворюється вставкою або утримувачем зі вставкою запобіжника.
441-14-20 Сігсиіі-Ьгеакег А тескапісаі 8\уііскіп§ сієуісє, сараЬІе оГ такіп§, саггуіпр апсі Ьгеакіпр сштепіз ипсіег погтаї сігсиіі сопсікіопз апсі аізо такіпр, саїтуіпр Іог а зресійесі ііте апсі Ьгеакіпр сиг- гепіз ипсіег зресіїїесі аЬпогтаї сігсиіі сопсііііопз зиск аз іігозе ої зкогі сігсиіі. 441-14-20 Розмикач Контактний комутаційний апарат, здатний вмикати, про- водити та вимикати струм при нормальних умовах у колі, а також вмикати, проводити впродовж обумовленого часу та вимикати струми при обумовлених ненормальних умо- вах у колі, таких як коротке замикання.
441-14-21 СиггепІ-НтіІіп§ сігсиіі-Ьгеакег А сігсиіі-Ьгеакег \ук1і а Ьгеак-ііте зкогі епоирк іо ргеуепі [Ье зкогі-сігсиіі сиггепі геаскіпд ііз оікегхуізе аііаіпаЬІе реак уаіие. 441-14-21 Струмообмежувальний розмикач Розмикач з часом вимкнення достатньо малим, щоб запо- бігти досягнення пікового значення струму короткого за- микання.
441-14-22 Іпіе^гаїїу /изесі сігсиіі-Ьгеакег А сотЬіпаііоп, іп а зіпріє сієуісє, ої а сігсиіі-Ьгеакег апсі І'изез. опе їизе Ьеіпр ріасесі іп зегіез суіік еасії роїе ої іііе сігсиіі-Ьгеакег іпіепсіесі іо Ье соппесіесі іо арказе сопсіис- іог. 441-14-22 Розмикач із вбудованим запобіжником Комбінація розмикача та запобіжників в одному апараті, у якому кожний запобіжник встановлений послідовно з полюсом розмикача, призначеним для з’єднання з фазо- вим провідником.
441-14-23 Сігсиіі-Ьгеакег тііі Іоск-оиі ргеуеп1іп§ сіохіпр А сігсиіі-Ьгеакег іп сукіск попе ої іке тоуіпр сопіасіз сап таке сиггепі ії іке сіозіпр соттапсі із іпіііаіесі суігіїе іке сопсііііопз сукіск зкоиісі саизе іке орепіпр орегаііоп гетаіп езіаЬІізкесі. 441-14-23 Розмикач із блокуванням проти включення Розмикач, у якому жодний з рухомих контактів за коман- дою на вмикання не може ввімкнути струм, якщо зали- шаються умови, які можуть викликати вимикання.
441-14-24 Моиісіесі-сазе сігсиіі-Ьгеакег А сігсиіі-Ьгеакег Ііауіпд а зиррогііпр коизіпр оїтоиісіесі іпзиіаііпр таіегіаі їогтіпр ап іпіергаї рагі ої [Ье сігсиіі- Ьгеакег. 441-14-24 Розмикач у литому (формованому) корпусі Розмикач, корпус якого виготовлено з ізоляційного мате- ріалу, та складає єдине ціле з розмикачем.
441-14-25 Оеасі Іапк сігсиіі-Ьгеакег А сігсиіі-Ьгеакег суіііі іпіеггиріегз іп ап еагіЬесІ теіаі іапк. 441-14-25 Розмикач із заземленим баком Розмикач, комутаційні пристрої якого розміщені у мета- левому заземленому баку.
441-14-26 І.і\’е іапк сігсиіі-Ьгеакег А сігсиіі-Ьгеакег у.'Іііі іпіеїтиріегз іп а іапк іпзиіаіесі їгот еагік. 441-14-26 Розмикач з незаземленим баком Вимикач, у якому комутаційні пристрої розміщені в ізо- льованому від землі баку.
441-14-27 Аіг сігсиіі-Ьгеакег А сігсиіі-Ьгеакег іп сукіск іке сопіасіз ореп апсі сіозе іп аіг аі аітозркегіс ргеззиге. 441-14-27 Повітряний розмикач Розмикач, контакти якого розмикаються та замикаються у повітрі при атмосферному тиску.
441-14-28 ОН сігсиіі-Ьгеакег А сігсиіі-Ьгеакег іп сУІііск іііе сопіасіз ореп апсі сіозе іп оіі. Моїе. - Турісаі ехатріез о! оіі сігсиіі-Ьгеакегз аге ііує іапк тіпітит оіі сігсиіі-Ьгеакегз апсі сіеасі іапк Ьиік оіі сігсиіі- Ьгеакегз. 441-14-28 Масляний розмикач Розмикач, контакти якого розмикаються та замикаються у маслі. Примітка. - Характерними прикладами масляних розмика- чів є розмикачі з малим об’ємом масла у незаземленому баку та з великим об’ємом масла у заземленому баку.
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
33
441-14-29 Уасиит сігсиіі-Ьгеакег А сігсиіІ-Ьгеакег іп хуНісЬ Сіте сопіасіз ореп апсі сіозе хуійііп а ИідЬІу еуасиаіесі епуеіоре. 441-14-29 Вакуумний розмикач Розмикач, контакти якого розмикаються та замикаються в оболонці з високим вакуумом.
441-14-30 Сіах-ЬІаМ сігсиіі-Ьгеакег X сігсиіІ-Ьгеакег іп хуЬісЬ іЬе агс сіеуеіорз іп а Ьіазі оґ §аз. Иоіе. - ХУЬеге Йіе §аз із тоуесі Ьу а сіі ґґегепсе іп ргеззиге езіаЬІ і кітесі Ьу тесЬапісаІ теапз сіигіпд іЬе орспіп» орега- ііоп оґ іііе сігсиіІ-Ьгеакег, іі із іегтесі а зіп§1е ргеззиге §аз- Ьіазґ сігсиіі-Ьгеакег. 'Л'Ьеге ґЬе §аз із тоуесі Ьу а сііґґег- епсе іп ргеззиге езіаЬІізЬеб Ьеґоге [Не орепіп§ орегаііоп оґ іЬе сігсиіі-Ьгеакег, іі із іегтесі а сіоиЬІе ргеззиге ^аз-ЬІазі сігсиіі-Ьгеакег. 441-14-30 Розмикач з газовим дуттям Розмикач, у якому дуга розвивається у потоці газу Примітка. - Якщо переміщення газу забезпечується різ- ницею тиску, що створюється механічними засобами під час операції вимкнення розмикача, то його називають роз- микачем з одним ступенем тиску стисненого газу. Якщо переміщення забезпечується різницею тиску, яка утворена ще до операції вимкнення розмикача, то його називають розмикачем з двома ступенями тиску стисненого газу.
441-14-31 Зиірігиг Ііеха/Іиогісіе сігсиіі-Ьгеакег; 8Р6 сігсиіі-Ьгеакег А сігсиіі-Ьгеакег іп хуііісЬ іііе сопіасіз ореп апсі сіозе іп зиірігиг Ьехаґіиогісіе. 441-14-31 Елегазовий розмикач Розмикач, контакти якого розмикаються та змикаються в елегазі (шестифтористій сірці).
441-14-32 Аіг-ЬІазі сігсиіі-Ьгеакег А §аз-Ь1азі сігсиіі-Ьгеакег іп хуііісЬ іЬе §аз изесі із аіг. 441-14-32 Розмикач з повітряним дуттям Розмикач з газовим дуттям, у якому газом є повітря.
441-14-33 (тесіїапісаі) Сопіасіог А тесігапісаі з\уіісЬіп§ сієуісє Ьауіп§ опіу опе розіііоп оґ тезі, орегаіесі оіігегхуізе іііап Ьу Ьапсі, сараЬІе оґ такіп§, саітуіп§ апсі Ьгеакіп§ сиггепіз ипсіег погтаї сігсиіі сопсіі- Йопз тс1ис1т§ орегаїта оуегіоасі сопсііііопз Поіе. - Сопіасіогз тау Ье сіезідпаіесі ассогсііпе іо ііае теіЬосі Ьу хуіпсії ііге ґогсе ґог с!озіп§ іЬе таіп сопіасіз із ргоуісіесі. 441-14-33 Контактор (механічний) Контактний комутаційний апарат з лише одним сталим по- ложенням, з не ручним приводом, який спроможний вмика- ти, проводити та вимикати струми у нормальних умовах кола, включаючи оперування в умовах перевантажень. Примітка. - Контактори можуть відрізнятися у залежно- сті від способу, яким забезпечується зусилля для вмикан- ня головних контактів.
441-14-34 Ьаісігесі сопіасіог А сопіасіог, іііе тоут§ еіетепіз оґ хуЬісЬ аге ргеуепіесі Ьу теапз оґ а 1 аісЬіпе аітап§етепі ґгот геіигпіп§ іо іііе розі- ііоп оґ тезі хуЬєп іЬе орегаііп§ теапз аге сіе-епег§І2ес1. Коіез 1. - ТІїе 1аісЬіп§, апсі іііе геїеазе оґ іЬе 1аіс!ііп§, тау Ье тесЬапісаІ, е1есігота§пеііс, рпеитаііс, еіс. 2. - Весаизе оґ іЬе 1аісЬіп§, іііе Іаісіїесі сопіасіог асіи- аііу асциігез а зесопсі розіііоп оґтезі апсі, ассогсііп§ іо Сіте сіеґтіііоп оґ а сопіасіог іі із поі, зігісіїу зреакіп§, а сопіас- іог. Нохуєуєг, зіпсе іЬе ІаісЬесІ сопіасіог іп Ьоііі ііз иііІігаїіоп апсі ііз сіезщп із тоге сіозеїу геїаіесі іо сопіасіогз іп еепегаї іЬап іо апу оіЬег сіаззіґісаііоп оґ зхуіісЬіп§ сієуісє, іі із соп- зісіегесі ргорег іо гедиіге ікаі іі сотрііез хуіій іЬе зресійса- ііопз ґог сопіасіогз хуЬєгєуєг іЬеу аге арргоргіаіе. 441-14-34 Контактор із защіпкою Контактор, рухомі елементи якого утримуються від пове- ртання у стале (початкове) положення в умовах відсутно- сті подачі енергії на засоби оперування. Примітки 1. - Защіплення та вивільнення від защіпки мо- же здійснюватися механічними, електромагнітними, пнев- матичними та іншими засобами. 2. - У зв'язку з наявністю защіпки, контактор фактично набуває другого сталого положення і, згідно з визначенням контактора, він, строго кажучи, не є контак- тором. Проте, враховуючи, що контактор з защіпкою, за його застосуванням та конструкцією, ближче відноситься до контакторів, аніж до будь-якого іншого комутаційного апарату, доцільно вимагати, щоб він відповідав технічним умовам на контактори там, де вони застосовуються.
441-14-35 Сопіасіог геїау А сопіасіог изесі аз а сопігої зхуіісЬ. 441-14-35 Допоміжний контактор Контактор, що застосовуються як апарат кіл керування.
441-14-36 Іпвіапіапеоив сопіасіог геїау А сопіасіог геїау орегаііп§ ууііЬоиі апу іпіепііопаї ііте сіеіау. Иоіе. - Ііпіезз оіЬегхуізе зіаіесі, а сопіасіог геїау із ап іп- зіапіапеоиз сопіасіог геїау. 441-14-36 Допоміжний контактор миттєвої дії Допоміжний контактор, який спрацьовує без навмисної витримки часу. Примітка. - Якщо немає додаткових вказівок, то допомі- жний контактор є контактором миттєвої дії.
441-14-37 Тіте-Леіау сопіасіог геїау А сопіасіог геїау хуіііі зресіґіесі ііте-сіеіау сЬагасіегізіісз. Коїе. - ТЬе ііте-сіеіау тау Ье аззосіаіесі хуііЬ епег§ігаііоп ("е" сіеіау) ог хуіііі бе-епег§ігаііоп ("сі" сіеіау) ог ЬоіЬ. 441-14-37 Допоміжний контактор з витримкою часу Допоміжний контактор з обумовленими характеристика- ми витримки часу. Примітка. - Витримка часу може бути пов'язана з пода- чею енергії (витримка "е") або з припиненням подачі енергії (витримка "б") або з тим та іншим.
441-14-38 Зіагіег ТЬе сотЬіпаііоп оґ аіі іЬе зхуіісЬіп§ теапз песеззагу іо зіагі апсі зіор а тоіог іп сотЬіпаііоп хуііЬ зиііаЬІе оуегіоасі ргоіесііоп. N010. - Зіагіегз тау Ье «Тезі гпаіесі ассогсііп§ іо іЬе теіЬосі Ьу хуЬісЬ іЬе ґогсе ґог с1озіп§ іЬе таіп сопіасіз із ргоуісіесі. 441-14-38 Пускач Комбінація всіх комутаційних засобів, необхідних для пу- ску та зупинки двигуна у поєднанні з належним захистом від перевантажень. Примітка. - Пускачі можуть розрізнятися у залежності від способу забезпечення зусилля, необхідного для зами- кання головних контактів.
441-14-39 Мапиаі яіагіег А зіагіег іп хуЬісЬ іЬе ґогсе ґог сіозіпг іііе таіп сопіасіз із ргоуісіесі ехсіизіуеіу Ьу тапиаі спегеу. 441-14-39 Ручний пускач Пускач, у якому зусилля, необхідне для замикання голов- них контактів, забезпечується тільки м'язовою енергією.
34
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
441-14-40 Пігесі-оп-ііпе аіагіег А аіагіег іуЬісіі соппесіз Іііе Ііпе уока§е асгозз іке тоіог Іегтіпаїз іп опе 8Іер. 441-14-40 Одноступінчастий пускач Пускач, який подає напругу мережі на затиски двигуна шляхом одноступінчастої операції.
441-14-41 И-иіер аіагіег А аіагіег іп ’л/Іііск Йіеге аге (п - 1) іпіегтесііаіе ассе1ега1іп§ РО8ІІІОП8 Ьеіхуееп ІЙЄ ОЙ ДПСІ Й111 ОП РО8ІІІОП8. 441-14-41 И-ступінчастий пускач Пускач, який має (п -1) проміжне положення прискорення між положеннями відключення та повного включення.
441-14-42 Кііеоаіаііс аіагіег А аіагіег Ші1ігіп§ опе ог зесегаї ге8І8Іог8 ґог оЬіаіпіп£, сіиг- іп§ 8іагііп§, зіаіесі тоіог іогсще сЬагасІегізІісз апсі Гог Іітіі- іп§ ІЬе сиггепі 441-14-42 Реостатний пускач Пускач, у якому використовується один чи декілька рези- сторів для отримання під час пуску необхідних характе- ристик двигуна та для обмеження струму.
441-14-43 Кііеоаіаііс гоіог аіагіег А гЬеозіаііс аіагіег ґог ап ааупсйгопоиз \уоипс1-гоіог тоіог суііісЬ, с!игіп§ іке 8Іагііп§ регіосі, сиїв оиі 8иссе88ІУеІу опе ог зеуегаі ГЄ8І8ІОГ8 ргеуіоиаіу ргоуісіесі Іп Іке гоїог сігсиіі. 441-14-43 Реостатний роторний пускач Реостатний пускач для асинхронного двигуна з фазним ротором, який під час пуску відключає послідовно один чи декілька резисторів, які попередньо були ввімкнені у коло ротора.
441-14-44 Зіаг-сіеііа аіагіег А аіагіег ґог а іінее-рііазе іпсіисііоп тоіог 8исЬ ікаї іп іке 8іагііп§ розіііоп іке зіаіог \уіпсііп§8 аге соппесіесі іп зіаг апсі іп іке ґіпаї гиппіп§ розіііоп ікеу аге соппесіесі іп сіеііа. 441-14-44 Пускач «зірка-трикутник» Пускач для трифазного асинхронного двигуна, у якому на початку пуску обмотки статора з'єднані зіркою, а під час роботи - трикутником.
441-14-45 Аиіо-ігапа/оппег аіагіег А аіагіег ґог ап іпсіисііоп тоіог у.’ІіісЬ изез ґог 8іагііп§ опе ог тоге гесіисесі уоііааез сієпуєсі ґгот ап аиіо-ігапвґогтег 441-14-45 Автотрансформаторний пускач Пускач для асинхронного двигуна, який використовує для пуску одну чи декілька знижених напруг, отримуваних від автотрансформатора.
441-14-46 Сопігої аннісії (/ог сопігої апсі аихіїіагу сігсиііа) А тесЬапісаІ 8\уііс1ііп§ сіеуісе сукіск зегуез Іке ригрозе оґ сопіго11іп§ іке орегаііоп оґ з\уі(с1і§еаг ог сопігоідеаг, іп- с1ис!іп§ 8І§па11іп§, еіесігісаі іпіег1оскіп§, еіс. Ноіе. - А сопігої зсуіісіі сопзізіз оґ опе ог тоге сопіасі еіетепіз суіііг а соттоп асіиаііпа; зузіет. 441-14-46 Перемикач керування (для кіл керування та допоміжних кіл) Контактний комутаційний апарат, який служить для керу- вання операціями комутаційної апаратури або апаратури керування, у том числі сигналізацією, електричним бло- куванням тощо. Примітка. — Перемикач кіл керування містить один чи де- кілька контактних елементів та спільну привідну систему.
441-14-47 Коіагу (сопігої) аіуіїсії А сопігої 8\уііс1і ііауіпу ап асіиаіог іпіепсіесі іо Ье орегаїесі Ьу гоіаііоп. 441-14-47 Поворотний перемикач (керування) Перемикач керування з органом керування, що приво- диться у дію шляхом обертання його вала.
441-14-48 Рііоі аюіїсіі А поп-тапиаі сопігої зссіїск асіиаіесі іп гезропзе іо зресі- ґіесі сопсііііопз оґ ап ас1иаііп§ диапіііу. Поіе. - ТІїе ас1иаііп§ риапіііу тау Ье ргеззиге, Іетрега- іиге, уеіосіїу, Ііриісі ієуєі, еіарзесі Ііте, еіс. 441-14-48 Керований перемикач Перемикач кіл керування, який приводиться у дію без участі людини при обумовлених межах параметрів впливу. Примітка. - Параметрами впливу, можуть бути тиск, температура, швидкість, рівень рідини, час, тощо.
441-14-49 Роаіііоп аміїсії А рііоі зхуіїсії Іке асіиаііпд зузіет оґ хуііісЬ із орегаїесі Ьу а тоуіп§ рагі оґ а тасіїіпе, хуііеп Ііііз рагі геасЬез а ргесіе- Іегтіпесі розіііоп. 441-14-49 Позиційний перемикач Керований перемикач, привідна система якого приво- диться удію рухомою частиною машини, коли ця частина досягає заданого положення.
441-14-50 Итііам>ііс1і А розіііоп 8у/ііс1і 1іауіп§ розіііуе орепіп§ орегаііоп. 441-14-50 Кінцевий перемикач Позиційний перемикач з повного операцією відключення.
441-14-51 Ргохітіїу атісії А розіііоп зсуіісЬ сукіск із орегаїесі суіііюиі тесігапісаі сопіасі іуіііі іке тоуіпд рагі. 441-14-51 Безконтактний позиційний перемикач Позиційний перемикач, який спрацьовує без механічного контакту з рухомою частиною.
441-14-52 Еоо1а\гііск А сопігої зсуіісЬ 1іауіп§ ап асіиаіог іпіепсіесі іо Ье орегаїесі Ьу ґооі. 441-14-52 Педальний перемикач Перемикач керування, орган керування якого призначе- ний для оперування ногою.
441-14-53 Риаіі-Ьиііоп А сопігої зсуііск Ііауіпг ап асіиаіог іпіепсіесі іо Ье орегаїесі Ьу ґогсе ехегіесі Ьу а рагі оґ ІЬе Ьитап Ьосіу, изиаііу іке ґіп§ег ог раїт оґ іЬе капсі, апсі 1гауіп§ зіогесі епег§у (зргіп§) геіит. 441-14-53 Кнопковий перемикач Перемикач керування, орган керування якого призначений для оперування зусиллям частини людського тіла, зазви- чай, пальцем або долонею руки, з повертанням у вихідне положення за рахунок накопиченої енергії (пружини).
Надійшла 20.02.2007
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
35
УДК 621.313
СТРУКТУРІІЬІИ АНАЛИЗ И ПРИНЦИП СИММЕТРИИ ПРИ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИИ КОНСТРУКЦИИ ЗЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Конохов Н.Н., к.т.н., доц.
Донецкий институт железнодорожного транспорта
Украйна, 83018, Донецк, ул. Горная 6, ДонИЖТ, каф. "ЕСЕ"
тел. (062) 319-01-466 319-08-30, е-таіі: еііесйсігіі@уап<іех.ги
Розглянута історія теорії систем і теорії симетрії та їх застосування до аналізу окремих вузлів і елементів електри-
чних машин (ЕМ'). Із загальної позиції теорії систем та теорії симетрії розглянуті проблеми удосконалення констру-
кції ЕМ. Аналізуються переваги розвитку конструкції ЕМ с радиально-аксиальною системою охолодження (символ
симетрії п:т) перед ЕМ з аксіальною системою охолодження (символ симетрії пі).
Рассмотрена история теории систем и теории симметрии и их применения для анализа отдельньїх злементов и
узлов злектрических машин (ЗМ). С общей позиции теории систем и теории симметрии рассмотреньї проблеми со-
вершенствования конструкции ЗМ. Анализируются преимуіцества развития конструкции ЗМ с радиально-
аксиальной системой охлаждения (символ симметрии п:т) перед ЗМ с аксиальной системой охлаждения (символ
симметрии п).
ВВЕДЕНИЕ
Теория систем и теория симметрии имеют каж-
дая свою историю и относительно недавно стали при-
меняться для анализа технических систем.
Понятия "система" и "системний анализ" в науч-
ньіе исследования ввели философьі, биологи и психо-
логи: в 30-е годьі XX века философия явилась источ-
ником возникновения общественного направлення,
названного теорией систем [1]. Уже в 60-е годи поя-
вился термин "системотехника" (Темников Ф.Е.) для
технических направлений. Для других направлений ста-
ли использовать термин "системология" (Новиков И.Б.),
а для задач управлення - термин "кибернетика". В по-
следние годьі можно отметить появление даже специ-
альньїх учебников по "Теории технических систем" [2].
Разработка же теории симметрии и осознание
методологической значимости принципа симметрии
имеет более давнюю историю [3]. Еще в конце XIX
века П. Кюри писал о "симметрии злектрического и
магнитного полей", переосмьісливая классическое по-
нятие, переводя его с философского уровня на методо-
логический. В 1907 году в лекциях проф. Вульфа Г.В.,
изданньїх в России отдельной книжкой "Симметрия и
ее проявлення в природе", отмечается общность зако-
нов симметрии в мире живьіх организмов и в неорга-
нической природе.
Академик В.И. Вернадский в 20-х годах в серии
своих работ развивает идеи о широком научном значе-
ний принципа симметрии, оценивая симметрию как
"основной принцип понимания суїдего". В 1939 году
ученик Вульфа академик А.В. Шубников публикует
статью "Правило Ампера и симметрия мира", где от-
стаивает общий характер симметрии физических явле-
ний, а затем совместно с профессором В.А Копциком
во втором издании своей книги "Симметрия" обобщает
достижения в области учення о симметрии [4].
В 70-90 годах уже появляются отдельние рабо-
тьі, посвященньїе симметрии в технике и технологии
[5-7]. Например, в [6] проблема симметрии обсужда-
ется как предпосьілка к созданию теории художест-
венного конструирования в технике и машинострое-
нии. Отмечается, что "В технике (в конструировании)
симметрия означает такой принцип организации
злементов композиции, когда их взаимное располо-
жение дает возможность говорить о присутствии
оси симметрии, плоскости симметрии или других
признаков симметрии".
В предисловии к [4] заключается, что "Симмет-
рия, рассматриваемая как закон строения структур-
них обьектов, сродни гармонии. В способности ощу-
шать ее там, где другие ее не чувствуют, и состоит, по
нашему мнению, вся зстетика научного и художест-
венного творчества".
Таким образам, несмотря на разньїй возраст тео-
рия систем и теория симметрии начали применяться
для анализа технических систем примерно в одно
время: в 70е - 80е годьі XX столетия, а для теоретиче-
ских исследований ЗМ они начали применятся еще
позже и раздельно. Например, при разработки и соз-
дании в 90-е годьі единой международной серии
асинхронньїх двигателей (АД) стран СЗВ "Интер-
злектро" уже применялся системний анализ [8]. При-
чем, при разработке уникальной серии системний
анализ применяли как для типично большой системні,
включающей в себя проектирование, прогнозирова-
ние и планирование.
В качестве примера применения теории симмет-
рии для анализа подсистемьі ЗМ (злектрических об-
моток) можно привести ряд работ профессора
Дегтева В.Г. [9, 10, 11 и др.].
ЦЕЛЬ ПУБЛИКАЦИИ
В данной работе автор делает, как ему кажется,
первую попьітку обобщить на оснований системного
анализа опьіт применения принципа симметрии к ана-
лизу конструкции наиболее распространенньїх ЗМ,
какими являются АД.
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ СИММЕТРИИ К
АНАЛИЗУ КОНСТРУКЦИИ ЗМ
Системний анализ, как метод поиска путей раз-
вития технических систем, представляет значитель-
ньій конструкторский интерес, т.к. по определению в
[12] "Системний анализ - єсть прикладная диалекти-
ка", превращение проблеми в проблематику.
Если рассматривать ЗМ как структурний обьект,
систему, состоящую из разнородних злементов [1], то
такую систему можно представить.
5ЗМ = <3, И, М, К, ТВ, /?, 7>, (1)
где 8ЗМ - система (злектромеханическая) ЗМ;
3,И,М,К,ТВ - злектрические, изоляционньїе, магнит-
ние, конструктивньїе, тепловентиляционньїе злемен-
тьі типа А = {а,}; В = {г,} - связи между злементами
системи; 2-цель.
Модель системи АД (1), необходимая для даль-
нейшего анализа, представлена на рис. 1.
36
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
<11.,. В„. Р,
Рис. 1. Модель системи асинхронного двигателя
Рассмотрим возможности применения теории
симметрии к анализу конструкции узловьіх злементов
системи ЗД в соответствии с зтим рисунком.
Как уже отмечалось достаточно разработанной
является теория симметрии для подсистеми ЗМ -
злектрических обмоток. Применение проф. Деггевьім
В.Г. аналитического аппарата классической теории
симметрии позволило ему не только дать теоретиче-
ское толкование, адекватное понятию "симметрия
многофазной обмотки", но и производить научно
обоснованньїй анализ и синтез обмоток ЗМ. К недос-
татку публикаций [9, 10, 11] следует отнести отсутст-
вие примеров применения теоретических исследова-
ний для совершенствования обмоток конкретних ти-
пов ЗМ и нових их разработок.
В отношении подсистемьі магнитних злементов
- магнитопроводов теория симметрии могла би, на-
пример, дать об'ьяснение рекомендациям по вибору
соотношения числа пазов статора и ротора 21/22, ко-
торьіе до сих пор не имеют теоретического обоснова-
ния, а били полученьї подбором лучших соотношений
опитним путем. Также преимущества применения
магнитних клиньев более полно могут бить обьясне-
ньі с позиции теории симметрии.
В отношении конструктивних злементов имеют-
ся отдельньїе указания в плане общего машинострое-
ния, например [6], на то, что конструкция, обладаю-
щая весовой и геометрической симметрией, имеет
суженний спектр частот собственннх колебаний. По-
зтому рассмотрение и анализ вопросов вибрации и
механического и азродинамического шума ЗМ с при-
менением теории симметрии может дать новие под-
ходьі к решению зтих проблем. В качестве сравни-
тельного примера разрешения технических противо-
речий при создании аксиально-упругих подшипнико-
вих узлов для ЗМ [13] можно привести дисиммет-
ричную (символ симметрии п) конструкцию прототи-
па [14] и симметричную (символ симметрии п : /п)
конструкцию изобретения по патентам РФ [15], раз-
работанних для снижения виброактивности и дина-
мических нагрузок в подшипниковьіх узлових АД
серии ВА02 мощностью свьіше 500 кВт.
КОНЦЕПТУАЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПРИНЦИПА
СИММЕТРИИ ДЛЯ РАЗВИТИЯ КОНСТРУКЦИИ АД
Практический интерес представляет применение
принципа симметрии к анализу тепло-
вентиляционной подсистемьі АД - системе охлажде-
ния (СО)., т.к. конструктивньїе и технологические
резерви развития АД к концу XX столетия практиче-
ски били исчерпаньї.
Рис. 2. Сравнительньїе габаритьі АД разньїх серий (а) и
график уменьшения их масси по годам (б) [8]
Как бьіло показано в работах [16, 17] для средних
и крупних закритих (взрьівозащищенньїх) АД имен-
но системнеє решение СО определяет "конструктив-
ний скелет" всего злектродвигателя.
Классическим является примерно пропорцио-
нальное снижение масси и габарита АД при их оче-
редном совершенствовании (рис. 2). Обратимся к по-
следним достижениям западних фирм, т.н. евродвига-
телям, под которне создана прогрессивная шкала
МЗК: зти двигатели имеют более низкую вьісоту оси
вращения (в.о.в.) в сравнении с аналогичними отече-
ственними взрьівозащищенними (закритими) АД
серии ВА02, ВА04, 1ВА0, ВАД, ВАО5К, ВАО5П,
□ шкала Н=Г(Р), вьіполненая по рекомекцаїїиям МЗХ для "евродвигаїелей” серии НХК
□шкала Н=ЦР),рекоиеядуенаядля России [ІУ
шкала Н=Т(Р), вьіпускаемьіх в России и Украине закрьітьіх и взрьівобезопасньїх серии ЗД
Рис. 3. Шкала висоти оси вращения Іг = /(Р) для закритих
В/В А9Д (исп.1Р44) при 2р=4 в диапазоне
мощностей 200-1000 кВт
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
37
Рис. 4. Предлагаемое решение (одно из нововведений) развития симметричной конструкции от серии ВА02 к серии ВА05 [20]
Однако такое сравнение (а, следовательно, и пре-
имущество) евродвигателей не является корректньїм,
потому, что снижение в.о.в. (/і) достигнуто не про-
порционально со снижением удельной массьі т (см.
рис. 1, масса - габаритньїе критерии пі и її), а искусст-
венньїм удлинением ("растягиванием") ЗД т.е. путем
изменения пропорций между длиной И ВЬІСОТОЙ АД.
Вопрос о соотношении главньїх размеров £/Д и про-
порциях ЗД следует рассмотреть отдельно с учетом
общей теории пропорций [19]. В работах [16, 17] бьі-
ло показано, что чем в большей степени удлиняется
Двигатель по сравнению с классическим отношением
Д/Д, тем больше дисимметрия СО, больше перекос
температурьі по длине обмотки статора и, следова-
тельно, больше проигрьіш в зффективности охлажде-
ния ЗМ. С позиции теории симметрии "длинньїе"
двигатели требуют аксиальной СО (символ симмет-
рии її) и продольного обтекания труб и каналов охла-
ждения, а классические ЗМ могут развиваться по бо-
лее симметричной аксиально-радиальной СО (символ
симметрии п : т), сохраняющей преимущества попе-
речного, радиального обтекания труб и каналов охла-
ждения. Больше того, сохраняя поперечную плос-
кость зеркальной симметрии т (и желательно не
только для внутренней, но и для внешней схемьі ох-
лаждения) можно создавать новьіе конструктивньїе
решения СО для средних и крупньїх АД [17]. Для ил-
люстрации на рис. 4 показан, например, один из усо-
вершенствованньїх узлов СО [20], предназначавшийся
для новой серии ВА05[21], - в сравнении с СО АД
серии ВА02 [22]. Важно отметить и то, что новьіе СО,
которьіе могут бьіть созданьї с использованием прин-
ципа симметрии, отличаются многовариантностью
[16, 17], могут придавать новьій патентоспособньїй
внешний вид (дизайн) ЗМ и сериям отечественньїх
АД в целом.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. К концу XX столетия, как отмечалось в [8], из
конструкции ЗМ и материалов бьіло "вьіжато" почти
все (см. рис. 2 б).
2. Цельїй ряд "новьіх" серий ВЬІСОКОВОЛЬТНЬІХ
ЗД, созданньїх в начале XI века (ВА04, 1ВА0, ВАД,
ВАО5К, ВАО5П) практически не имеют преимуществ
по массо-габаритньїм показателям перед ЗД серии
ВАО2 (созданньїх в 70-е годьі).
3. Позтому необходимьіе новьіе конструктивньїе
решения могут бьіть найденьї с использованием не-
традиционньїх для ЗМ теорий: теории систем и тео-
рии симметрии.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Финаев В.И., Глод О.Д. Основи теории систем: Учеб-
ное пособие, Таганрог: издательство ТРТУ, 2000,-68 с.
[2] Голубенко А.Л. Петров А.С. Кашура А.Л. Теория тех-
нических систем. Учебное пособие. К. из-во "Ари-
стей", 2004.
[3] Овчинников Н.Ф. Симметрия - закономерность при-
роди и принцип познания // Принцип симметрии. -
М.: Наука, 1978. - С. 4-38.
[4] Шубников А.В., Копцик В.А. Симметрия в науке и
искусстве. - М.: Наука, 1972. - 340 с.
[5] Повилейко Р.П. Симметрия в технике. Новосибирск.
1974.
[6] Повилейко Р.П. Симметрия в технике // Принцип сим-
метрии. - М.: Наука, 1978. - С. 335-351.
[7] Дурнев В.Д., Талашкевич И.П. Симметрия в техноло-
гии.-СПб.: Политехника, 1993-256 с.
[8] Радин В, Рождение серии. Наука и техника. 1985,
С. 38-44.
[9] Дегтев В.Г. Синтез симметричних трехфазних обмо-
ток с заданньїм уровнем избирательности // Злектри-
чество - 1993 - №4. - С. 40-44.
[10] Дегтев В.Г. Симметрия и свойства многофазньїх обмо-
ток// Електротехніка і електромеханіка. - 2002.-№1. -
С. 23-27.
[11] Дегтев В.Г., Шульгин Д.Н. Свойства многофазньїх
обмоток с максимальиой симметрией //
Електротехніка і електромеханіка,- 2005 - №1,- С. 38-
40.
[12] Перегудов Ф.И. Тарасенко Ф.П. Введение в системньїй
анализ. -М.: ВШ, 1989.
[13] Конохов Н.Н.Разработка и применение аксиально-
упругих подшипниковьіх узлов в злектрических М.:
шинах // Трудьі респ. школьї - семинара молодьіх уче-
них: Повьішение зффективности генерирования, пере-
дачи и исгюльзования злектрознергии. Алушта, ноябрь
1985-И9Д АН УССР, Киев. - 1987. С. 2-9'
[14] Авт. св. СССР № 509949. Устройство для крепления
подшипника ротора злектрической машиньї //
А.Д. Глущенко, В.Е. Верхогляд, А.Д. Беленький и др.,
1976 г.
[15] Патент РФ № 792497. Подшипниковьій узел злектри-
ческой машиньї // Н.Н. Конохов, Е.В. Останкович и
др., 1993
[16] Конохов Н.Н. Об отечественной коицепции развития
конструкции крупньїх взрьівозащищенньїх злектро-
двигателей типа ВАО2.//Трудьі симпозиума "Злмаш-
2004", МА "Интерзлектромаш", Москва, октябрь 2004-
177, т.2, С. 21-26.
[17] Конохов Н.Н. Анализ концепций развития конструк-
ции крупньїх взрьівозащищенньїх злектродвигателей //
Електротехніка і електромеханіка.-2005. -№1- С. 47-
50.
[18] Переходньїе процессьі в злектрических машинах и
аппаратах и вопросьі их проектирования // Гольдберг
О.Д. и др. - М.: Вьісш. школа, 2001 -512 с.
[19] Повилейко Р. Архитектура машиньї. - Зап. - Сиб. кн.
отд., 1974, -95 с.
[20] Обоснование создания новой серии високовольтних
взрмвозащищенньїх злектродвигателей ВАО5. Техни-
ческий отчет ПИЖЦ 520058.00. рук. к.т.н. Конохов
Н.Н., УкрНИИВО, г. Донецк, 1996г. 11 с.
[21] Патент РФ №1725322. Злектрическая машина// Коно-
хов Н.Н., Збарский Л.А. Бурковский А.Н. Ширшим
И.Г., 1993 г.
[22] Авт.св. СССР №838922. Злектрическая машина //
Збарский Л.А., Конохов Н.Н., Макагон В.А. Поршнев
1О.В. Ширшин И.Г., 1981 г.
Поступила 22.09.2006
38
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
УДК 519.711.3:621.34
ІНТЕГРАЛЬНІ РІВНЯННЯ В МОДЕЛЮВАННІ
КЕРОВАНИХ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ СИСТЕМ
Мороз В.І., к.т.н., доц.
Національний університет "Львівська політехніка"
Україна, 79013, Львів, вул. Ст. Бандери, 12, НУ "Львівська політехніка",
кафедра "Електропривод і автоматизація промислових установок"
тел. (032) 258-26-20, е-таіі: утогог@ро1упеі.1уіу.иа
У статті па прикладі показано використання інтегральних рівнянь у моделюванні керованих електромеханічних си-
стем. З використанням неявних формул Адамса проведено аналіз точності та раціонального порядку формули число-
вого інтегрування.
В статье на примере показано использование интегральньїх уравнений в моделировании управляемьіх злектромехани-
ческих систем. С использованием неявних формул Адамса проведен анализ точности и рационального порядки фор-
мул численного интегрирования.
Дана стаття з'явилася внаслідок
бесід з проф. В.В. Фільиом, якому автор
вдячний за підтримку та розуміння.
ВСТУП
Опис динамічних властивостей електромеханіч-
них систем, у тому числі автоматизованих електро-
приводів, традиційно здійснюється диференціальними
рівняннями. Такий підхід має ряд недоліків у порів-
нянні із застосуванням інтегральних рівнянь для опи-
су динамічних процесів [1], [2]:
1) Під час диференціювання функції втрачається час-
тина інформації (для диференціального рівняння
першого порядку - початкові умови), у той же час
в інтегральному рівнянні початкові умови є не-
від’ємною частиною рівняння.
2) При розв’язуванні диференціального рівняння, на
відміну від інтегрального, за допомогою класич-
них числових методів нерідко виникає проблема
числової нестійкості.
Якоюсь мірою ці положення підтверджуються
практикою теорії автоматичного керування (ТАК) і
практикою налагодження автоматизованих електро-
приводів - введення до системи диференціатора часто
спричинює проблеми через посилення диференціато-
ром високочастотних завад і шумів.
Незважаючи на низку переваг, застосування ін-
тегральних рівнянь для опису динаміки електромеха-
нічних систем не отримало такого розповсюдження,
як використання диференціальних рівнянь. Залиша-
ються відкритими такі питання, як раціональний по-
рядок методу числового інтегрування, спосіб визна-
чення локальної похибки під час моделювання елект-
ромеханічних систем.
Таким чином, метою проведених досліджень є:
• визначення раціонального порядку числового інте-
гратора для моделювання динаміки керованих
електромеханічних систем, зокрема, сучасних ав-
томатизованих електроприводів;
• знаходження способу визначення локальних похи-
бок під час числового розв’язування інтегральних
рівнянь, що описують динаміку електромеханічної
системи.
Розглянемо застосування підходу з використан-
ням інтегральних рівнянь на досить простому прикла-
ді розрахунку динаміки двох режимів двигуна постій-
ного струму (ДПС) незалежного збудження: прямого
пуску і накидання навантаження. Вибір такого при-
кладу пояснюється простою можливістю аналітичної
перевірки отриманих результатів, а знайдені законо-
мірності можуть бути поширені на складніші системи.
Якірне коло ДПС можна зобразити заступною
електричною схемою (рис. 1), що описується рівнян-
нями електричної рівноваги:
^а-Сф-УЬа-іаПа = 0;
/д=ио)+—
Ьа о
де Vра - напруга на індуктивності якірного кола.
Перейшовши до якірного струму як до однієї з
основних змінних, матимемо
, і
іа (і) = іа (0) + — |(і/а - С (0(г) - іа (г) Яа) Л. (1)
а о
Рис. 1. Заступна електрична схема якірного кола ДПС
незалежного збудження:
С/„ - напруга на якорі двигуна; і„ - струм якірного кола; Д, -
індуктивність якірного кола; А'„ - опір якірного кола; е - ЕРС
якоря; С - стала двигуна; ш - кутова швидкість якоря; М -
електромагнітний момент; М,. - момент статичного опору
До цього рівняння додамо інтегральне рівняння
динаміки механічної частини приводу, що описує за-
лежність кутової швидкості ДПС від часу:
. і
ш(Г) = со(О)+— {(С-іа(Д)-Мсіі. (2)
7 0
Таким чином, режим прямого пуску двигуна по-
стійного струму описуватиметься системою інтегра-
льних рівнянь (3)
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
39
іа (О = Іа (0) +— /ОЛг - С • “(О - Іа (О ' па ) і
а 0
<в(0 = со(О) + — |(С-їа(г)-Л/с) СІІ,
7 О
(3)
яка доволі просто розв’язується за допомогою відо-
мих числових методів наближеного обчислення озна-
ченого інтегралу, зокрема, методу трапецій:
ґ Л + Л+і
І 2 /
(4)
Де [АпіпІ ?тах] - інтервал інтегрування; її = ?тах Гтіп
- крок інтегрування; N - число точок розбиття інтер-
валу інтегрування.
Застосувавши згаданий числовий метод (4) до
системи інтегральних рівнянь (3), отримаємо систему
неявних рекурентних рівнянь, що описують динамічні
режими ДПС:
її
Іаі+1 ~ + аі+1 + аі ~ С ' (ш;+1 + ~
~ + ІаіУ) ’ (^)
“/+1 + — (С'(‘аі+і +іаі)~(Мсі+1 +мсі^}
Ввівши позначення Та = ЬаІЕи і розв’язуючи сис-
тему неявних рівнянь (5) відносно змінних іам та
®,+і, матимемо систему явних рекурентних рівнянь
для опису часових процесів для струму якоря та куто-
вої швидкості двигуна постійного струму:
' _ 1 (2Та - /1) іаі +11 (27 (Цаі+} + ЦСІІ -,,,
‘аі+1 С2 -її2 + 2Я„-7 (2Ти+ІЇ)
...-2С-^ + Іг-С\МсМ+Мсі-С-іи^ (6)
_ Іі-С -Ці-іи иМ +цаі - С-Оі) + 4ТаКа -Іаі) + ...
(+1 ? 7
С-• /і2 + 2Ка 7 • (2Т„ + її)
... + Ка- (2Та + й)(27 • Ш; - її (Мсм + Мс,.))).
У випадку послідовної програмної реалізації ал-
горитму (спочатку обчислюють значення струму
/а+], а потім - значення швидкості со/+1), можна ско-
ристатися простішим варіантом системи рівнянь (6):
_2Ка }- (2Та - її) іаі + її (27 (Цам +Цаі-...
Іа‘+' С2-/?+27?а-7-(2Д,+/г)
...-2С-(аі) + И-С-(Мсі+і+Меі-С-іаі))-, (6а)
мі+1 = ~ (С ' (‘аі+і + ‘сц)- сі+1 + М сі ))•
Як приклад, для двигуна постійного струму не-
залежного збудження з параметрами:
- номінальна напруга якоря двигуна (7„ном = 220 В;
- стала двигуна С = 2.5 В-с’1;
- активний опір якірного кола = 0.25 Ом;
- електромагнітна стала часу якірного кола Т„ =
= 0.05 с;
- сумарний момент інерції приводу 7 = 0.5 кГм2;
7 /?,,
- електромеханічна стала часу /ем =----------— =
С2
= 0.02 с;
- номінальний момент навантаження (статичного
опору) М,"°м = 100 Нм,
за формулами (6) для кроку інтегрування /і = 0.01 с
проведено розрахунки перехідних процесів режимів
прямого пуску для номінальної напруги на якорі Щ,ном
та накидання номінального навантаження /17,"им після
розгону до номінальної швидкості соном (рис. 2).
СПОСОБИ ПІДВИЩЕННЯ ТОЧНОСТІ
Підвищити точність розв’язування інтегральних
рівнянь числовими методами можна двома способами:
1) зменшенням кроку (цілком очевидний спосіб) -
менш економний, на перший погляд, у зв’язку з
пропорційним зростанням обчислювальних ви-
трат;
2) підвищенням порядку формули числового інтегру-
вання (потрібно застосовувати з обережністю, бо,
як показали числові експерименти, для великих
значень кроку може дати протилежний до очікува-
... струм якоря
... швидкість (х2)
Рис. 2. Результати розрахунку за формулами (6)
для кроку її = 0.01 с
Порівняти ефективність обох способів можна зі-
ставляючи отримані результати з аналітичним розв’я-
зком, що для наведеної лінійної системи знаходиться
доволі просто - наприклад, із застосуванням прямого
і оберненого перетворень Лапласа. Для одержаних
вище рекурентних формул (6) слід очікувати другого
порядку точності, тобто, зі зменшенням кроку вдвічі
точність зросте у 4 рази, що підтверджується число-
вим експериментом (рис. 3), проведеним для двох зна-
чень кроку її = 0.02 і 0.04 с.
ФОРМУЛИ ІНТЕГРУВАННЯ ВИЩОГО ПОРЯДКУ
Виведення формул інтегрування є нескладною та
відомою процедурою (особливо, із застосуванням
комп’ютерних пакетів аналітичної математики): за п
рівновіддаленими на крок її точками будується апрок-
симаційний поліном
сіп 'х11 + • х,г +... + сі2 х +бї]'Х + бі0.
Далі знаходиться первісна (інтеграл) апроксимуючого
полінома для проміжку Щ; х1+|]. Хід знаходження фо-
рмули інтегрування показано нижче на прикладі фор-
мули третього порядку (використовуються три точки)
(див. рис. 4).
1) Задається апроксимаційний поліном другого по-
2
рядку: Р(х)-сі2'Х +«]•% +ар.
40
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
Відносні похибки (%) для її = 0.04 Відносні похибки (%) для Ь = 0.02
Рис. 3. Графіки похибок методу трапецій для двох значень кроку інтегрування
Рис. 4. Ілюстрація процесу побудови
формули числового інтегрування
третього порядку
2) За рівновіддаленими на крок /і трьома точками ар-
гументу хм, Хі, %/+і та відповідними їм абсцисами
Ум , Уі< Уі+і знаходяться коефіцієнти апроксимуючо-
го полінома:
а21і- +а}Іі + а0 = ум ;
«о = у і;
а21і2-аіН + а0 = у;_];
«0 = У і;
„ _ Уі+1 ~ У/'-і .
2/ґ
„ _ У/+1 -2У/ + У/-1
а2 “-----------------
3) Знаходиться первісна полінома:
З х2
|Р(х) сіх = «2 + «і — + аох + С .
2.1г2
4) Підставивши в одержану формулу первісної раніше
знайдені в п. 2 значення коефіцієнтів полінома і
значення сталої інтегрування С (дорівнює нулеві),
отримуємо формулу інтегрування, відому, як неяв-
на формула Адамса третього порядку:
її
Л'+1 = ц +“(5У/+1 +8У/ _У|-1) -
де /,, /,+і - значення інтегралу на г-му та і+ 1-ому кро-
ках інтегрування.
Для знаходження даних формул існує й інший
шлях - застосування інтерполяції за Лаґранжем чи
Ньютоном, але результат буде той самий: відомо, що
через задані точки можна побудувати лише один по-
ліном визначеного порядку. Відповідно, результатом
будуть формули числових інтеграторів, що знані, як
неявні формули Адамса.
Аналогічно, зі збільшенням кількості точок, за
якими будується апроксимаційний поліном, можна
отримати формули числових інтеграторів вищих, на-
приклад, четвертого і п’ятого порядків:
Л+і - Л +лт(9%+і + 19У/ -5Л-і +л-г);
Л+1 = Л + —(25ІУ/+1 +646у,- -264у(_, +
+ 106у,_2 -19у,_3).
Підвищення їх порядку призводить до зростання
точності та складності виразу для обчислень. У зв’яз-
ку з цим доцільно визначити раціональний порядок
формули числового інтегрування з метою забезпечен-
ня максимального кроку для локальної похибки в ме-
жах 10'3...10’4 (в межахт. н. "інженерної" точності).
Для аналізу раціонального порядку числового
методу можна використати два підходи:
1) на підставі дослідження частотних характеристик
числових інтеграторів, які розглядаються як циф-
рові фільтри - це запропоновано в [3], де за ре-
зультатами аналізу стверджується, що нема потре-
би у використанні числових інтеграторів вище
третього-четвертого порядків;
2) на підставі результатів числових експериментів; у
цьому випадку за перше наближення доцільно взя-
ти рекомендації п. 1, а далі провести їх уточнення.
Очевидно, що другий спосіб дає додаткову інфо-
рмацію в оцінці раціонального порядку числового ме-
тоду інтегрування. Як тестову використано вже рані-
ше розв’язану задачу (3), для якої отримані моделюю-
чі рекурентні рівняння на основі формул третього і
четвертого порядків. Знайдені вирази для швидкості ю
та струму якоря і„ для інтеграторів вищих порядків
мають доволі складний вигляд, тому в статті не наво-
дяться через брак місця. Похибки для формул інтег-
рування другого-четвертого порядків та різних кроків
(її = 0.01; 0.02 і 0.04 с) показані на рис. 5 (потрібно
звернути увагу на масштаб похибок).
Аналіз отриманих графіків показує наявність
практично незалежних від порядку числового інтегра-
тора похибок у розв’язку за дії стрибкоподібних збу-
рень (момент накидання навантаження для 7= 1с).
Такі похибки пояснюються розривом першого роду
функції розв’язку та її похідних. Формули ж числово-
го інтегрування апроксимують рішення обмеженим
розкладом у ряд Тейлора, який існує лише для непе-
рервних і диференційованих функцій. Таким чином,
наявність розривів у функції розв’язку може бути
джерелом досить суттєвих похибок під час моделю-
вання систем з імпульсними елементами.
ОЦІНКА ПОХИБОК РОЗВ’ЯЗУВАННЯ
У застосуванні інтегральних рівнянь для моде-
лювання динамічних систем актуальною є проблема
оцінки локальної похибки на кроці розв’язування. Та-
ка оцінка дозволяє використати стратегію автоматич-
ного вибору кроку розв’язування для підвищення ефе-
ктивності процедури розв’язування. З цією метою
можливе використання двох підходів:
1) застосування екстраполяції за Річардсоном [5], зо-
крема з одиничним і подвійним (або половинним і
одиничним) кроками; недоліком даного способу є
відчутне ускладнення процедури обчислень;
2) використання для оцінки локальної похибки фор-
мули вищого порядку, що є простішим у викорис-
танні і може ґрунтуватися на вже виконаних рані-
ше кроках інтегрування (даний підхід є досить
поширеним у прикладній математиці, зокрема, в
оцінці похибок числових методів інтегрування
диференціальних рівнянь [6]).
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
41
• • 2-ий порядок • 2-ий порядок 2-ий порядок
о А О 3-ій порядок Л “ “ 2-ІЙ порядок о А а 3-ій порядок
□ □ □ 4-ий порядок в-е-е 4-ий порядок е-е-а 4-цй порядок
а) для кроку Л = 0.04 с б) для кроку її = 0.02 с в) для кроку її = 0.01 с
Рис. 5. Графіки відносних похибок числових інтеграторів другого-четвертого порядків для різних кроків
Примітка: Зверніть увагу на масштаб кожного графіка.
Очевидно, що другий спосіб виглядає простішим
у використанні й не потребує великої кількості обчис-
лень. Проте пересторогою в його використанні є похи-
бки результатів моделювання, які показані на рис. 5, де
видно, що за наявності розривів у функції розв’язку
(момент накидання навантаження на двигун) практич-
но нема відмінностей у величинах похибок методів ін-
тегрування різних порядків. Практична перевірка дано-
го способу може бути здійснена таким чином:
• за допомогою неявної формули інтегрування тра-
пецій (другого порядку) знаходиться г-те значення
інтегралу за формулою
/('2) = Л-1 +“(Л'+1 +Уі);
• для уточнення отриманої величини інтегралу за-
стосовується неявний метод інтегрування Адамса
третього порядку, в якому г-те значення інтегралу
визначається за формулою
Л-3) =Л-і +“(5л+і +8л ;
• оцінка відносної похибки знаходиться з виразу
,(3) _ ,(2) о , _ ,
А,- = -4--- 100% = -Уі 3’'-+1—-100% .
/<2) 6-(у;+1+у,.)
Порівняння відносної похибки (стосовно аналі-
тичного розв'язку) та її оцінки за допомогою формули
інтегрування третього порядку для неявного методу
трапецій з кроком Її = 0.02 с показано на рис. 6 для
основних змінних моделі (рис. 1) - струму якоря та
кутової швидкості.
Таким чином, проведений простий числовий
експеримент показав прийнятність пропонованого
підходу для оцінки похибок числового методу під час
розв’язування інтегральних рівнянь. Деяка розбіж-
ність у результатах оцінки порівняно з точним зна-
ченням є допустимою в силу природи оцінки, яка сві-
дчить про необхідність зміни кроку інтегрування та
використовується в реалізації стратегії автоматичного
кроку розв’язування. Потрібно зауважити, що за на-
явності розривів у функції розв’язку (в даній моделі -
момент накидання навантаження), оцінка похибки да-
ла задовільний результат, що свідчить про можливість
узагальнення такого підходу для моделювання систем
з імпульсними елементами.
Рис. 6. Графіки відносних похибок у розрахунку динаміч-
них процесів для методу трапецій і кроку Іг = 0.02 с:
----- точне значення відносної похибки;
..... оцінка за допомогою методу інтегрування
третього порядку
Не таким оптимістичним виглядає застосування
для розв’язування формул вищого порядку: як при-
клад, розглянемо випадок застосування формули інте-
грування третього порядку та оцінки похибок за фор-
мулою четвертого порядку. Як показують числові екс-
перименти (рис. 7), таке поєднання дає менш точні
результати оцінки похибки і при цьому є значно скла-
днішим.
42
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
Струм якоря
2.5 ------------------------------
Швидкість
Рис. 7. Графіки відносних похибок у розрахунку динаміч-
них процесів для методу третього порядку і кроку /і = 0.02 с:
---- точне значення відносної похибки;
.... оцінка за допомогою методу інтегрування
четвертого порядку.
ВИСНОВКИ
Зазначені вище числові експерименти можна бу-
ло провести на складнішій моделі, але виходячи зі
стародавнього принципу "Не слід ускладнювати сут-
ності понад потребу", була застосована проста мо-
дель ДПС, яка виявилась достатньо інформативною
для аналізу та роздумів.
Аналіз отриманих графіків результатів та похи-
бок дає змогу зробити певні висновки:
1) за наявності в моделі імпульсних елементів поря-
док методу інтегрування (з метою забезпечення
заданої точності) не має визначального значення,
тому раціональним буде використання формули
інтегрування другого порядку (неявної формули
трапецій) з відповідним кроком; використання ме-
тоду трапецій має й побічні позитивні ефекти:
• спрощується реалізація стратегії автоматичного
вибору кроку розв’язування;
• деяке зменшення кроку для збільшення точності
розв’язування порівняно з методами вищих поряд-
ків дозволяє "акуратніше" відслідковувати зміни
функції розв’язку;
• не вносить фазних похибок в отримані з його до-
помогою цифрові моделі [3], [4], що є важливим у
дослідженнях замкнутих систем автоматичного
регулювання;
2) у разі гладкого розв’язку для отримання інженер-
ної точності (не вище 1О'3...1О'4) раціональним є
застосування формул інтегрування другого-
третього порядків; застосування формул вищих
порядків призводить до значного ускладнення
розрахункового виразу - аналогічного ефекту мо-
жна досягти незначним зменшенням кроку для
згаданих формул;
3) відсутнє накопичення похибок числового методу в
розв’язку.
Підсумовуючи вище сказане, можна зробити ви-
сновок про те, що раціональним варіантом для розв’я-
зування систем інтегральних рівнянь, що описують
динаміку сучасних керованих електромеханічних сис-
тем, є неявний метод трапецій.
Власне кажучи, про переваги .методу
| трапецій автор й сам давно підозрював,
але, як завжди, бракувало доказів...
Автор з нетерпінням очікує на дискусію щодо
поданого матеріалу чи його обговорення як на сторін-
ках журналу, так і в листуванні.
ЛІТЕРАТУРА
[1] Рііс В.. Едшуаіепїз МеіНосі їог Ьіпеаг Сігсиііз Тгапзіепїз
Саісиїаііоп. Ргосеесііпк ої Іпіегпагіопаї Сопїегепсе оп
Мосіегп РгоЬІегпз ої Теїесоттипісаііопз, Сотриіег 8сі-
епсе апсі Епдіпеегіпд Тгаіпіпд. ТСЗЕТ’2002, Ьуіу-ЗІаузко.
ЕеЬгиагу, 18-22, 2002, рр. 18-23.
[2] Верлань А. Ф., Москалюк С. С. Математическое моде-
лирование непрерьівньїх динамических систем. - К.:
Наукова думка, 1988. - 288 с.
[3] Мороз В. Аналіз чисельних методів для аналізу керова-
них електромеханічних систем// Тези доповідей 3-ої
Міжнародної науково-технічної конференції "Матема-
тичне моделювання в електротехніці, електроніці та
електроенергетиці", 25 - 30 жовтня 1999 р., Львів, Укра-
їна.
[4] Мороз В. Аналіз числових методів для моделювання
керованих електромеханічних систем// Вісник ДУ
"Львівська політехніка" "Електроенергетичні та елект-
ромеханічні системи", 2000, №403, с. 111-113.
[5] Марчук Г. И. Методьі вьічислительной математики. -
М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989. -608 с.
[6] Хайрер 3., Нерсетт С., Ваннер Г. Решение обьїкновен-
ньіх дифференциальньїх уравнений. Нежесткие задачи:
Пер. с англ. - М.: Мир, 1990.
Надійшла 01.09.2006
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
43
УДК 621.316.933.064.4
ВЛИЯНИЕ АКТИВАЦИИ НА ИЗНОС ЗЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ
Павленко Т.П., к.т.н, доц.
Национальньїй технический университет "Харьковский политехнический институт"
Украйна, 61002, Харьков, ул. Фрунзе, 21, НТУ "ХПИ”, каф. "Злектрические машиньї"
тел. (057) 707-68-44, факс (057) 707-66-01
У роботі розглянуті питання впливу процесів активації на знос електричних контактів. Враховуючи особливості
нового контактного матеріалу, а саме термоемісійну активність при виготовленні І експлуатації в реальних умовах,
можна сказати, що така контактна композиція може застосовуватися в конструкціях електричних апаратів з ду-
говою комутацією.
В роботерассмотреньї вопросьі влияния процессов активации на износ злектрических контактов. Учитьівая особен-
пости нового контактного материала, а именно термозмиссионную активносте при изготовлении и зкеплуатации в
реальних условиях, можно сказать, что такая контактная композиция может променяться в конструкциях злек-
трических аппаратов с дуговой коммутацией.
ВВЕДЕНИЕ
Учитьівая необходимость в низковольтной аппа-
ратуре, перед ученими стоит вопрос постоянного ее
обновлення. Поиск новьіх решений дает возможность
уменьшения габаритних размеров аппаратов, улуч-
шения параметров и характеристик срабатьівания,
осуществления подбора нових композиционних ма-
териалов для контактних, магнитних, токоведущих,
изоляционних и т.п. систем.
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЛ
Известно, что процесе коммутаций в злектриче-
ских аппаратах сопровождается дуговим разрядом в
межконтактном промежутке при размьїкании контак-
тов. В результате, наблюдаетея интенсивний износ
(зрозия) контактной поверхности. Скорость зрозии
поверхности катода находитея в тесной связи с тем-
пературой катодного пятна, плотностью тока, катод-
ного падения потенциала и т.п. [1]. Время неподвиж-
ности дуги и скорость последующего ее движения под
действием магнитного поля зависят от материалов
контакта, причем существенное значение имеет их
температура.
Рассмотренние изотерми поверхности контакта
(рис. 1,) нагреваемой дугой, перемещающейся со ско-
ростью 102 см/с показивают, что основної! обьем рас-
плавленной ванни, имеющей каплевидную форму,
располагаетея позади движущегося теплового источ-
ника. Каплевидная форма ванни может привести к
совершенно различному механизму разрушения кон-
такта при разних видах дутья. Так при воздушном
дутье зона уплотнения находитея за движущейся ду-
гой, зона наибольшей турбулентности охватьівает
максимальний обьем расплавленной ванни, что
должно приводить к интенсивному разбрьізгиванию и
видуванню расплавленного металла
Существуют различнме способи уменьшения зрозии
рабочей поверхности контактов. В основном ото те,
которие способствуют уменьшению времени сущест-
вования дуги на контактной поверхности, например,
дугогасительньїе устройства. Одним из распростра-
ненньїх способов является активирование поверхно-
сти [2], которое можно получать распилением или
конденсацией атомних и молекулярньїх паров, в ре-
зультате чего на подложке происходит неупорядочен-
ное осаждение. Полученние таким способом активи-
рованние поверхности обладают хорошими злектри-
ческими, механическими, магнитними свойствами. В
момент возникновения дуги между контактами под
действием температури происходит переход зарядов
от активного состояния к упорядоченному, что гово-
рит о бистром и скачкообразном изменении перехода
основания дуги по рабочей поверхности контакта.
Кроме того, активнме добавки имеют високую
способность к химическим реакциям, что может при-
водить к увеличению поверхности активирования.
Химические реакции могут протекать по двум на-
правленням:
- твердне тела активируютея механически, и не-
посредственно после зтого осуществляется реакция с
подходящим компонентом;
- участники реакции находятея в системе меха-
нической активации (влияние дуги).
44
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
Учитнівая влияние активации, в данном случае
появляются состояния с более сильннім возбуждением
частиц или реакции со значительно большими знер-
гиями активации. Общий вид активации имеет сле-
дующий вид (рис. 2):
Продолжительность реакции
Рис. 2. Схема протекания реакции:
а) реакция в необратимом состоянии; б) период индукции;
в) ход реакции во время активации; г) период затухания
Без механического активирования (рис. 2, а) на-
блюдается или незначительное превращение или оно
совсем не происходит. При механической обработке
происходит активация и реакция превращения усили-
вается (рис. 2, б). За зтим индукционньїм периодом
следует период стационарного течения реакции, соот-
ветствующий данньїм условиям обработки (рис. 2, в).
После прекращения подвода знергии активность по-
верхности и скорость реакции падает (рис. 2, г).
Анализируя различньїе способьі активирования,
и учитьівая, что катодное пятно преимущественно
привязьівается к участкам, имеющим более низкую
работу вьіхода, автор предлагает контактную компо-
зицию, имеющую локально-контрастную змиссион-
ную структуру рабочей поверхности, а именно, чере-
дование участков с большей и меньшей работой вьі-
хода. Такая структура достигается активированием
материала - основьі и при зтом контрастность обес-
печивается за счет наличия на поверхности зерен с
различньїми кристаллографическими плоскостями. С
учетом сказанного, в качестве активатора вьібран ок-
сид или гидроксид металла (МеО и Ме(ОН)2). Работа
вьіхода МеО - 0,99 зВ, Ме(ОН)2- 1,5 зВ [1, 2], в каче-
стве мариала-основьі ввібрана композиция на основе
серебро-никель (КМК-А30). При активировании ни-
келя работа вьіхода снижается от 4,5 зВ до 1,52 зВ,
серебра - 4,3... 1,56 зВ. Существенньїм различием
зтих активаторов является их температура плавлення:
1920°С для МеО, что существенно вьіше температурні
плавлення №, А§ ( 1460°С, 960°С ), и 760°С Ме(ОН)2,
что ниже температурьі спекания (860°С ...1030°С ).
Для исследований изготовлен образец контакта
методом порошковой металлургии из контактного
материала композиции А§№ с активатором Ме(ОН)2.
Как показали исследования в термозмиссионном
микроскопе, змиссионная структура активированньїх
материалов неоднородна: зерна серебра (светльїе)
имеют значительно большую работу вьіхода, по срав-
нению с зернами никеля (темньїе). На их фоне вьіде-
ляются, превосходя по яркости, частицьі активатора и
его скопления по границам зерен. Отсюда можно сде-
лать вьівод, что N1 находится в активированном со-
стоянии по сравнению с А» в присутствии данного
активатора (рис. 3)
Рис. 3. Микроструктура контактов с примесью активатора
(ув. 100-500)
Исследования влияния температурьі на змисси-
онную структуру показали (рис. 4), что при темпера-
туре 600...650 С (рис. 5, а) начинают светиться час-
тички активатора, что подтверждает их низкую рабо-
ту вьіхода при данном фазовом составе материала. До
температурні 700...750°С (рис. 4, б) наблюдается про-
цесе активирования никеля, что проявляетея в после-
дователнном покрьітии зерен никеля светлой пленкой.
При зтом наблюдается разная яркостн зерен, что обь-
ясняется их разной кристаллографической ориентаци-
ей. При температуре 850°С (рис. 4, в) происходит де-
зактивирование никеля при дальнейшем увеличении
змиссии частиц активатора
а) б) в)
Рис. 4. Термозмиссионное изображение с примесью
активатора (ув. 490)
Зто говорит о том, что при неизбежном термиче-
ском дезактивировании участков в зоне контактних
пятен инициируетея их перемещение на участки с
более низкой температурой (рис. 5).
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
45
Продолжительность реакции
Рис. 5. Схема протекания реакции без периодов
индукции и затухання
Таким образом, анализируя рис. З, рис. 5 можно
сказать, что стационарная область у самьіх разньїх
реакции примерно одинакова, а периодьі индукции и
затухання протекают различньїм образом. На рис. 5
степень превращения в период индукции повьішается
очень круто с началом данной реакции, что говорит о
возникновении дуги и вьісокой скорости превращения
(активирования), а в момент прекращения горения
дуги или возбуждения частиц, что приводи? к резкому
снижению температури - наблюдается крутой спад.
Проведенньїе зкспериментьі и результатні, полу-
ченньїе с помощью термозмиссионного микроскопа,
также показали, что контактная поверхность имеет
резко вьіраженньїй змиссионньїй контраст. Дезактива-
ция наступает при температуре, что ниже температурні
плавлення не только никеля, но и серебра. Зто дает
основание говорить о том, что следует ожидать замет-
ного уменьшения зрозии поверхности контактов.
Как показали предварительньїе испьітания данной
композиции в системе с контуром, содержащим маг-
нитное дутье и при токе 3,7-10,5 кА, а также в некото-
рьіх злектрических аппаратах (табл), зрозия активиро-
ванной композиции 1,5 -2,5 раза меньше, чем не акти-
вированной и имеет резкий контраст по характеру.
Испьітания нового контактного материала также
проводились в конструкциях злектрических аппара-
тов. А именно в автоматических вьіключателях
(табл. 1).
Таблица 1
Результатні испьітаний автоматических вьіключателей
Аппарат Параметри Режими испьітаний на соответствие ТУ
Контакти ьіе композиции КМК-АЗОм/КМК- АЮм СИЗО* СНЗО’ (актив ир.)
Ком. износ ПКС, кА О-ВО (износ) Ком. износ ПКС, кА О-ВО (износ)
ВА51-35 І„=250А 4000 ц. 40% 15-18 100% 4000 ц. 20% 15-18 80%
ВА51-37 І„=400А 2000 ц. 35 % 25 100% 2000 ц. 25% 25 80-90 %
ВА51-39 І„=630А 2000 ц. 40% 35 100% 2000 ц. 30% 35 85 %
ВА57-31 І„=100А 2000 ц. 35 % 25-60 100% 2000 ц. 25 % 25-75 85 %
симости от тока и напряженности магнитного поля
соответствует некоторьім закономерностям. С увели-
чением напряженности поля уменьшается значение
тока дуги, начиная с которого скорость дуги резко
возрастает.
Наличие змиссионно-активной фазні определен-
ного размера в злектродном материале обусловливает
развитие на рабочей поверхности псевдодиффузион-
ного дугового разряда. При зтом на катоде возникают
катоднніе пятна 1 рода, которьіе характеризуются вьі-
сокой подвижностью и мальїми размерами.
Интенсивность зрозии снижается в результате
уменьшения теплового потока со сторонні катодного
пятна и, соответственно, меньшего разогрева злек-
трода в зоне привязки дуги.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, данную композицию с опреде-
ленньїм содержанием активирующей добавки можно
исполнзовать в аппаратах с дуговой коммутацией то-
ка. Полученньїе результатні исследований открьівают
новьій зффективньїй путь улучшения параметров
злектрических аппаратов и зкономии дорогостоящей
составляющей композиции - серебра. Данная активи-
рующая добавка способствует созданию грубодис-
персной композиции, которую можно исполнзовать
при одноименном контактировании поверхностей, а
также имеется возможность отказа от токсичньїх ком-
понент, которьіе используются в злектрических кон-
тактах для бністрого гашення дуги, например, окиси
кадмия.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Зьїкова Н.М., Канцель В.В., Раховский В.И. Изучение
злектронньїх пятен сильноточной злектрической дуги
при различньїх давленнях в инертньїх газах в вакууме. -
В кн. Сильноточньїе злектрические контактні. Киев,
Наукова думка, 1970. - 110 с.
[2] Фоменко В.С. Змиссионньїе свойства материалов.
Справочник.-Киев: "Наукова думка", 1981.- 338 с.
[3] Физико-химические свойства окислов. Справочник. І
Под ред. Самсоиова Г.В.- М.: Металлургия, 1978.- 472 с.
[4] Лугостійкий електричний контакт. Патент 6960 від
30.03.95. КригінаТ.П., Павленко Ю.П. та інші.
Поступила 14.09.2006
Из проведенньїх зкспериментов также видно, что
характер изменения скорости движения дуги в зави-
46
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
УДК 621.3
НЕЧЕТКИЙ РЕГУЛЯТОР ОХЛАЖДЕНИЯ СИЛОВОГО МАСЛЯНОГО
ТРАНСФОРМАТОРА НА ОСНОВЕ ПРОГНОЗА ИЗМЕНЕНИЯ ВОЗМУЩАЮЩИХ
ФАКТОРОВ
Поляков М.А., к.т.н., доц.
Запорожский национальньїй технический университет
Украйна, 69063, Запорожье, ул. Жуковского, 64, ЗНТУ, кафедра "Злектрические аппаратьі"
тел (061) 289-16-10, е-таіі: ро1уакоу@2пїи.есіи.иа
Розглядається структура та принципи побудови нечіткого регулятора охолодження потужного трансформатору, у
якому з метою зменшення термічного зносу ізоляції трансформатору використовується лінгвістичні змінні прогнозу
зміни струму навантаження та температури навколишнього середовища.
Рассматриваются структура и принципи построения нечеткого регулятора охлаждения силового трансформатора,
в котором с целью уменьшения термического износа изоляции трансформатора используются лингвистические пе-
ременньїе прогнози изменения така нагрузки и температури окружающей средьі.
ВВЕДЕНИЕ
Как известно [1], принудительное охлаждение
существенно снижает термический износ изоляции
силового масляного трансформатора. Вместе с тем,
работа самой системьі охлаждения связана со значи-
тельньїми зксплуатационньїми расходами и задача
регулятора охлаждения, с одной стороньї, не допус-
тить ускоренного термического износа изоляции
трансформатора в результате ее перегрева, а с другой
- минимизировать зксплуатационньїе расходьі на сис-
тему охлаждения, которьіе, в нервом приближении,
пропорциональньї времени ее работьі. В известньїх
системах используются релейньїе регуляторьі с об-
ратной связью по вьіходной переменной обьекта
управлення - текущей температуре обмотки транс-
форматора или верхних слоев масла. Возмущающими
факторами в регуляторе являются ток нагрузки и тем-
пература окружающей средьі. Недостаточная зффек-
тивность регулятора с такой структурой вьізвана ха-
рактером изменения возмущающих воздействий в
системе регулирования охлаждения трансформатора,
сложностью физических процессов, определяющих
температуру злементов его конструкции, в нервую
очередь температуру изоляции трансформатора. Так,
скачкообразньїй рост тока нагрузки приводит к бист-
рому повьішению температури обмотки и изоляции
трансформатора, а температура масла после включе-
ння системи охлаждения уменьшается значительно
медленнее, поскольку тепловая постоянная времени
масла на два порядка больше теплових постоянних
обмотки и изоляции трансформатора.
В последнее время силовьіе трансформатори ос-
нащаются системами непреривного контроля техни-
ческого состояния (СНКТС), в состав которих входят
промьішленние контроллери и компьютерьі, имею-
щие виход в Интернет [2]. Зто позволяет расширить
информационную базу для управлення охлаждением,
в частности использовать базу данних СНКТС для
прогнозирования изменений возмущающих факторов
и построения регулятора с упреждающим управлени-
ем по возмущению (ТеесІ Гогм'агб Ггот ргосезз сіікШг-
Ьапсез). Как правило, прогноз носит качественньїй
характер и, позтому, перспективно применение для
управлення охлаждением принципов нечеткого
управлення [3].
СТРУКТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ ОХЛАЖДЕНИЯ
С точки зрения теории автоматического управ-
ления, структура регулирования охлаждения силового
масляного трансформатора определяется целями ре-
гулирования, заданием на регулирование, перемен-
ними процесса управлення, возмущающими воздей-
ствиями, режимами охлаждения, управляющими пе-
ременними и типом регулятора. Возможние вариан-
тьі структур регулирования приведень! в табл. 1.
В таблице использованьї следующие условньїе
обозначения: ®о, ®от -текугцая, максимально допус-
тимая температура масла; 0/, 0/т" - текущая, макси-
мально допустимая и прогнозируемая температура
обмотки; І, N1" - текущее значение, прогноз измене-
ния тока нагрузки; ®а, А®а", - текущее значение, про-
гноз изменения температурні окружающей средьі; V,
Таблица 1
Структури регулирования охлаждения силового масляного трансформатора
Вариант структур ЬІ Цель регулирования Задание на регулиро- вание Переменньїе процесса управлення Возмущающие воздействия Управляющие переменньїе Тип регулятора
1 Ограничение віт Оот 00, N. Д^ Релейний
2 Ограничение віт Оот , 0ііп 00, 01 І, ва N. NN. М Релейньїй, неметкий
3 Ограничение віт" <дот, віт 00, 01 1, ва, М", Ава" N. Мі, М Нечеткий
4 Ограничение V Ут У І, всі N. NN. М Нечеткий
5 Ограничение V" Ут У 1, ва, М", Д0а" N. Мі, М Нечеткий
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
47
Ут, У" - текущая, максимально допустимая и прогно-
зируемая относительная скорость термического изно-
са изоляции; N - количество ступеней охлаждения,
включенньїх в текущий момент; А/У - приращение
количества включенньїх ступеней охлаждения в ре-
зультате регулирования; М - управление включением
вентиляторов ступеней охлаждения. Некоторьіе пере-
менньїе структур регулирования могут бьіть заданьї в
относительной форме: К - козффициент нагрузки (от-
ношение тока І к поминальному току); Д7С - прогноз
изменения козффициента К относительного его теку-
щего значення; А0/ - запас по температуре обмотки
(0//п - ®ї) и т. п. Зто позволяет повьісить универ-
сальность соответствующего регулятора.
Структура 1 является наиболее простой в реали-
зации. Она использует только одну измеряемую вели-
чину (0о), не требует вьіполнения вьічислительньїх
операций и может бьіть реализована аппаратно. В
структуре 2, за счет непосредственного измерения
®іт и учета текущих значений возмущающих воздей-
ствий (/, 0«), более полно реализуется цель регулиро-
вания и возможно разделение режимов охлаждения
ОРДИ и ОРАР. Переход к структуре 3 позволяет
уменьшить усредненную в интервале прогноза темпе-
ратуру 0шГ за счет опережающего включення и ви-
ключення ступеней системи охлаждения. Проиллю-
стрируем идею опережающего управлення по возму-
щению на примере прогноза тока нагрузки І. Данньїе
[4], полученние СНКТС в период зксплуатации, сви-
детельствуют о наличии существенньїх колебаний
нагрузки тока нагрузки в течение суток, которьіе вьі-
званьї интенсивной работой общественного транспор-
та в "часи пик", режимом работи промьішленних
предприятий, расходами злектрознергии на освеще-
ние, битовьіе нужди и другими факторами. Действие
зтих факторов повторяется с периодом суток и неде-
ли, что позволяет предсказать характер изменения
тока нагрузки І. Если к текущему моменту времени ч
система охлаждения имеет прогноз резкого увеличе-
ния тока І в интервале времени [і2, <з], із> і2> і\, то зто
дает возможность уменьшить температуру масла 0о к
моменту времени і2 путем включення охлаждения в
момент і\<^.<12. В результате чего уменьшится износ
изоляции в интервале времени [гь г3] и, возможно при
і>і2. Источником прогноза могут служить статистиче-
ские данньїе, накопленние СНКТС в предидущие
периоди зксплуатации трансформатора или посту-
пающие извне, например метеорологический прогноз
изменения температурні воздуха. Основними пара-
метрами прогноза, существенньїми для управлення
охлаждением, являются: временной интервал прогно-
за, значение и погрешность определения прогнози-
руемой величини в интервале прогноза. Временной
интервал прогноза вьібирается равним двум - трем
тепловим постоянним времени системи охлаждения.
Структура 4 дополнена блоком расчета скорости
V, интегрируя которую по времени можно непрерьів-
но определять относительное сокращение срока
служби изоляции в результате термического износа и
оценивать остаточний ресурс изоляции трансформа-
тора. Скорость У определим по формуле [1]:
у _ 2 /1)
где 0/1 - температура наиболее нагретой точки изоля-
ции трансформатора, при которой относительная ско-
рость термического износа изоляции равна единице
(для бумажной изоляции температура 0/1 принимает-
ся равной 98°С).
Учет в структуре 5 значений прогнозов измене-
ния возмущающих факторов также позволяет умень-
шить скорость У".
СТРУКТУРА НЕЧЕТКОГО РЕГУЛЯТОРА
Как уже отмечалось, реализация структур регу-
лирования охлаждения, приведенних в табл. 1, воз-
можна с применением регулятора нечеткого типа.
Структура нечеткого регулятора описьівается лин-
гвистическими переменньїми, базой правил неметких
продукций и алгоритмом нечеткого вьівода [3]. Каж-
дая лингвистическая переменная определена как кор-
теж <|3/, Т), X, > , где (З,- - название; 7} - базовое терм-
множество; А) - область определения неметких пере-
менньїх /-ой лингвистической переменной. Терм-
множество 7} задается перечислением лингвистиче-
ских термов с описанием их функций принадлежно-
сти. Для ограничения обьема базьі правил неметких
продукций, в предлагаемом автором регуляторе мощ-
ность терм-множества принята равной трем злемен-
там - N3 (отрицательное большое), 2 (близкое к ну-
лю), РВ (положительное большое). В качестве функ-
ций принадлежности вьібраньї: для N6 - гтґ (2 - об-
разная); для 2 - ігартТ (трапециевидная) или рітґ (77-
образная); для РВ - зтґ (5-образная). Перечисленньїе
функции принадлежности являются кусочно-
линейньїми и задаются относительно небольшим чис-
лом точек. Границьі областей А) определеньї техниче-
скими характеристиками трансформатора и рекомен-
дациями руководства по нагрузке [1]. База правил
неметких продукций содержит, в зависимости от тре-
бований к качеству регулирования, количества вход-
ньіх и вьіходньїх лингвистических переменньїх, со-
держит от 10 до ЗО правил типа «ЕСЛИ "множество
подусловий, соединенньїх операцией нечеткой конь-
юнкции или дизьюнкции" ТО "заключение"». Поду-
словия и заключения в правилах представляли- собой
нечеткие вьісказьівания относительно используемьіх
лингвистических переменньїх. В предлагаемьіх регу-
ляторах использован широко распространенньїй алго-
ритм нечеткого вьівода Мамдани.
Поскольку описьіваемьіе регуляторьі предпола-
гается реализовьівать в промьішленньїх контроллерах,
то специфицирование регуляторов вьіполнено на язьі-
ке ГСЬ (Еихху Сопітої Ьап§иа§е) в соответствии со
стандартом ІЕС 61131-7. В качестве примера, приве-
дем функции принадлежности термов (рис. 1) и фраг-
мент специфицирования на язьіке РСЬ (рис. 2) лин-
гвистической переменной "прогноз изменения козф-
фициента нагрузки".
48
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
—«—N6
—0—2
—А—РВ
Рис. 1. Функции принадлежности термов N6, 2. РВ
лингвистической переменной "прогноз изменения
козффициента нагрузки"
РІЖСТІ(Ж_ ВЬОК регулятор
УАК. ІИРІІТ
прогноз изменения козффициента нагрузки: КЕАЬ;
ЕМ)_УАИ
РП22ІГ¥ прогноз изменения козффициента нагрузки
ТЕКММВ := (-0,6, 1) (-0,4,0)
ТЕКМ 2 := (-0,5, 0) (-0,3, 1) (0,3, 1) (0,5, 0)
ТЕКМРВ := (0,4,0) (0,6, 1)
ЕМВ_РЬ22ІР¥
емо_ріімстюм вьок
Рис. 2. Фрагмент спецификации лингвистической
переменной "прогноз изменения козффициента нагрузки"
на язьіке РСЬ
МОДЕЛИРОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ НЕЛЕТКОГО
РЕГУЛЯТОРА
Описанньїе вьіше структурні регуляторов модели-
ровались в среде пакета програми МАТЬАВ. Модель
системні охлаждения, кроме собственно регулятора, со-
держит блоки генерации возмущающих воздействий и
их прогнозов, термодинамическую модель трансформа-
тора и блок оценки качества регулирования.
Для настройки регулятора параметри зависимостей
от времени возмущающих воздействий стандартной
формні внібранні в соответствии с [1]. Температура ок-
ружающей средьі изменяется по синусоидалнному зако-
ну с периодом равньїм суткам, а ток нагрузки рассмат-
ривается как ступенчатая функция, состоящая из одной
ступени направленной вверх, и через некоторое время
одной ступени, направленной вниз.
Блок генератора прогнозов формирует значение
А/", Два" возмущающих воздействий І, &а на срок про-
гноза относительно текущих значений зтих воздейст-
вий. Прогноз моделируется на основе модели сме-
щенного во времени на срок прогноза текущего зна-
чення возмущающего воздействия. При зтом прогно-
зируемое значение возмущающих воздействий усред-
няется в окрестности точки времени прогноза.
Нечеткий регулятор представляет собой блок
ґигху 1о§іс сопігоііег, конфигурированньїй в пакете
Гихху Ьо§іс входящем в МАТЬАВ.
Термодинамическая модель трансформатора
формирует значение температури верхних слоев мас-
ла, как результат процессов нагрева и охлаждения,
которьіе описьіваются уравнением теплового баланса.
Параметри модели зависят от режима охлаждения.
Блок оценки качества регулирования формирует
два критерия: технический - расход £ ресурса изоля-
ции трансформатора в результате термического изно-
са и зкономический - зкономическая зффективность
регулирования охлаждения. Расход Ь определяется
путем интегрирования скорости V по времени в ин-
тервале моделирования. При зтом, скорость V рассчи-
тьівается по формуле (1), если температура ®і нахо-
дитея в пределах (80<®/<140°С по [1]), в которьіх
уменьшение V в интервальї времени когда козффици-
ент К<1 компенсируется увеличением V в интервальї
времени когда козффициент /<> І. При ®('<80°С при-
нимаетея 7=0,125, а при ®/>140°С - 7=128. Зкономи-
ческая зффективность регулирования охлаждения
определена как разность между ценой езкономленно-
го ресурса изоляции и затратами на систему охлажде-
ния. При зтом такие зкеплуатационньїе расходьі на
систему охлаждения как расход злектрознергии, рас-
ход ресурса злектродвигателей, вентиляторов и насо-
сов принятьі пропорциональньїми времени, когда ох-
лаждение включено, а для коммутационньїх злемен-
тов - пропорциональньїми количеству включений.
Моделирование процессов охлаждения проводи-
лось на временном интервале равном суткам для
трансформатора (АТДЦН 100000/220/150) с одной
ступенью системні охлаждения, работающей в режи-
мах ОNАN и ОРАР. Параметри модели системьі ох-
лаждения вьібраньї таким образом, чтобьі моделируе-
мьіе тепловьіе процесові соответствовали результатам
теплових испьітаний реального трансформатора, а
ередняя относительная скорость износа изоляции
равнялась единице при нагреве изоляции током на-
грузки с параметрами, рекомендованними для режи-
ма систематических нагрузок по [1] и регулировании
охлаждения с помощью релейного регулятора. В ре-
зультате моделирования системи охлаждения с не-
летким регулятором при тех же токах нагрузки расход
ресурса изоляции снизился на 7-9%.
Пример результатов моделирования процессов
охлаждения трансформатора с одной ступенью охла-
ждения в режимах ОNАN и ОЕАЕ приведен на рис. 3.
На рис. З изображеньї сверху вниз графики тем-
ператури верхних слоев масла, тока нагрузки, про-
гноза изменения тока нагрузки, температури окру-
жающей ереди, прогноза изменения зтой температу-
ри, режима охлаждения("1" соответствует режиму
ОЕАЕ, а "0" - ОМАМ) и расхода ресурса изоляции.
Один из вариантов предложенних структур ре-
гулирования реализован [5] в виде части программно-
го обеспечения промьішленного контроллера 8ЬС
(компания Косктоеіі Аиіотаїіоп, США), которьіе при-
меняютея в учебно-научной лаборатории АСУ ТП
Запорожского национального технического универси-
тета. Программирование алгоритма регулирования
виповнено на язьіке программирования ЬВ по стан-
дарту ІЕС 61131-3 в среде пакета В8Ьо§іх програм-
мирования контроллеров. Программа регулятора про-
тестирована путем сравнения с результатами модели-
рования идентичной системи в среде пакета Ригху
Ьо§іс. Максимальнеє время программного скана про-
грамми в контроллере 8ЬС500 составило около трех
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
49
секунд, что приемлемо при регулировании теплових
процессов с большими постоянньїми времени. Для
уменьшения времени загрузки процессора контролле-
ра задачей нечеткого регулирования предполагается в
дальнейшем вьіполнять ее в среде приложений
8САОА - системи или МАТЬАВ исполняемьіх на
промьішленном компьютере СНКТС, используя
функции ГЮЕ для обмена данннми между отими
приложениями и контроллером.
Рис. 3. Пример моделирования процессов охлаждения
трансформатора
ЛИТЕРАТУРА
[1] ГОСТ 14209-97. Руководство по иагрузке силових мас-
ляних трансформаторов.
[2] Ріпк Т, 8 (судні Р. Ро'Л’сг ТгапзГогтег СопИоІ Зузіет Г)е
уеіортепід ргоуісііп§ ітргоуесі геІіаЬіІііу апсі іпсгеазесі
оуегіоасі сарасіїу / /Ргосеесііп§ оі' ТескСоп®2004 N01111
Атегіса (8ап Апіопіо, Техаз, Іапиагу 28.29, 2004). рр 73-
88.
[3] Леоненков А.В. Нечеткое моделирование в среде
МАТЬАВ и РихгуТесІї. - СПб.: БХВ - Петербург, 2003, -
736 с /Мастер решений/.
[4] Рассальский А.Н. Доклад "Диагностика трансформатор-
ного оборудования на подстанциях 220-750 кВ посред-
ством непрерьівного контроля основних параметров в
режиме зксплуатации" // Второй международньїй науч-
но-технический семинар "Современньїе методи оценки
технического состояния и способи повишения надежно-
сти оборудования подстанций", (г. Москва. 25-29 октяб-
ря 2004 г.). Исполнительний комитет Злектрознергети-
ческого Совета СНГ совместно с ОАО РАО "ЕЗС Рос-
сии", ОАО "ФСК ЕЗС".
[5] Поляков М.А. Нечеткое регулирование охлаждения си-
лового масляного трансформатора. - Сб. трудов конф.
"Автоматизация: проблеми, идеи, решения" (Севасто-
поль, 12-15 сентября 2006), СевНТУ, 2006.
Поступила 18.09.2006
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Введение в структуру регулирования охлажде-
ния лингвистических переменннх прогнозов измене-
ния кооффициента нагрузки трансформатора и темпе-
ратури окружающей среди позволило повьісить каче-
ство регулирования и снизить на зтой основе терми-
ческий износ изоляции силового масляного транс-
форматора.
Предполагается использование предложеннмх
нечетких регуляторов в СНКТС трансформаторов
производства ОАО "Запорожтрансформатор".
50
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
УДК 621.313.333
ДОСЛІДЖЕННЯ АСИНХРОННИХ ДВИГУНІВ З МАСИВНИМ ФЕРОМАГНІТНИМ
РОТОРОМ ПРИ ПІДВИЩЕНІЙ ЧАСТОТІ ЖИВЛЕННЯ
Попович О.М., к.т.н., Головань І.В.
Інститут електродинаміки НАН України
Україна, 03680, Київ, пр-кт Перемоги, 56
тел. (044) 454-26-37
Запропонована уточнена математична модель з урахуванням еквівалентних контурів втрат в сталі статора і рото-
ра від вихрових струмів для формування пускових характеристик асинхронних двигунів з частотозалежними пара-
метрами ротора.
Предложена математическая модель с у четом жвивалентньїх контуров потерь в стали статора и ротора от вих-
ревьіх токов для формирования пусковьіх характеристик асинхронних двигателей с частотозависимьіми парамет-
рами ротора.
Асинхронні двигуни (АД) з гладким масивним
феромагнітним ротором (МФР) є найбільш простими
серед АД з масивними елементами магнітопроводу
(МЕМ) ротора. Дані ротори мають частотозалежні
параметри і забезпечують високу добротність пуску.
Вони можуть ефективно використовуватись в умовах
частих та важких пусків, при параметричному регу-
люванні швидкості. Частотозалежність параметрів
забезпечується завдяки нелінійності процесів, що
пов’язані із наявністю вихрових струмів в МЕМ: із
витісненням потоку на периферію магнітопроводу та
змінною величиною втрат в ньому. Конструкція АД з
гладким масивним феромагнітним ротором (МФР),
внаслідок притаманних їй вад, має обмежене викори-
стання при 50 Гц. При зміні умов роботи, завдяки
значній нелінійності параметрів АД з МФР, її техніко-
економічні показники можуть суттєво змінюватись.
Пошук оптимального варіанту електроприводу для
конкретного навантажувального механізму потребує
врахування всіх альтернативних варіантів, і АД з
МФР зокрема.
Розрахунок характеристик АД з МФР ускладню-
ється специфікою процесів в ньому. Найбільш точно
таку задачу можна розв’язати методом кінцевих елеме-
нтів (МКЕ) в тривимірній постановці. Але це потребує
значних ресурсів обчислювальної техніки [6] і в прак-
тиці проектування АД може використовуватись лише
для тестування більш простих моделей. Ефективність
методів проектування можна суттєво покращити, якщо
використовувати точні польові підходи для визначення
залежностей зміни інтегральних параметрів АМ, і за-
стосовувати їх при розрахунках режимів роботи.
Розрахунок режиму роботи АД з МФР в даній
роботі виконано при застосуванні математичної мо-
делі, де процеси в масивному магнітопроводі з розпо-
діленими вихровими струмами еквівалентуються
процесами в еквівалентних контурах вихрових стру-
мів з зосередженими параметрами [5]. Застосовано дві
багатофазні системи еквівалентних контурів. Для ви-
значення їх розміщення в просторі та їх параметрів,
циліндр МФР розподілено на гг секторів. Вихорові
струми кожного сектора еквівалентуються струмами
двох взаємоперпендикулярних короткозамкнених ви-
тків. Зміна струму в цих контурах моделює зміну в
просторі МРС вихорових струмів в елементах масив-
ного ротору. В розглядаємому випадку МФР, рівнян-
ня електричної та механічної рівноваги подібні до [5]
при представленні зубцевих та ярмових роторних ко-
нтурів контурами по радіальному і по тангенціально-
му напрямкам відповідно.
Для розв’язання рівнянь електричної рівноваги
визначено параметри роторних контурів і виконано
розрахунок магнітного кола для потоку взаємної ін-
дуктивності статор-ротор. Зосереджені струми ротор-
них контурів еквівалентують розподілені вихорові
струми в масиві ротора. Умовами еквівалентування є
рівність втрат активної енергії та енергії магнітного
поля при однаковій величіні магнітного потоку взає-
мної індуктивності статор-ротор та частоті.
В відповідності до розподілу магнітного поля, що
визначено в тривимірній постановці [6], розглянуто два
основні шляхи проходження магнітного потоку взаєм-
ної індуктивності статор-ротор: по боковій поверхні
циліндру ротора та по торцевій поверхні ротора.
Врахування нелінійних властивостей параметрів
АД з МФР здійснено за рахунок визначення їх функ-
ціональної залежності, при кожному значенні ковзан-
ня, від незалежних змінних. Параметри по основному
полю є функціями коефіцієнту насичення магнітного
поля, що залежить від сумарної МРС машини [5]. Па-
раметри статора можуть визначатись за допомогою
відомих методик, наприклад [1]. Активний опір та
індуктивність розсіювання роторного контуру, при
фіксованому ковзанні, залежить від величини струмів.
Визначення параметрів контурів ротора здійсне-
но в припущенні, що параметри поля змінюються в
часі по синусоїдному закону. При цьому енергія в
еквівалентний контур потрапляє при взаємодії з осно-
вним потоком взаємної індуктивності в відповідності
до рівняння електричної рівноваги:
0 = гї + іазії + , (1)
яке, помножене на сполучений струм / , дає можли-
вість записати, виходячи з співвідношення для трику-
тника комплексної потужності:
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
51
Р2+О5=е2І2-,
е
Р
Т7'
І =
0)12
(2)
Врахування процесів в лобових зонах веде до
виникнення, при даних струмах, додаткового спожи-
вання потужності. Згідно з (38), збільшення втрат на
Р„, 2л може мати місце при збільшенні потоку на де-
яку величину Фл :
де Р - втрати активної потужності в елементах магні-
топроводу, що еквівалентується контуром; <2а - реак-
тивна потужність еквівалентного контуру, що обумо-
влена зміною запасу енергії магнітного поля розсію-
вання; І,/и - діючі струми контуру та намагнічування;
е = (оМІ^ = 0)Ф/ у[2 ~ діюче значення ЕРС, яка вини-
кає в контурі при зміні потоку взаємної індуктивності,
що зчіплюється з ним (Ф), з кутовою частотою со; г -
активний опір; М - індуктивність, що обумовлена
основним потоком статор-ротор; І - індуктивність
розсіювання.
Розрахунок параметрів магнітного кола, при на-
явності двох шляхів потоку взаємної індуктивності,
здійснено при умові їх паралельного з’єднання.
Параметри магнітного поля ротора по потоку бо-
кової поверхні визначаються за допомогою двовимір-
ної розрахункової моделі в площині, що перпендику-
лярна осі АД. Параметри магнітного поля ротора по
потоку торцевих поверхонь також визначаються за
допомогою подібної моделі, але при відсутності ви-
хрових струмів і врахуванні витіснення потоку з ро-
тора до торцевих поверхонь за допомогою еквівален-
тної магнітної проникності, що розраховувалась за
результатами розв’язання одномірної польової задачі
проникнення плоскої електромагнітної хвилі в прово-
дячий феромагнітний напівпростір [7].
Реактивна енергія розсіювання в секторі ротора,
в припущенні нехтування лобовими ефектами, визна-
чається наступним чином:
Єо=(Є-2ш)/г,-, (3)
Де 2 ~ реактивна енергія в досліджуємій області (по-
|шФл/У2|
рп/*і+ійлн
(5)
вітряний проміжок та ротор, статор не враховується
внаслідок прийнятої умови набагато більшої величи-
ни магнітної проникності його матеріалу); 0т = е/„ -
реактивна енергія по потоку взаємної індуктивності,
що визначається як добуток діючих значень ЕРС та
струму намагнічування (= 2Р! ^2 ).
Врахування краєвих ефектів при протіканні ви-
хрових струмів бокової поверхні ротора по краєвій
(лобовій) зоні здійснено при розрахунках двовимірної
польової задачі в площині, що співпадає з віссю ма-
шини. Картина струмів лобових частин розглядається
в момент їх максимуму.
Визначення параметрів еквівалентних контурів
при розв’язанні польової задачі в квазітривимірній
постановці потребує узгодження залежностей параме-
трів. Для випадку розрахунків параметрів поля, в
припущенні довгого ротора, рівняння електричної
рівноваги еквівалентного контуру (1), з урахуванням,
* *
що ГІ = РИ шіі — 0,^! І , можна представити:
Таким чином, в квазітривимірній постановці за-
дачі, потужності, що визначено вище, будуть мати
місце не при потоці Ф , а при більшому - Ф'. При
його визначенні треба підсумовування проводити з
урахуванням комплексності доданків:
ф-=фІТ-^Ме,,+а„)г (6)
\ Р2 + Оа2
Даний вираз, з урахуванням залежностей зміни
втрат потужності та зв’язку Р = /(Ф'), що отримано
при розрахунках магнітного кола, дає можливість
отримати залежності зміни параметрів еквівалентних
контурів ротора в функції МРС.
Розроблену математичну модель по визначенню
параметрів МФР реалізовано з використанням про-
грам-оболонок по дослідженню електромагнітного
поля методом кінцевих елементів. Масиви залежнос-
тей параметрів в функції МРС машини використано
при розрахунках режимів роботи в системі МАТЬАВ
- 8ІМШЛМК.
Для тестування розробленої математичної моделі
виконано порівняння із даними фізичного експериме-
нту [4] по дослідженню характеристик АД з гладким
МФР на базі АО2-81-2. Для порівняння результати
зведено в табл. 1. Розбіжності, що мають місце, знач-
ною мірою обумовлено неврахуванням в процесі чи-
сельного експерименту додаткових втрат. З урахуван-
ням їх впливу здійснено корекцію розрахункових да-
них за допомогою інформації про суму основних і
додаткових втрат в роторі, що отримано із фізичного
експерименту [4]. Віднявши від даної суми розрахун-
кове значення втрат в роторі, отримано залежність
зміни додаткових втрат в робочій зоні. Прийняв, що
додаткові втрати змінюються в функції струму в сту-
пені 1.7...2 [1], їх апроксимовано поліномом
•^дод =~1-65671'7 + 9.38/20). Із використанням дано-
го поліному виконано корегування розрахункових
даних (табл. 1).
|соФ/л/2| =
РИ+ІйаИ •
(4)
Таблиця 1
8, % Фізичний експери- мент Розрахунок без врах.дод.втрат (з врах.дод.втрат)
І, А сов/; д.о п, д.о ^ем» Н-м /, А сов/, Д.о П, Д.о Мем, Н-м
1.55 32 0.62 0.64 27 зо (32) 0.57 (0.62) 0.67 34 (29.5)
3.53 51 0.67 0.73 51 50 (53) 0.64 (0.68) 0.714 66 (55)
6.6 70 0.69 0.69 73 77 (82) 0.66 (0.71) 0.65 100 (82)
9.0 100 0.71 0.66 103 96 (103) 0.66 (0.71) 0.63 127 (ЮЗ)
100 270 - - 270 275 0.58 - 258
52
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
При цьому додаткові втрати враховано відповід-
ним опором, що підключено паралельно АД до дже-
рела живлення. Це дозволило скорегувати величини
струму та коефіцієнту потужності [2]. Розрахункову
корисну потужність отримано відніманням від добут-
ку електромагнітного моменту та частоти обертання
ротора величини механічних та додаткових втрат
(табл. 2).
Таблиця 2
/с, Гц 50 100 200
и, в 260 400 540
МдПн, н-м. 51 45 28
8, Д.О 0.013 0.013 0.011
Р і—н • С0,- Рд о б •> кВт 16-2= = 14 27.8-1.8= =26 34.8-1.7= =33.1
т], Д-0 0.62 0.86 0.91
СО8/, Д.О. 0.60 0.65 0.68
А, Д-0 4.4 5.4 3.0
Мп, Д.О 2.8 3.3 1.6
Добр. пуску, Н-м/А 1.1 1.05 0.92
Рис. 2
Чисельний експеримент по дослідженню харак-
теристик АД з МФР на базі АД АО2-81-2 виконано
при варіюванні частотою та напругою живлення. При
цьому отримано робочі, механічні (рис. 1, 2, 3) харак-
теристики. Досліджено величину допустимого за на-
грівом моменту (Л7ДПН ) в припущенні сталого зовні-
шнього обдуву. Для цього фіксувалась точка на меха-
нічній характеристиці, в якій гріючи втрати дорівню-
вали таким для базового АД в номінальному режимі.
Криву зміни допустимого за нагрівом моменту нане-
сено на фрагменти механічних характеристик (рис.4,
5, 6), де цифрами позначено величину фазної напруги.
Дані по робочому та пусковому режимам, при різних
частотах, для напруги, що забезпечує максимум
Мдпн, зведено в табл. 2. Дані пускового режиму є
відносними до номінальних базового АД. Добротність
пуску визначено відношенням пускових моменту та
струму.
Рис. З
10 20 ЗО 40 50 60 70 80 90 М.Н’ш
Рис. 4
Рис. 5
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
53
висновок
1. Розроблена математична модель та алгоритм
розрахунку характеристик АД з МФР в квазітривимі-
рній постановці задачі дослідження електромагнітно-
го поля машини забезпечують:
- достатню для інженерних розрахунків точність
(розбіжності між результатами фізичного та ма-
тематичного експерименту з корегованими по
додатковим втратам знаходиться в межах 5%);
- ефективне використання часових ресурсів обчи-
слювальної техніки;
- можливість дослідження режимів роботи в ши-
роких межах варіювання напругою та частотою
живлення, завдяки базуванню на результати мо-
делювання електромагнітного поля без викорис-
тання емпіричних залежностей.
2. Дослідження величини допустимого за пере-
грівом моменту АД з МФР при варіюванні напругою
та частотою живлення показало:
- можливість визначення потрібного, за заданими
критеріями, закону зміни відношення [///;
- зменшення відношення (///, збільшення жорстко-
сті механічних характеристик, збільшення енер-
гетичних показників, незначну зміну добротності
пуску при збільшенні частоти живлення.
3. Практичне використання АД з МФР при
/=50 Гц обмежено величиною додаткових втрат, ма-
лою жорсткістю механічної характеристики і низьки-
ми енергетичними показниками. Коефіцієнт викорис-
тання габаритної потужності складає 35%.
4. При збільшенні частоти живлення розрахун-
кова енергоефективність АД з МФР (при застосова-
ному алгоритмі визначення додаткових втрат) суттєво
підвищується. Так, при (=200 Гц енергетичні показ-
ники і допустима потужність-співрозмірні з показни-
ками базового серійного двигуна. Завдяки даним вла-
стивостям, можливо практичне використання АД з
МФР для приводу механізмів, що потребують збіль-
шення частоти обертання при сталій потужності і в
випадку обмеженості застосування шихтованого ро-
тора при більших обертах внаслідок механічних об-
межень (наприклад, в АД приводу занурених насосів).
5. Перспективи практичного використання АД з
МФР на підвищену частоту живлення обумовлюють
потребу ретельних досліджень в напрямку зменшення
додаткових втрат і застосування АД із різновидами
МФР.
ЛІТЕРАТУРА
[1] Бойко Е.П., Гаинцев Ю.М. Асинхронньїе двигатели об-
щего назначений. - М.: Знергия, 1980. -488 с.
[2] Куцевалов В.М. Асинхронньїе и синхронньїе машини с
массивнмми роторами.- М.: Знергия, 1979. - 160 с.
[3] Могильников В.С., Олейников А.М., Стрельников А.Н.
Асинхронньїе двигатели с двухслойньїм ротором и их
применение. - М.: Знергоатомиздат. 1983.-120 с.
[4] Лищенко А.И., Лесник В.А. Зкспериментальное иссле-
дование рабочих и пусковьіх характеристик асинхрон-
них двигателей с массивньїм ферромагнитньїм ротором.
Препринт-436 ИЗД АН УССР, Киев, 1995. 31 с.
[5] Попович О.М., Головань І.В. Математична модель для
розрахунку пускових характеристик асинхронного дви-
гуна з урахуванням еквівалентних контурів втрат в сталі
статора і ротора. // Міжнародний симпозіум "Проблеми
удосконалення електричних машин і апаратів". Електро-
техніка і електромеханіка. 2006, №1, С. 42-46.
[6] Попович О.М., Головань І.В. Алгоритм розрахунку па-
раметрів магнітного поля асинхронних двигунів з маси-
вними феромагнітними елементами в роторі. // Технічна
електродинаміка. Тематичний випуск. Проблеми сучас-
ної електротехніки. 2006, ч.З, С. 55-58.
[7] Попович О.М., Головань І.В. Врахування джерела жив-
лення при визначенні втрат в сталі асинхронних двигу-
нів. // Вісник Кременчуцького державного політехнічно-
го університету: Наукові праці КПДУ. - Кременчук:
КДПУ, 2005,- Вип.4 12005(33) - С. 150-152.
Надійшла 18.09.2006
54
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
УДК 621.316.72-
РЕГУЛЯТОР ПОТОКА МОЩНОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ФОТОЗЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
Розанов Ю.К., д.т.н., проф., Крюков К.В.,
Московский знергетический институт (Технический университет)
Россия, 111250, Москва, Красноказарменная улица, д. 14, МЗИ (ТУ), каф. "Злектрические и злектронньїе аппаратьі"
тел. +7 (495) 362-78-35, е-таіі: )ип7@таі1.ги
У даній статті розглядається регулятор потоку потужності з використанням фотоелектричного перетворювача
(ФЕН). Розглянуті методи збільшення ефективності використання фотоелектричних перетворювачів. Робота про-
водиться на кафедрі "Електричні і Електронні апарати " Московського Енергетичного інституту (Технічного універ-
ситету).
В данной статье рассматривается регулятор потока мощности с использованием фотозлектрического преобразо-
вателя (ФЗП). Рассмотреньї методьі увеличения зффективности использования фотозлектрических преобразовате-
лей. Робота проводишся на кафедре "Злектрические и Злектронньїе аппаратьі" Московского Знергетического ин-
ститута (Технического университета).
При создании систем злектроснабжения (СЗС)
обьектов малой и средней мощности, которьіе не
имеют возможности подключения к существующим
злектрическим сетям, либо подключеньї к сетям, где
имеется дефицит злектрической мощности, встает
вопрос о применении генераторов злектрической
знергии. Наиболее распространенньїм способом ре-
шения зтих проблем является применение злектроме-
ханических генераторов с приводом от двигателя
внутреннего сгорания.
Автономньїе системи на основе злектромехани-
ческих генераторов имеют следующие недостатки:
• необходимость поставки топлива и горюче-
смазочньїх материалов;
• необходимость проведення ТО, и високая
квалификация обслуживающего персонала;
• необходимость шумоизоляции;
• необходимость отвода вихлопних газов.
В случае систем работающих совместно с сетью,
где имеется дефицит злектрической мощности в сис-
темах с использованием резервних злектромеханиче-
ских генераторов, кроме перечисленних вище, возни-
кают следующие недостатки:
• невозможность синхронной работи с сетью и
как следствие невозможность компенсации
только дефицита мощности;
• существенное время, необходимое для пере-
ключення на злектромеханический генератор;
• при обеспечении бесперебойного питання из-
за использования ИБП сильно возрастает це-
на всей системи.
Устранить все зти недостатки можно путем ис-
пользования систем на базе фотозлектрических пре-
образователей. Отметим преимущества и недостатки
использования СЗС на базе ФЗП.
• Полная независимость от распределитель-
ньіх злектрических сетей. В солнечние дни
обеспечивается гарантированная вьіработка
злектрознергии для текущих нужд и заряда
АБ.
• Фотозлектрические модули практически не
требуют обслуживания, за исключением пе-
риодического очищення от пили и снега.
• Для круглосуточной работи потребителей
злектрической знергии в СЗС на базе ФЗП
обязательно должнн присутствовать аккуму-
ляторньїе батарей (АБ), контроллерьі заряда и
разряда АБ и при необходимости питання на-
грузки переменним напряжением инвертор.
Для решения проблем качества злектрознергии, а
так же для обеспечения бесперебойного питання по-
требителей при кратковременньїх исчезновениях се-
тевого напряжения, наиболее оправданими вьіглядит
использование регулятора потока мощности с исполь-
зованием ФЗП, схема которого представлена на
рис. 1.
Общая иіима
Рис. 1
Данньїй регулятор может работать, как совмест-
но с сетью, так и в автономном режиме.
При наличии сетевого напряжения инвертор И
вьшолняет функции активного фильтра, которьій
осуществляет: фильтрацию вьісших гармоник, созда-
ваемьіх нелинейньїми потребителями. Кроме того,
инвертор может использоваться как компенсатор ре-
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
55
активной мощности, обусловленной основньїми гар-
мониками напряжения сети и тока потребителей.
При исчезновении сетевого напряжения преобра-
зователь И переходит из режима активного фильтра в
режим инвертора, питающего нагрузку от резервних
ФЗП и АБ при минимальних динамических отключе-
ниях на потребителях.
Несомненно, такой регулятор имеет преимуще-
ство перед злектромеханическими преобразователя-
ми, но основной силой, которая сдерживает его широ-
кеє применение, является високая стоимость первин-
них источников, солнечних батарей, так на данньїй
момент, стоимость ФЗП мощностью 1 Вт составляет
порядка 150 р. Одним из способов снижения стоимо-
сти полной системи является увеличение мощности
отбираемой от злементарной ячейки одного ФЗП, что
приведет уМеньшению количества используемих яче-
ек ФЗП. В связи с зтим наиболее важним елементом
всей системи, является подсистема "дс-сіс преобразо-
ватель - ФЗП". Рассмотрим более подробно зту под-
систему.
Отметим основние особенности источника
• нелинейность внешних характеристик;
• малое вьіходное напряжение злементарной
ячейки;
• неравномерность освещенности злементов
или модулей батарей.
Ввиду перечисленних особенностей становится
ясно, что наиболее подходящей для работи с ФЗП
является топология мультиконвертера представленная
на рис. 2.
Рис. 2
Топология мультиконвертера обладает следующи-
ми преимуществами перед классической топологией:
• более зффективное использование ячеек;
• большая зффективность при работе с частин-
но затененной батареей;
• контроль и управление виходивши парамет-
рами отдельной ячейки.
Для оценки работи мультиконвертера сравним
результати, полученньге при моделировании системи
с одним преобразователем и мультиконвертера, в про-
граммном комплексе ОгСасІ 9.2. Модель состоит из
ФЗП, преобразователей постоянного тока, соединен-
них по топологии мультиконвертера и системи
управлення осуществляющей работу преобразовате-
лей с отбором максимальной мощности.
На рис. З представлена зависимость мощности
передаваемой в нагрузку от уровня освещенности
половини батарей, при условии, что освещенность
второй половини батарей постоянна.
Сравнивая полученньїе графики можно еделать
вивод о том, что топология мультиконвертера позво-
ляет отбирать от источника большую мощность при
неравномерной освещенности по сравнению с топо-
логией, где используется один преобразователь.
На кафедре "Злектрические и злектронние аппа-
ратьі" создан макет, состоящий из трех плат на кото-
рих размещаютея: система управлення, драйвери и
регулятори напряжения
Система управлення состоит из комплекта
"Зіагіег кіі" на базе микропроцессора Моіогоіа
МС68НС908О216. В состав микроконтроллера вхо-
дят: два двухканальньїх 8-ми разрядних тайцерних
модуля, модуль 10-ти разрядного АЦП.
Плата драйверов обеспечивает гальваническую
развязку между каналами таймера микроконтроллера,
а также обеспечивает уровень виходнмх сигналов
достаточних для управлення ключами регуляторов.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Злектрические и злектронние аппаратм. Под ред. Ю.К.
Розанова, М: Информзлектро, 2001. -420 с.
[2] Основи силовой злектроники. І Розанов Ю. К. М: Знер-
гоатомиздат, 1992.
[3] Разевиг В.Д. Система проектирования ОгСасІ 9.2. - М.:
СОЛОН-Р, 2003.
Поступила 07.09.2006
56
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
УДК 620.179.14
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА НАГРЕВА СЛОЯ ВОЗДУХА
МЕЖДУ НАГРЕВАТЕЛЕМ И ИЗДЕЛИЕМ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ТЕМПЕРАТУРИ
НАГРЕВАТЕЛЯ ПО ПЕРИОДИЧЕСКОМУ ЗАКОНУ
Себко В.В., к.т.н., доц.
Национальний технический университет "Харьковский политехнический институт"
Украйна, 61002, Харьков, ул. Фрунзе, 21, НТУ "ХПИ", каф. "Химическая техника и промьішленная зкология"
тел. (0572) 707-62-57, факс (0572) 70-76-602, е-таіі: зеЬко@крі.кйагкоу.иа
Досліджено перехідний процес нагрівання шару повітря між нагрівачем і виробом при зміненні температури нагрівана
по періодичному закону. Для конкретного випадку знайдені рішення рівняння теплового балансу, які описують перехі-
дний процес нагрівання повітряного шару між обмоткою нагрівана та виробом: загальне стаціонарне рішення Дгв ,
особисте нестаціонарне рішення А?" та загальне Л/в. Побудовано залежності величин Аів, Д?вД/в від часу
нагрівання т.
Исследован переходньїй процесе нагрева слоя воздуха между нагревателем и изделием при изменении температури
нагревателя по периодическому закону. Для конкретного случая найдени решения уравнения теплового баланса, опи-
сьіваюіцего переходньїй процесе нагрева слоя воздуха между обмоткой нагревателя и изделием: обіцее стационарное
решение А?в, частное нестационарноерешение Дґв и полноерешение \ів. Построеньї зависимости величин Аів,
А/в , Л/в от времени нагрева с
ВВЕДЕНИЕ
В современной литературе достаточно хорошо
исследованьї статические характеристики трансфор-
маторних и параметрических вихретоковьіх датчиков
(ТВД и ПВД) [1-6] для контроля геометрических,
магнитньїх и злектрических параметров немагнитньїх
и ферромагнитньїх изделий широкого ассортимента.
В работах [6-7] приведен раечет ожидаемьіх зна-
чений сигналов ПВД с нагреваемьім изделием и пред-
ложен трехпараметровий метод определения магнит-
ной проницаемости , радиуса а и температури і
цилиндрического изделия.
Однако, в работах [1-7] не рассматривались ди-
намические характеристики вихретоковьіх преобразо-
вателей, что в свою очередь не позволило рассматри-
вать переходние процесові злектромагнитних преоб-
разователей (бесконтактньїх и контактних). В по-
следнее время появились работьі [10, 11], в которьіх
рассматриваются динамические процессьі нагрева
слоя воздуха и изделия при скачкообразном измене-
нии температури нагревателя и воздушного полого
цилиндра, находящегося между изделием и нагрева-
телем. В работе [12] полученьї численние значення
постоянньїх времен намагничивающих обмоток ТВД
и ПВД. Следует отметить, что для того, чтобьі полу-
чить полную картину переходного процесса необхо-
димо исследовать динамические характеристики на-
грева слоя воздуха при изменении температури на-
гревателя по периодическому закону.
Целью работи является исследование переход-
ного процесса нагрева слоя воздуха между нагревате-
лем и изделием при изменении температури нагрева-
теля по периодическому (синусоидальному) закону.
Для достижения цели необходимо решить следующие
задачи:
- найти значення общего стационарного решения
Д/в (амплитудьі приращения температури слоя воз-
духа), частного нестационарного решения А?в, а
также определить полное решение Агв дифференци-
ального уравнения, описивающего процесе нагрева
слоя воздуха между изделием и нагревателем при
изменении температури нагревателя по периодиче-
скому закону.
- построить зависимости А?в, Д?в", А/в от вре-
мени нагрева т.
Сам переходньїй процесе нагрева слоя воздуха
характеризуетея тремя решениями дифференциально-
го уравнения теплового баланса, описивающего на-
грев воздушного слоя. При зтом частное решение
характеризует нестационарний (затухающий) режим
нагрева слоя воздуха, стационарньїй режим работьі
(стационарное решение) характеризует собой посто-
янний незатухающий синусоидальний режим нагре-
ва. Сумма нестационарного и стационарного решения
дает полное решение уравнения теплового баланса,
описивающего нагрев слоя воздуха между изделием и
нагревателем.
1. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА
НАГРЕВА СЛОЯ ВОЗДУХА МЕЖДУ
НАГРЕВАТЕЛЕМ И ИЗДЕЛИЕМ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ
ТЕМПЕРАТУРНІ НАГРЕВАТЕЛЯ ПО
ПЕРИОДИЧЕСКОМУ ЗАКОНУ
Воспользовавшись результатами работ [10, 11,
12], в которих полученьї формули и численние зна-
чення тепловой постоянной времени Тв и времени
установлення процесса нагрева туст воздушного
трубчатого цилиндра, а также численное значение
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
57
температури нихромовой проволоки, зная цикличе-
скую частоту нагревателя, которая определяет цикл
нагревания воздушного цилиндра [11, 12], запишем
нестационарное дифференциальное уравнение тепло-
вого баланса, характеризующее нагрев слоя воздуха
между нагревателем и изделием с учетом [8, 10, 11].
Та ґм' + Аг, = Аг,,,,, • кіп сон • т, (1)
о о о ІІІгі Гі х/
где А1„)Н - амплитудное значение приращения темпе-
ратури нагревателя, сон - циклическая частота изме-
нения А/и , Тв - тепловая постоянная времени слоя
воздуха между нагревателем и изделием.
Будем искать решение уравнения (1) в виде двух
частей. Стационарная общая часть Дґв решения ви-
ражается в виде
Агв*=А1„гн-Є>‘<т. ' (2)
Применив символический метод операций с
комплексними величинами [9] запишем дифференци-
альное уравнение (1) в виде
л(/\/ . р’Т )
Т _____/ + Д/ ДО„т=Дг ,еУШн-т (3)
'в , е шти е
сії
где Аґтв - амплитудное значение приращения темпе-
ратури воздушного цилиндра. Отсюда
М -Гв -М,пв +Мтв-е^«Т =Мтн-е^'Т. (4)
Разделив обе части (4) на сомножитель є7®"'1,
найдем,что
уСОн 'Т'в ’^пів + ^тв ~ ^пт (^)
Отсюда следует, что
' ^В ) — ^ІІІН (6)
Амплитудное значение приращения температурні
воздушного цилиндра можно определить по формуле
Формула (7) дает возможность найти модуль
приращения Д1,„в в виде
А/
Примем значение частоти нагревателя
/н = 0,1 Г ц, изменение приращения температурні
(8)
нагревателя А/н = А/ШН =101,2 °С [11].
Зная циклическую частоту нагревателя, которая
определяет цикл нагревания воздушного цилиндра
сон =0,628 1/с [11] и зная найденное ранее значение
постоянной времени Тв [12], можно определитн мо-
дуль приращения Аґтв
Кв| = І 10?2 = 94,153 °С.
71 + (0,628)2 -(0,6275)2
Фазовий угод фв найдем из вираження
Фв =агсг§(-®н -Тв)- (9)
Знак в (9) свидетельствует о том, что прира-
щение А/в отстает по фазе от приращения Агн .
срв = агсС§(-0,628-0,6275) = -21,507 град.
В табл. 1 приведенні исходние [11] и расчетнніе
данние теплових параметров воздушного слоя между
изделием и нагревателем.
В итоге стационарное решение дифференциаль-
ного уравнения (1) запишем с учетом (2), (8), (9) в
виде
А/в = . А?”гн • 8Іп(сон • т — (рв). (10)
+ + ++
Аг* = 13,902°С.
Для определения частного (нестационарного)
решения уравнения (1) на оснований соотношений,
полуденних в [10, 11, 12], запишем
Аг** = АГшн -8ІПфв. (11)
^Тв2
Аг** = 94,153 е-°’839/°’6275.5іп(- 21,507) = 9,15 °С.
В общем случае с учетом [10, 11] полное реше-
ние уравнения (1) запишем в виде
Д/в = Дгв +А?В* = — 8іп(юн -т-срв) +
д/І + со2-^2 .(12)
+ А е~^Т‘
Задавшисн началнньїми условиями, т.е. при т = 0
приращения температури воздушного цилиндра
Аґв =0, получим на оснований (9) виражение для
определения козффициента А, которьій характеризу-
єм на сколько уменьшается амплитуда приращения
температури слоя воздуха А1в по сравнению с ам-
плитудой приращения температури нагревателя Д?н
0 = Аг* + Аг** = . Аг‘тн=-8Іп(-(рв)+А . (13)
у1 + мн 'Тв
Отсюда
А= -----8Іпфв. (13)
А = 94,153 • 8іп(21,507) = 34,517 °С.
Теперь можно найти мгновенньїе значення Дгв,
Аґ*"' и Дїв температури воздушного цилиндра при
синусоидальном во времени изменении приращения
Д?н температури нагревателя, используя зависимости
на рис. 1, т.е. распределения по времени приращения
температури Аг*, Дгв"‘ и Дгв слоя воздуха
Зная А общее решение А/в, определим по формуле
Дгв = —-------8Іп((Он -Т-фв) +
д/1 + (і)2 • Т“
. (15)
+ й/'-4=-5Іп(фв)-Є~Т/Гб
^-т,2
Или в итоге получим
Дгв = [5іп((0н т-фв)+е“Т//'Г“ • 8Іп(фв )](16)
58
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
8Іп(-21,507)]
= 23,05 °С.
Для угла <вн - т = 1/бтс (табл. 2) при заданной час-
тоте /н = 0,1 Гц имеем
Дгв =94,153х
х[8іп(8,49і18)+е-0’839/0’6275-
Для того, чтоби определить время туст по каж-
дой строке табл. 2, необходимо при заданной частоте
/н разделить соответствующий угод сонт в радианах
на 2л/н , например, когда сон -т = 1/бтт, тогда
_ 1/бтг _ 1
Туст~2д-/н “Ї2Л
Для данного угла туст составило
туст = 0,833 с.
(17)
2. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
Таким образом, исследован переходньїй процесе
нагрева слоя воздуха между нагревателем и изделием
при изменении температури нагревателя по периоди-
ческому (синусоидальному) закону. Найденьї числен-
ньіе значення общего стационарного решения
Аїв'=13,902°С, частного нестационарного решения
Дїв" =9,15 °С и полного решения дифференциального
уравнения, описьівающего процесе нагрева слоя воз-
духа между нагревателем и изделием Дґв = 23,05 °С
для конкретного угла сон-т = 1/6л: (табл. 2). Следует
отметить, что при больших значеннях сонт полное
решение переходит в стационарньїй режим (рис. 1).
На рис. 1 представленні зависимости Дґн, Д?в,
Д?*" и Д/в от времени нагрева т, которьіе полученьї с
использованием формули (16).
Как видно из соотношения (16) и рис. 1, пунк-
тирной линией нанесена кривая зависимости прира-
щения Д/в температури воздушного цилиндра от
времени т. Зта кривая начинаетея с нуля времени и
равна нулю, так как при т = 0 и Д/в = 0 (см. (16)), сло-
жение двух кривих Д/в и Д/в* приводит к тому, что в
первих полупериодах Д/в превосходит Д/в (стацио-
нарное решение). При дальнейшем увеличении вре-
мени т, благодаря уменьшению по зкепоненте нестан-
дартного решения, т.е. Дґв"', со временем зависимость
Дґв переходит в стационарную синусоиду Дґв (см. на
рис. 1 слияние пунктирной кривой со сплошной лини-
ей А1В).-
Из формули (8) и рис. 1 следует также, что в воз-
душном цилиндре амплитуда приращения Дгшв ста-
ционарного изменения температури уменьшаетея с
101,2°С до 94,153°С по сравнению с амплитудой при-
ращения Д?„,н нагревателя и Дґв отстает по фазе от
Д?н на угод <рв =-21,507 град.
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
59
Таблица 1
Значення тепловьіх параметров воздушного
цилиндра между изделием и нагревателем
^тн ’ °С Гц Шн, 1/с Т 1 В ’ с Аїтв • °С <Рв ’ град А
101,2 0,1 0,628 0,6275 94,153 -21,507 -0,394 34,517
Таблица 2
Зависимости А/н , А/в , А/в” и А/в от т
Т, с юнт, рад А?н , °С А * А/в, °С А ** А/в °С Д?В , °С
0 0 0 0 0 0
0,83 1/6л 50,58 13,90 9,15 23,05
1,25 1/471 71,55 37,54 4,70 42,25
1,66 1/Зл 87,42 58,30 2,44 60,75
2,5 1/2Л 101,2 87,60 0,64 88.24
3,33 2/Зл 87,74 93,14 0,17 93,31
3,75 3/4л 11,55 86,34 0.08 86,42
4,16 5/6л 50,63 73,70 0,04 73,75
5 1л 0 34,50 0,01 34,51
5,83 1 1/6л -50,58 -13,90 0,003 -13,89
6,25 1 1/4л -71,55 -37,54 0,001 -37,54
6,66 1 1/Зл -87,42 -58,90 0,0008 -58,30
7,5 1 1/271 -101,2 -87,60 0,0002 -87,60
8,33 1 2/Зл -71,55 -93,12 5-Ю'5 -93,11
8,75 1 3/4л -50,63 -86,34 3-Ю"5 -86,34
9,16 1 5/6л -50,9 -73,70 1-Ю'5 -73,70
10 2п 0 -34,50 4,110’6 -34,50
10,83 2 1/6л 50,58 13,90 1,09-10б 13,90
11,25 2 1/4 л 71,55 37,54 0,5-10’6 37,54
11,66 2 1/Зл 87,42 58,58 0,2- І0б 58,58
13,33 2 2/Зл 88,68 93,14 2,04-10'8 93,14
13,75 2 3/4л 71,55 86,34 1,05 10’8 86.34
14,16 2 5/бл 50,63 73,70 5,4-10’8 76,70
15 Зл 0 34,50 1,4-10'9 34,50
15,83 3 1/6л -50,58 -13,90 3,8-10'9 -13,90
16,25 3 1/4л -71,55 -37,54 1,9-Ю10 -37,54
16,66 3 1/Зл -85,44 -58,58 1.ОО71СУ10 -58,58
17,5 3 1/2л -101,2 -87,60 2,6-Ю11 -87.60
18,33 3 2/Зл -88,68 -93,12 7,07-Ю'11 -93,12
18,75 3 3/4л -71,55 -86,34 3,6 10 12 -86,34
19,16 3 5/6л -50,96 -73,70 1,8-Ю12 -73,70
20 4л 0 -34,50 4,9-Ю'13 -34,50
ЛИТЕРАТУРА
[1] Пантелеев М.С., Себко В.П. К теории работьі двухпа-
раметрового вихретокового преобразователя для кон-
троля трубчатих проводящих изделий. - Харьков. -
Деп. в УкрНИИНТИ, 1985.-1560. Деп. - 21 с.
[2] Себко В.П., Хоменко В.Г. К расчету компонентов
сигналов злектромагнитного преобразователя с труб-
чатим проводящим изделием // Вестник ХГПУ, Харь-
ков, ХГПУ, 2000, вьш. 92. - С. 76-80.
[3] Себко В.П., Москаленко И.И., Горкунов Б.М. Опреде-
ление вьіходних сигналов параметрического преобра-
зователя. Материали научно-технической конферен-
ции с международнмм участием "Проблеми автомати-
зированного злектропривода". - Харьков. - 1996,
С 199-200.
[4] Себко В.П., Горкунов Б.М., Ду Хиан Янг. К расчету
ожидаемьіх значений компонентов сигналов многопа-
раметрового злектромагнитного преобразователя //
Вестник национального технического университета
"Харьковский политехнический институт". - Харьков:
НТУ"ХПИ", № 9, Т.4. - 2002, С. 115-118.
[5] Себко В.П., Мохаммад Махмуд Дарвиш. Погрешности
определения злектромагнитннх параметров и потерь
мощности в сплошном цилиндрическом изделии. -
Техническая злектродинамика. Тематический випуск.
- Ч.І.-Киев, 2001,-С. 99-104.
[6] Себко В.П., Горкунов Б.М., Котуза А.И. Параметриче-
ский злектромагнитний преобразователь температури
// Информационньїе технологии: наука, техника, тех-
нология, образование, здоровье. Сборник научньїх
трудов ХГПУ. Вьш. 6. - 4.2. - 1998. - С. 301-308.
[7] Себко В.П., Котуза А.И. Новий трехпараметровий
метод определения злектромагнитннх параметров и
температури на основе вносимого полного сопротив-
ления датчика. // "Интегрированнме технологии и зне-
ргосбережение", - НТУ "ХПИ" - 2006 - С. 73-76.
[8] Теплотехника / Под ред. В.Н. Луканина. - М.: Висш.
Школа, 2000. - 672 с.
[9] Нейман Л.Р., Калантаров П.Л. Теоретические основи
злектротехники. - М.: Госзнергиздат, ч. II, 1959. - 444
с.
[10] Себко В.В. Динамические характеристики теплового
преобразователя с нагреваемим цилиндрическим из-
делием. Материали международной научно-
технической конференции "Силовая злектроника и
знергозффективность". - Киев (г. Алушта), 2001.- С.
108-113.
[11] Себко В.В. Нагрев воздушного кольцевого слоя в
проходном злектромагнитном преобразователе. // Ин-
формационньїе технологии: наука, техника, техноло-
гия, образование, здоровье. XIV Международная на-
учно-практическая конференция. - ХТУ "ХПИ". -
Харьков. - 2006. - С. 119-124.
[12] Себко В.В. Определение постоянной времени намаг-
ничивающей обмотки злектромагнитного преобразо-
вателя. - Радиозлектроника и информатика. - ХНУРЗ.
-Вьш. 3.-2006.-С. 12-15.
Поступила 05.09.2006
60
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
УДК 621.313:621.386
ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЗЛЕКТРОГЕНЕРАТОРОВ
НА АЗС, ГЗС И ТЗС
Шумилов Ю.А. д.т.н., проф.
Национальньїй технический университет Украиньї, "Киевский политехнический институт",
кафедра злектромеханики, Украйна, 03056, Киев, пр. Победьі, 37,
тел. (044) 241-76-38, е-шаіі: уигіу2007@УОІіасаЬ1е.сош
Пономаренко В.К.
"Аристос", Украйна, Киев, тел. (044) 236-76-70, е-таіі: $ігсоЬо1@УО1іасаЬ1е.сот
Кузьмин В.В. д.т.н., проф.,
Государственное предприятие завод "Злектротяжмаш", Україна, 61055, Харьков, пр. Московський, 299,
тел.(0572) 95-66-81, е-таіі: еіт@8реїт.сот.иа
Демидюк Б.М.,
ЗАО "Укратомзнергострой", Україна, 03035, Киев, ул. Урицкого, 45, оф. 606
тел. (044) 590-17-63, е-шаіі: иаеЬ@икг.пеі
Обґрунтовується необхідність моніторингу і діагностики технічного стану потужних генераторів у реальному часі
для попередження аварій. Пропонується відмовитися від планово-попереджувальних ремонтів на користь ремонтів
за фактом суттєвого відхилення показників надійності від норми.
Обосновьівается необходимость мониторингу и диагностики технического состояния моїцньїх генераторов в реаль-
ном времени для предупреждения аварий. Предлагается отказаться от планово-предупредительньїхремонтов в поль-
зу ремонтов по факту суіцественного отклонения показателей надежности от норми.
Надежность любого изделия - главньїй его пока-
затель. Зто настолько очевидно, настолько само собой
разумеется, что наступает момент, когда об зтом (па-
радоксально, но факт) начинают забивать и вспоми-
нают только после наступления отказов и аварий.
В настоящее время не только в У крайнє, но и в
мире в целом наступает период исчерпания зксплуа-
тационного ресурса многих промьішленньїх и, что са-
мое главное, знергетических систем. В ближайшие
годьі планируется обновление и строительство нових
знергоустановок, в первую очередь в областе "зеле-
ной" знергетики и обьектов так назьіваемого "рассре-
доточенного генерирования" ("сіікрегзесі £епега(:іоп").
До ввода в строй нового оборудования необходимо
продлить остаточний ресурс находящихся в зкеплуа-
тации турбо- и гидрогенераторов. Зта проблема и оп-
ределила основную тематику докладов рабочей груп-
пи АІ "Вращающиеся злектрические машини" на
прошедшей сессии СИГРЗ-2006 и на запланирован-
ной в 2008 г. Для знергетики Украйни особо важно
решение рассматриваемой проблеми для генераторов
АЗС, обеспечивающих более 50 % виработки злек-
трознергии, а также гидрогенераторов ГЗС и ГАЗС,
которие представляют собой основу регулирования
частоти в знергосистемах.
В связи с зтим нужно пересмотреть не только
подход к методам и средствам неразрушающего кон-
троля и диагностики, но и к методике обеспечения
надежности на всех зтапах жизненного цикла изде-
лия: технического задания, проектирования, конст-
руирования, изготовления, монтажа, зкеплуатации,
ремонта и обкатки.
Во вновь создаваемьіе знергетические установки
нужно закладивать максимально возможньїй зкеплуа-
тационний ресурс, начиная с зтапа проектирования.
С чего начинаетея старенне?
Ответ простой: с момента зарождения изделия,
т. е. с вьібора варианта решения. Самьіе большие ус-
пехи (или промахи) определяютея при проектирова-
нии, при формировании принципов построения сис-
тем. Здесь, в буквальном смисле, "кадри решают все”,
причем дело не в количестве, а в качестве проекти-
ровщиков: талантливих, с развитой интуицией и бо-
гатим опитом. Зто самий творческий зтап, практиче-
ски не поддающийся формализации.
На следующем шаге проявляетея талант
конструкторов, но некоторие рабочие моментьі уже
могут бить формализованьї. В частности, разработку
конкретних вариантов конструкции возможно
описать математически и еделать соответствующую
компьютерную модель. Первий опит разработки
систем автоматизированного проектирования (САПР)
относится еще к началу 1970-х годов. К настоящему
времени разработаньї зффективние средства
многоаспектного моделирования злектромеханиче-
ских систем.
Фактически диагностика злектроустановок мо-
жет и должна напинаться на зтапе конструирования и
предшествовать созданию устройств в металле. Речь
идет об установлений зависимостей шумов, вибраций,
теплових и злектромагнитннх полей от геометриче-
ских параметров и типа конструкций, и о виборе оп-
тимального решения по заданньїм критериям.
При изготовлении злектрогенераторов в обес-
печении надежности роль методов неразрушающего
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. Л>3
61
контроля (НК) и технической диагностики (ТД) суще-
ственно возрастает. Измерение и комплексний анализ
физических полей, рентгеновский, акустический и
многие другие види контроля злементов конструкции
позволят на зтапе производства виявлять дефекти в
работе машини, устанавливать причини их возникно-
вения и принимать мери по доводке изделия.
Обкатка установок после монтажа оборудова-
ния должна сопровождаться применением всех мето-
дов НК и ТД, т. к. условия работи генератора на злек-
тростанции не идентичньї испитательньїм режимам
на заводском стенде. Кроме того, могут возникнуть
дополнительние дефекти при транспортировке и,
особенно, при монтаже.
Для отработанной конструкции мощного генера-
тора на первом зтапе жизненного цикла обьем кон-
троля и мониторинга нужно сводить к разумному ми-
нимуму, чтоби снизить до предела интеллектуальную
нагрузку на оперативний персонал, одновременно
увеличивая степень автоматизации мониторинга ос-
новних параметров.
Зксплуатации злектрогенераторов вьшолняется
при обязательном мониторинге основних параметров
установки, однако полнота и детальность анализа из-
ношенного оборудования должни бить существенно
вьіше, чем при зксплуатации нового. Не исключено,
что на определенном зтапе потребуется тотальная
проверка сварних соединений и других мест в систе-
ме. Зто потребует дополнительних расходов, но "чем
больше возраст, тем дороже лекарства".
Зкономия на такого рода профилактике может
обернуться огромньїми потерями. Примером может
служить аварця на японской АЗС (с человеческими
жертвами), визванная дефектом в одной из труб, ко-
торую не проверяли на протяжении ЗО лет. Как след-
ствие, били виведенні из зксплуатации для полной
ревизии 17 из 53 блоков АЗС.
Приближение к исчерпанию ресурса установки
характерно тем, что ресурси подсистем, узлов и от-
дельних деталей различни; именно зто является при-
чиной внезапних, неожиданньїх отказов системи.
Система планово-профилактических ремонтов (ППР)
становится незффективной. У отказов свои "плани".
Позтому в знергетике передовьіх стран намеча-
ется тенденция к переходу от ППР к техническому
обслуживанию "по фактическому состоянию", что да-
ет значительннй зкономический зффект не только за
счет повьішения надежности самого оборудования в
процессе зксплуатации, но также и вследствие расхо-
дов на его ремонтное обслуживание.
При подходе к периоду исчерпания расчетного
ресурса обьем контроля и диагностики (включая и
ремонтную) неизбежно будет увеличиваться, позтому
необходимо:
• переносить центр тяжести мониторинга на
виполнение защитних функций в критических
ситуациях,
• больше внимания уделять параметрам вибро-
механического состояния, в первую очередь -
для бистроходньїх турбогенераторов.
Если по злектрическим параметрам последняя
задача имеет приемлемое решение (в самих тяжелих
ситуациях повреждения локализуются внутри корпуса
машини), то в области мониторинга вращающихся
роторов - "непаханое поле". Аварии новосибирских
турбогенераторов серии ТВМ, которие произошли
вследствие разрушения узлов ротора в 2002 г. на Ка-
ширской ТЗС и в 2006 г. на Рефтинской ТЗС привели
к полному разрушению турбоагрегатов 300 и 500 МВт
соответственно.
Для того, чтоби упреждать откази и аварии, не-
обходимо внимательно "прислушиваться" и "при-
сматриваться" к работающей системе с тем, чтоби
улавливать аномалии в ее поведений еще на стадии
зарождения причин отказов. Следовательно, количе-
ство точек контроля должно бить больше, а чувстви-
тельность измерительного тракта и разрешающая
способность анализаторов существенно вище, чем в
настоящее время. Кроме того, алгоритми первичной и,
особенно, вторичной обработки данньїх должни бить
адаптированьї к характеру физических процессов в
злектрогенераторе. Фактически нужно непрерьівно,
в реальном времени сравнивать фактическое состоя-
ние агрегата с его параметрами, рассчитанними при
математическом моделировании.
Результати мониторинга (как "сирне" данние,
так и результати обработки) должни непрерьівно ре-
гистрироваться в специализированной компьютерной
базе данньїх. Они представляют собой большую цен-
ность не только для зксплуатационников, но также
для проектировщиков и изготовителей оборудования.
Современние технические возможности позволяют с
минимальной задержкой во времени предавать ин-
формацию непосредственно в бази данньїх завода-
изготовителя с тем, чтоби осуществлять независимьій,
обьективний контроль работьі установок.
Кроме того, на оснований обобщенньїх данньїх
можно будет вмрабатьівать стандартньїе требования к
поминальним значенням параметров, характеризую-
щих нормальную работу установки.
Для обеспечения мониторинга, упреждающего
отказьі оборудования,следует:
• поставить задачу по моделированию физических
полей злектрогенераторов;
• определить перечень контролируемих параметров;
• разработать структуру бази зкспериментальньїх
данньїх для системи мониторинга;
• сформулировать (в первом приближении)
критерии оценки отклонений параметров от
номинальних значений;
• разработать техническое задание на много-
канальную систему ввода и регистрации данньїх;
• для предварительной оценки состояния знерго-
установок создать мобильние универсальние
лаборатории неразрушающего контроля и
диагностики;
• после вьшолнения предварительньїх исследова-
ний сформулировать ТЗ и создать типовие
системьі постоянного мониторинга на всех
злектрогенераторах;
• создать аналогичние системьі контроля на
заводах-изготовителях;
• обязательними требованиями к системе
мониторинга должни бить:
62
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
о открьітость структур данньїх в базе;
о открьітость критериев нормальной работьі
установки;
о открьітость алгоритмов вьічисления откло-
нений от норми;
о автономность локальной сети мониторинга
(отсутствие прямого вьіхода в Интернет);
о возможность динамического изменения
структурьі данньїх с сохранением
преемственности баз данньїх;
• Особую ценность представляют результати все-
стороннего анализа оборудования, внведенного
из зксплуатации в результате отказа или аварии;
при зтом должньї применяться не только методьі
НК, но и, при необходимости, следует препари-
ровать злементи конструкции и деталей;
предпочтительно также применять рентгенов-
скую диагностику и другие методи, которие
обеспечивают видачу прямих, а не косвенньїх
данньїх о характере дефектов (микроскопию,
капиллярний метод, вихретоковьій и т. п.);
• должна бить проведена тотальная (полная)
обработка имеющейся бази рентгеновских
снимков, а также дополнительннх снимков,
необходимих для изучения причин отказа или
аварии;
• заключения зкспертов (дефектоскопистов,
материаловедов, конструкторов, зксплуатацион-
ников и др.) следует заносить в базу данньїх,
которая должна стать аккумулятором опьіта по
изучению и устранению ошибок, допускаемих
на всех зтапах: проектирование,
конструирование, изготовление, зксплуатации,
ремонт;
• специализированная система управлення базой
зкспертиз должна обеспечивать накопление
сводной (отраслевой) бази текстовой и
графической информации и зффективний поиск
в неструктурированньїх текстах; семантический
метод поиска, разработанньїй нами, на
порядки уменьшает информационньїй шум и
повьішает точность поиска; в критических
ситуациях, например, в предаварийной
обстановке, поиск необходимих сведений может
оказаться жизненно важньїм для принятия
операторами правильних решений по
управленню сложними системами;
• для исследования износа деталей и изучения
нарушений микроструктури малогабаритних
ответственних узлов должньї бьіть разработани
системи промишленной рентгеновской
томографии как одного из наиболее
информативних инструментов контроля
качества.
Последние десятилетия характеризуются резким
возрастанием роли диагностической аппаратурьі для
контроля знергетического оборудования. Зто связано с
тем, что парк оборудования знергетических предпри-
ятий катастрофически устаревает. В ряде знергосистем
до 60% установленного високовольтного оборудова-
ния полностью исчерпали свой ресурс, что грозит ла-
винообразньїм увеличением числа техногенних аварий
и катастроф. Например, если в 1990 году их число со-
ставляло в России около 200, то уже к 1997 году оно
увеличилось до 1200, и в настоящее время продолжает
увеличиваться, а по прогнозам специалистов в бли-
жайшие годьі может еще более резко возрасти из-за
наметившегося оживлення промишленности.
Существуют два пути вьіхода из создавшегося
положення: первий путь - радикальная замена уста-
ревшего оборудования практически одновременно во
всех знергосистемах, что в ньінешних зкономических
условиях следует признать нереальним, и второй путь
- интенсификация диагностических проверок обору-
дования с целью вьіявления аварийноопасньїх обьек-
тов и, как следствие, предупреждения аварий и обос-
нования сроков ремонтов.
Обзор публикаций в области диагностики знерге-
тического оборудования и, в частности, рентгеногра-
фических методов диагностики будет дан в отдельной
публикации в зтом журнале.
ЛИТЕРАТУРА
[І] Е.В. Кириевский, канд. техн. наук (ЮРГТУ (НПИ) Тех-
ническая диагностика знергетического оборудования:
проблеми, тенденции, перспективи, журн. Кабель -
Монтаж, Обзор статей девятого номера издания Кабель,
2007.
[2] Стороженко В. А., Мешков С. Н., Маслова В. А. Тепло-
визионнмй контроль и диагностика знергетического
оборудования, журнал "Техническая Диагностика и Не-
разрушающий Контроль" №1,2006 г., с. 33.
[3] "Неразрушающий контроль и техническая диагностика в
промишленности". - Труди 3-ей Международной кон-
ференции и виставки. Москва. Центр Международной
торговли; 17-19 марта 2004 г.
[4] "Неразрушающий Контроль и Техническая Диагностика
в Промишленности". - Труди 5-й Юбилейной между-
народной конференции и виставки. Москва. Центр Ме-
ждународной торговли; 17-19 марта 2006 г.
[5] "Неразрушающий контроль-2005" Труди 8-й конферен-
ции и виставки. ИЗС им. Е.О.Патона г. Киев; 19 - 22 ап-
реля 2005 года.
[6] Барков А.В., Баркова Н.А. Интеллектуальнме системи
мониторинга и диагностики машин по вибрации. Ассо-
циация ВАСТ, Россия, 198207, С-Петербург, пр. Стачек,
д. 140 (Статья опубликована в вьшуске трудов Петер-
бургского знергетического института повишения ква-
лификации Минтопзнерго Российской Федерации и Ин-
ститута вибрации США (УіЬгаїіоп ІпзШШе, Ц8А), Ви-
пуск 9, Санкт-Петербург, 1999 г.)
[7] Баркова Н.А. Современное состояние виброакустиче-
ской диагностики машин. - Публикация составлена по
материалам курса лекций, читаемих автором в
Санкт-Петербургском морском техническом универси-
тете, Россия. Ассоциация ВАСТ, Россия, 198207, С-
Петербург, пр. Стачек, д. 140.
[8] Барков А.В. Новое поколеиие систем мониторинга и ди-
агностики машин. - Ассоциация ВАСТ, Россия, 198207,
С-Петербург, пр. Стачек, д. 140.
[9] Шумилов ІО. А., Пономареко В. К., Кузьмин В. В., Де-
мидюк Б. М. Цветовое "проявление": качественно новий
уровень рентгенодиагностики. Електротехніка і Елект-
ромеханіка. 2007. №2, С. 59-62.
Поступила 20.11.2006
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
63
УДК 621.313
ПОКРАЩЕННЯ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ТРИФАЗНО-
ОДНОФАЗНИХ АСИНХРОННИХ ЕЛЕКТРОПРИВОДІВ В ПУСКОВИХ РЕЖИМАХ
Шуруб Ю.В., к.т.н.
Інститут електродинаміки НАН України
Україна, 03680, Київ, пр-кт Перемоги, 56
тел. (044) 454-26-37
Запропоновано засіб покращення експлуатаційних властивостей трифазно-однофазних асинхронних електроприводів
за рахунок використання комбінованих схем, розроблено математичну модель для аналізу динамічних процесів, що
виникають в таких електроприводах внаслідок схемних перемикань.
Предложен способ улучшения зксплуатационньїх свойств трехфазно-однофазньїх асинхронних злектроприводов за
счет использования комбинированньїх схем, разработана математическая модель для анализа динамических процес-
сов, возникающих в таких злектроприводах вследствие схемних переключений.
Актуальним є питання підвищення експлуата-
ційних властивостей трифазних асинхронних двигу-
нів (АД) з фазозсуваючими конденсаторами, що жив-
ляться від однофазної мережі - трифазно-однофазних
електроприводів (ЕП). Такі електроприводи мають
досить низьку кратність пускового моменту (0,3-0,5).
Для отримання задовільного пускового моменту на
період пуску паралельно робочому додають пусковий
конденсатор, що знижує надійність електромеханічної
системи, підвищує її вартість та масо-габаритні пока-
зники. Перехідні процеси при комутаціях пускового
конденсатора супроводжуються появою екстрастру-
мів в колі конденсаторів з великою швидкістю зрос-
тання струму, що призводить до зносу контактної
апаратури та перешкоджає використанню в якості
комутаторів напівпроводникових вентилів. В деяких
випадках проблема може бути вирішена шляхом за-
стосування комбінованої схеми включення ЕП, де
використовується один (робочий) конденсатор, але
різні схем вмикання силової частини ЕП (обмоток АД
і конденсатора) в пусковому та робочому режимах [1].
Один із варіантів схеми такого комбінованого
включення приведений на рис. 1. Пуск двигуна здійс-
нюється при послідовно-паралельному включенні
його обмоток (положення контактора К - 2), що має
більший пусковий момент, ніж схема Штейнметца
(положення контактора К - 1). Тоді як в робочому
режимі обмотки двигуна вмикаються по схемі Штей-
нметца, що має кращі енергетичні показники в області
номінальних ковзань. Така комбінована схема дозво-
ляє отримати кратність пускового моменту 0,4-0,8.
Додатковий тиристорний регулятор У8 дозволяє ре-
гулювати швидкість двигуна в робочому режимі і ве-
личину пускового момента.
Зацікавленість викликає перехідний процес,
обумовлений комутацією силової частини системи в
процесі пуску, оскільки в момент комутації виникає
можливість значних динамічних поштовхів електро-
магнітного моменту двигуна та короткочасних кидків
струму. Мінімізація цих факторів через вибір оптима-
льного закону керування перекомутацією силових
схем сприятиме підвищенню експлуатаційних харак-
теристик трифазно-однофазного електроприводу. Ві-
домо, що максимальна амплітуда перехідного струму,
що виникає внаслідок зміни структури силової схеми,
залежить від початкового значення струмів в колі ста-
тора, від фазового кута <р в момент комутації (кут
комутації), що відраховується від моменту переходу
кривої напруги через нуль, та фазового кута наванта-
ження. Останній залежить від швидкості двигуна в
момент комутації. Причому, в момент комутації дже-
релом зовнішньої енергії для силових кіл статора є не
тільки мережа живлення, а й ЕРС обертання, обумов-
лене незатухшим полем ротора, що теж залежить від
швидкості обертання двигуна. Отже, оптимальний
закон керування перекомутацією силових схем визна-
чається для заздалегідь вибраного значення швидкості
моментом комутації, тобто фазовим кутом <р, при
якому миттєвий кидок струму буде мінімальним, що
через складність електромагнітних процесів в комбі-
нованій схемі може бути визначений тільки методом
математичного моделювання.
Рис. 1. Схема комбінованого включення
трифазно-однофазного асинхронного електроприводу
Для аналізу перехідних процесів, що виникають
при схемних перемиканнях, розроблена узагальнена
математична модель трифазно-однофазного електро-
привода, де структура матричних диференційних рів-
нянь електричної рівноваги незалежно від схеми
з'єднання силової частини системи залишалась незмін-
64
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
ною, а зміна структури силового кола супроводжува-
лась тільки зміною коефіцієнтів диференційних рів-
нянь, не порушуючи при цьому закони безперервності
потокозчеплень двигуна та зарядів конденсатора.
В системі координат статора а,р,0 електромеха-
нічні процеси в АД описуються наступною системою
рівнянь в матричній формі:
и 5 = Я д. і .у + О і .у + — О V г ;
Т,-
о
-со
тання, О - сим
’ІП
ьл.у
інерції со =
де «у = |иц,ир| - вектор напруг статора, г.у =|(а,/р| -
вектор струмів статора, =|жа.’Д/р| - вектор пото-
козчеплень ротора, Ьх = Ьт + ДСТЛ., Ьг = Ьт + Ьаг -
повні індуктивності статора і ротора; Ьт - індуктив-
ність намагнічуючого конура; Ьах - індуктивність
розсіювання статора; - індуктивність розсіюван-
ня ротора, КХ,КГ - активні опори статора і ротора;
,2
коефіцієнт розсіювання; У - момент
со
- матриця, що визначає ЕРС обер-
зол диференціювання по часу.
Для вирішення системи (1) необхідно виразити ве-
ктор напруг статора Ид-=|ид,ир| через параметри
зовнішнього кола двигуна і змінні стану, за які при-
ймаються струми статора іх =|/а,ір| та потокозчеп-
лення ротора фф = |жа>фр| Опираючись на рівнян-
ня Кірхгофа та відомі співвідношення між електрома-
гнітними змінними в ортогональній системі коорди-
нат а,р,0 і в природній системі координат А,В,С ,
можливо визначити, що в загальному випадку вектор
напруг статора для досліджуваних схем (Штейнметца
і послідовно-паралельної) є функцією напруги мережі
У правій частині виразу (2) перша складова обумов-
лена дією напруги мережі, друга - напругою на кон-
денсаторі, третя - дією протиЕРС від струмів нульо-
вої послідовності, четверта - протиЕРС обертання.
Числові значення матриць коефіцієнтів к\-к$ , що
дозволяють зв'язати вектор напруги статора двофаз-
ної моделі АД в координатах статора сє, {3,0, з параме-
трами зовнішнього кола двигуна (напруга мережі,
ємність конденсатора) і змінними стану (вектори
струму статора і потокозчеплення ротора) залежать
від положення комутатора К і приведені в роботі [1].
Таким чином, зміна структури силового кола не
вимагає зміни системи диференційних рівнянь, а су-
проводжується тільки зміною коефіцієнтів к\-кд. в
рівнянні (2).
Математичне моделювання динамічних процесів,
що виникають внаслідок схемних перемикань в три-
фазно-однофазних електроприводах з комбінованою
схемою включення дозволило провести оптимізацію
моменту перемикання силових схем включення по
критерію мінімального кидка струмів в комутуємих
силових колах. Аналіз перехідних процесів, що відбу-
ваються в таких електроприводах, показав, що макси-
мальне миттєве значення струму в момент комутації в
комбінованій схемі не перевищує п'ятикратного но-
мінального. Тоді як при застосуванні пускового кон-
денсатора короткочасні стрибки струму можуть в де-
сятки раз перевищувати його номінальне значення. В
залежності від фазового кута ф в момент комутації
кратність максимального кидка струму до його номі-
нального значення коливалась від 1,5 до 5. Отже ви-
бором оптимального значення моменту комутації мо-
жливо значно зменшити максимальні кидки струму в
колі статора та покращити експлуатаційні властивості
електроприводу.
ЛІТЕРАТУРА
[1] Шуруб Ю.В. Аналіз динамічних процесів в трифазно-
однофазних асинхронних електроприводах із схемою
комбінованого включення. Вісник Кременчуцького
державного політехнічного університету: Наукові праці
КДПУ. - Кременчук: КДПУ, 2005. - Вип.4/2005(33) -
С. 33-35.
Надійшла 30.08.2006
и , вектора струму статора іх , вектора потокозчеп-
лень ротора фг і напруги на конденсаторі ис , яка в
свою чергу може бути визначена через складові век-
тора іх . Тоді загальний вираз для визначення вектора
напруг статора буде мати вигляд:
и.у = кі її Ч---к 2 — і V + + В... І —~— 1 и З к) і +
СІ О "’І Ь.. )
(2)
А..
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
65
Теоретична електротехніка
УДК 537.6/8:621.3
АНАЛИЗ МЬІСЛЕННОГО ОПЬІТА ЗЙНШТЕЙНА
ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ СИЛЬІ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ТОК
В ФЕРРОМАГНИТНОМ ПРОВОДНИКЕ
Бранспиз Ю.А., д.т.н., проф.
Восточноукраинский национальньїй университет имени Владимира Даля
Украйна, 91034, Луганск, квартал Молодежннй, 20-а, ВНУ им. В. Даля, кафедра прикладной физики
тел. (0642) 46-77-36, е-таіі: ЬгапзрІ2@таі1.ги
Показано, що врахування товщини диска в уявному експерименті Ейнштейна не дозволяє зробити однозначний ви-
сновок про опис сили на електричний струм у магнітній речовині через напруженість або індукцію магнітного поля,
оскільки істотним при цьому є спосіб опису сили магнітного поля па магнітну речовину.
Показано, что учет толщиньї диска в мьісленном опьіте Зйнштейна не позволяет сделать однозначний вьівод об
описаний сильї на злектрический ток в магнитном веществе через напряженность или индукцию магнитного поля,
поскольку существенньїм при зтом является способ описання сильї магнитного поля на магнитное вещество.
В статье анализируется описанньїй Зйнштейном
в [1] мьісленньїй опьіт, на оснований которого им
сделан вьівод о том, что силовое воздействие на злек-
трический ток в проводнике из вещества с магнитньї-
ми свойствами должно описьіваться не обьемной
плотностью сильї в традиционной форме записи вида
}х5, (1)
а обьемной плотностью сильї вида
РоДхЯ, (2)
где і - вектор обдемной плотности злектрического
тока, В и Н - соответственно, векторьі индукции и
напряженности магнитного поля в магнитном веще-
стве проводника.
В зтом мьісленном опьіте Зйнштейн рассматри-
вает систему, изображенную на рис. 1, представляю-
щую собой некоторьій "... металлический диск, по
которому от центра к краю течет ток ...", поддержи-
ваемьій батареей [1]. При зтом для рассматриваемой
системні принимается следующее [1]:
- "...в силу принципа равенства действия и про-
тиводействия ... результирующая всех злектромеха-
нических сил, действующих на различньїе части сис-
темні, равна нулю.
- ".. .равенство нулю зтой результирующей
должно вьшолняться и в том частном случае, когда
диск сделан из немагнитного вещества...".
Намагниченность Направление тока Диск
। А.» @
Злектрическая
батарея
Внешняя злектрическая цепь
Рис. 1. Схема мьісленного опьіта Зйнштейна
В последнем случае (когда диск сделан из не-
магнитного вещества) равная нулю суммарная сила
на все части системні складьівается из (отметим,
Зйнштейн такого разделения суммарной сильї не де-
лает): сильї магнитного поля тока в диске на токи вне
диска; сильї магнитного поля токов вне диска на токи
в диске. Причем, очевидно, что суммарная сила маг-
нитного поля токов в диске на сами зти токи равна
нулю, как равна нулю и суммарная сила магнитного
поля токов вне диска на сами зти внешние токи (от-
метим, что на зто в [1] также не указьівается).
Далее Зйнштейн рассматривает случай, "... ко-
гда диск сделан из какого-нибудь твердого материала,
например, из стали ...", представляя собой "... посто-
янньїй магнит, причем его силовьіе линии являются
окружностями с центром в центре диска" (рис. 1).
Причем магнитньїй диск, намагниченньїй так, как зто
принято в рассматриваемом мьісленном опьіте созда-
ет магнитное поле с нулевой напряже нностью как
вне, так и внутри диска [1].
Произойдут ли изменения в силовьіх взаимодей-
ствиях в системе в зтом случае? Зйнштейн считал,
что вьіполнение диска из магнитного твердого мате-
риала не изменит силовьіх взаимодействий ни в це-
лом, ни в частях. В самом деле, как обьясняется в [1]:
- "...в силу принципа равенства действия и про-
тиводействия, каково бьі ни бьіло вещество, из кото-
рого изготовлен диск, результирующая всех злектро-
динамических сил, действующая на различньїе части
системи, равна нулю";
- намагниченность диска "... не может приво-
дить к появленню соответствующей дополнительной
пондеромоторной сильї, ибо если бьі зта сила бьіла
единственной появляющейся пондеромоторной сп-
лой, то для рассматриваемой системи оказался би
нарушенним закон равенства действия и противодей-
ствия".
Но зто об"ьяснение не является достаточньїм. В
самом деле:
- поскольку вне магнитного диска магнитное по-
ле отсутствует, то силовое воздействие со сторони
диска на внешний ток будет определяться лишь маг-
нитньїм полем тока в диске, как и для случая немаг-
нитного диска;
- позтому, и в самом деле, намагниченность дис-
ка не изменит сили на внешний ток, а, следовательно,
тем самьім неизменной будет и сила со сторони
внешнего тока на намагниченньїй диск с током;
66
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
- но зта сила внешнего тока на намагниченньїй
диск с током складьівается из сильї на собственно ток
в диске и на намагниченное вещество;
- тогда, неизменность сильї внешнего тока на
намагниченньїй диск с током (в сравнении со случаем
немагнитного диска), дает нулевую силу на магнитное
вещество диска со стороньї магнитного поля внеш-
него тока.
Однако, кроме указанньїх сил между диском с
током и внешним током, в системе имеют место сильї
взаимодействия внутри магнитного диска, вьізванньїе
током в нем и его намагниченностью. Конечно, зти
внутренние сильї взаимно уравновешиваются (дейст-
вие магнитного поля тока диска на его вещество
уравновешивается действием поля магнитного веще-
ства диска на токи в нем). Но именно недоучет зтих
внутренних сил, как представляется, и привел Зйн-
штейна к виводу о том, что сила на ток в магнитном
диске должна описьіваться плотностью сильї вида
Цр-ухЯ (так в.СИ, у Зйнштейна просто ухЯ).
Итак, считая, что сила, испьітьіваемая магнит-
ньім веществом диска равно нулю, Зйнштейн делает
вьівод о том, что и магнитное вещество диска не ока-
зьівает силового воздействия на внешние и внутрен-
ние токи. Как следствие он и заключает, что:
- внутри магнитного диска индукция магнитного
поля от намагниченности его не равна нулю (напря-
женность НПІ от зтой намагниченности равна нулю, а
индукция в диске от намагниченности равна
Вт = ц0 М , где М - намагниченность диска);
- такому отсутствию силового воздействия маг-
нитного вещества диска на токи в нем соответствует
именно вьіражение вида п0 • І'/ Н .
Вьіше указано на то, что магнитное поле внеш-
него тока на намагниченньїй диск с током дает нуле-
вую силу на магнитное вещество диска со сторони
магнитного поля внешнего тока. Что же касается си-
лового воздействия на намагниченное вещество диска
со стороньї тока в нем, то принятие его равньїм нулю
(на чем, собственно, и строятся рассуждения Зйн-
штейна) не является очевидним.
В зтой связи отметим, что магнитное поле тока в
диске не будет оказьівать силового воздействия на
намагниченное вещество диска лишь тогда, когда зто
поле будет нулевьім. А таким оно является (с учетом
симметрии системи и закона полного тока) лишь в
горизонтальної^ плоскости симметрии диска. То єсть,
если учитьівать толщину диска, то магнитное поле от
тока в нем нельзя считать нулевьім. Позтому, с уче-
том того, что магнитное поле тока в диске в самом
зтом диске не нулевое, нельзя и утверждать, что зто
поле не оказивает какого-то силового действия на
намагниченное вещество диска. При зтом описание
такого силового воздействия, очевидно, зависит от
того, в какой форме записи представить обьемную
плотность пондеромоторной сильї магнитного поля
на магнитное вещество. Соответственно с зтим (учет
толщини диска и способа описання пондеромоторной
сильї на его вещество) и надо анализировать рассмат-
риваемьій мьісленньїй опьіт Зйнштейна.
С зтой целью рассмотрим не диск, а бесконеч-
ную в плоскости (х, у) пластину с намагниченностью
по оси у-ов, как зто показано на рис. 2, на котором
также показано направление тока в пластоне (соот-
ветственно системе, рассмотренной Зйнштейном).
Такой переход от диска к пластоне, как несложно
видеть, принципиально не изменяет ничего в физиче-
ской сути соответствующих процессов, но сущест-
венно упрощает анализ.
Применительно к магнитному веществу пласти-
ньі под напряженностью Н следует понимать, со-
гласно изложенному, напряженность магнитного поля
тока в пластоне. Зта напряженность, в силу симмет-
рии рассматриваемой системьі может бьіть легко вьі-
ведена из закона полного тока, что дает для нее на-
правленность по оси х-ов (рис. 2) и линейное распре-
деление от некоторого значення -Яо до значення
+Я0, соответственно на нижней и верхней стороне
пластиньї. В самом деле, обозначим плотность тока в
пластине уу (нижний индекс указьівает направлен-
ность вектора плотности по оси у-ов, рис. 2,а). Далее,
применим закон полного тока к контуру АВСО
(рис. 2,в), учитьівая при зтом, что рассматриваемая
напряженность имеет только х-овую составляющую
(в силу симметрии). В результате можно записать
равенство 2-Я0 Ах = уу-Ах-Дг , из которого для
напряженности Яо несложно получить следующее
вьіражение Яр =0.5- уу -Дг. Аналогично зтому, при-
менив закон полного тока к любому контуру
(рис. 2,в), для напряженности поля в пла-
стине (при учете пропорциональности напряженности
вьісоте контура интегрирования) можно записать вьі-
ражение (здесь г - вертикальная координата, рис. 2)
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
67
Нх=іу^. (3)
Тогда, если принять, например, что обьемная
плотность пондеромоторной сильї магнитного поля
на магнитное вещество определяется известньїм вьі-
ражением [3], то в зтом случае гради-
ент модуля напряженности магнитного поля, дейст-
вующего на магнитное вещество пластиньї опреде-
лится, согласно (3), следующим равенством (здесь 1
- единичньїй вектор по оси г, рис. 2)
= %га(1Нх = §гасІ(іу і) = ]у -І,
что, с учетом постоянства намагниченности
(М = М у Лу = СО118І , здесь 1у - единичньїй вектор
по оси у), дает для сильї на вьіделенную часть пла-
стиньї вьіражение
Ру =^0-\м\§тсі\н\-У =іі0-Мх-іу-У-\. (4)
Причем очевидно, что, согласно равенству дей-
ствия и противодействия, зта сила должна бьіть равна
по модулю силе, со сторони магнитного поля вещест-
ва пластиньї на ток в ней. Но, ведь напряженность
магнитного поля намагниченной пластиньї равна ну-
лю. Зто следует из закона полного тока, примененно-
го непосредственно к любому лежащему в плоскости
(х,г) симметричному контуру внутри пластиньї, гори-
зонтальньїе ребра которого направлень! по вектору
М (в силу симметрии рассматриваемой системи,
если у указанной напряженности и єсть составляю-
гцая, то она направлена именно по оси у-ов). То єсть, с
учетом связи векторов магнитного поля, в рассматри-
ваемом случае индукция магнитного поля от намаг-
ниченного вещества пластиньї равна
ВІП=УО-М .
Следовательно, сила на ток в пластине, дающая в
сумме с силой по (4) ноль, должна определяться в
зтом случае (описання сили на магнитное вещество
виражением -|лу|^габ/|н|) произведением плотно-
сти тока на индукцию магнитного поля.
Примем теперь, что плотность пондеромоторной
сили магнитного поля на магнитное вещество опре-
деляется, например, другим также известньїм вьіра-
жением Но-(М §гасГ)Н [3], которое для рассматри-
ваемого плоскопараллельного аналога м мисленного
опита Зйнштейна (рис. 2) может бьіть представлено в
виде (здесь Н - напряженность магнитного поля,
созданного в магнитной пластине током пластиньї)
________________ ______
Но • (М • §гасГ)Н = ц0 • М ¥ ——.
ох
Тогда, с учетом (3), в зтом случае для сили со
сторони магнитного поля тока пластиньї на намагни-
ченное вещество пластиньї имеем тождественний
ноль. При зтом для того, чтоби удовлетворить закону
о равенстве действия и противодействия, сила со сто-
рони магнитного поля намагниченного вещества пла-
стини на ток в ней также должна бьіть принятой рав-
ной нулю. Последнее означает, что сила на ток в пла-
стине должна определяться, в случае принятия вира-
ження ц0 • (ТИ §гасГ)Н , уже произведением плотно-
сти тока на напряженность магнитного поля.
То єсть, рассуждения Зйнштейна действительньї
при описании сили магнитного поля на магнитное
вещество вьіражением іі()-(/М «гаТ)/7 , которое как
раз и обосновивается Зйнштейном (совместно с Лау-
бом) в более ранней работе [2], и, наверное, неявно
принималось им в [1].
В качестве еще одного примера, примем, что
удельная пондеромоторная сила магнитного поля оп-
ределяется виражением - |_і() Н сііуМ [3], также
достаточно известньїм. Использование зтого вираже-
ння позволяет виразить суммарную силу магнитного
поля токов в пластине на магнитное вещество пла-
стини как обьемньїй интеграл по обьему пластиньї от
вьіражения -ц0 Нх-сііуМ 1Л., которое, учитьівая
условие М = М• 1у = сопзі, равно нулю во всех точ-
ках обьема пластиньї, кроме точек разрьіва векторов
поля на плоскостях пластиньї. Последнее дает воз-
можность свести указанное обвемное интегрирование
к поверхностному интегрированию для вираження
/-/Г) -(п-М)-1¥ (по нижней и верхней плоскости пла-
стиньї, единичная нормаль к которьім обозначена п ).
Но поскольку нормали к нижней и верхней поверхно-
стям пластини ортогональни вектору М , то имеем
равенство (п-М)=0 во всех точках нижней и верх-
ней плоскостях пластини. Как следствие имеем нуле-
вой результат для указанного поверхностного интег-
рирования. Таким образом, при использовании вира-
ження -ц0-Н • сііуМ для рассматриваемой пластиньї
имеем нулевую силу на ее магнитное вещество. Зто,
исходя из равенства действия и противодействия, оз-
начает, что сила со сторони магнитного поля намаг-
ниченного вещества пластини на ток в ней должна
бить принята в данном случае равной нулю. Зто же
означает, что сила на ток в пластине в данном случае
должна определяться произведением плотности тока
на напряженность магнитного поля.
Изложенное показивает, что результат рассмат-
риваемого мьісленного опьіта Зйнштейна не позволя-
ет сделать однозначного вьівода об описании сильї на
злектрический ток в магнитном веществе тем или
иним способом ( і у. В или ц0 • ІУ.Н ), которий зави-
сит от способа описання сили магнитного поля на
магнитное вещество.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Зйнштейн А. О пондеромоторньїх силах, действующих
на ферромагнитньїе проводники с током, помещенньїе в
магнитное поле: В кн. Зйнштейн А. Собрание научньїх
трудов. В 4-х т. Т. З,- М.: Наука. 1966. - С. 240-241.
[2] Зйнштейн А., Лауб И. О пондеромоторньїх силах дейст-
вующих в магнитном поле на покоящиеся тела: В кн.
Зйнштейн А.. Собр. науч. тр.:В 3-х т. Т. 1- М.: Наука,
1965.-С. 126-134.
[3] Тамм И.Е. Основи теории злектричества,- М.: Наука,
1989.-504 с.
Поступила 30.08.2006
68
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
УДК 624.391.1(075)
ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРИОДИЧЕСКИХ
НЕГАРМОНИЧЕСКИХ ЗНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В
УПРАВЛЯЕМЬІХ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ И СИСТЕМАХ
Горбачев М.Н., к.т.н.
Институт злектродинамики НАН Украиньї
Украйна, 03057, Киев, пр. Победьі, 56
тел. (044) 454-25-64.
Викладено та обґрунтовано принцип геометричного моделювання періодичних негармонійних енергетичних процесів
у керованих електричних та радіотехнічних ланцюгах та системах електроживлення радіотехнічних пристроїв з
використанням математичної теорії поля
Изложен и обоснован принцип геометрического моделирования периодических негармонических знергетических про-
цессов в управляемьіх злектрических и радиотехнических цепях и системах злектропитания радиотехнических уст-
ройств с использованием математической теории поля
ВВЕДЕНИЕ
Математическое моделирование негармониче-
ских периодических знергетических процессов в ра-
диотехнических и злектрических цепях и устройствах
(например, во вторичньїх системах злектропитания
радиотехнических устройств систем злектросвязи)
является актуальной и современной научной пробле-
мой, тесно связанной с решением ряда теоретических
и прикладних задач. Интерес к изучению зтой акту-
альной проблеми весьма велик, поскольку полная
мощность, ее составляющие и взаимосвязи между
ними являются важними характеристиками знергети-
ческих процессов, определяющими распределение
злектрической знергии в различньїх режимах работи
указанних цепей и устройств.
Традиционний подход, в котором используются
одномерньїе математические модели для решения
указанних задач, изложен, например, в работах [1-11],
имеет ряд недостатков, главний из которих заключа-
ется в том, что невозможно создать (построить) мате-
матическую модель указанного знергетического про-
цесса как єдиного целого. Зто связано с тем, что од-
номерньїе модели отображают не весь злектрофизи-
ческий процесе, а лишь отдельние его стороньї. Для
решения задач создания обобщенньїх математических
моделей целесообразно использовать нетрадицион-
ньій научньїй подход, в основе которого лежит идея
многомерного и, в частности, трехмерного простран-
ственного моделирования указанних процессов, реа-
лизуемая на основе геометрических представлений и
изложенная в работе [12, 16-29].
Однако в указанних вьіше работах не рассмотре-
нм примери применения математической теории поля
при использовании трехмерньїх геометрических мо-
делей конкретних обьектов.
Целью настоящей статьи является математиче-
ское обоснование существования и нахождения
обобщенньїх трехмерньїх геометрических моделей
негармонических периодических (квазиустановив-
шихся) знергетических процессов во входних цепях
управляемьіх вьшрямителей переменного тока при
активной нагрузке, которьіе широко применяютея на
практике в источниках вторинного злектропитания
радиотехнических устройств и систем злектросвязи
(на примере симметричной трехфазной мостовой схе-
ми [2, 3]) с использованием математической теории
поля [14, 15].
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
ПРИНЦИПА ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИХ
НЕГАРМОНИЧЕАСКИХ ЗНЕРГЕТИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ В УПРАВЛЯЕМЬІХ ЦЕПЯХ
Определение мощности искажения Т как мощ-
ности невязки между полной мощностью 5 =
= /(р,2,ф ее активной Р и реактивной <2 состав-
ляющими, определяеммми первими гармониками
потребляемого из сети тока и напряжения сети, дает
основание геометрически представить полную мощ-
ность как трехмерний вектор 5 (Р, 2> Г) в евклидовой
системе координат, а именно:
5* = Рі + 0] + Тк .
При зтом мощности Р, 2 и Т имеют смьісл ор-
тогональних составляющих вектора 5 по осям
ОХ, ОУ, 02 и их значення связаньї с модулем векто-
ра 5 = |5| известньїм соотношением, вьіражающим"
квадрат модуля (длиньї) вектора 8 [2-11]:
52 = Р2 +02 +Т2.
Разделив каждое из уравнений, определяющее
ортогональньїе составляющие Р, 2 и Т на величину
модуля вектора 8 , приходим к системе уравнений в
относительньїх величинах Р, 2 и Т , причем 5=1:
Р = У-С08ф],
^2=У-8ІПф1, (1)
Систему уравнений (1) можно рассматривать как
систему, задающую координатьі точек некоторой по-
верхности в трехмерном Евклидовом пространстве в
функции двух параметров (фі и у). Возьмем в качестве
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
69
параметров, характеризующих положение произвольной
точки м(х,у,г) на искомой поверхности, угол ср1 и
угол V , сделав при зтом заменьї переменньїх:
% = р(фі, V), у = б(фі,ф), г = Т(у),
ф = агсзіп V. (2)
Тогда систему уравнений (1) удобно представить
в параметрической форме
X = 8ІП ф -СОЯф},
< у = 8ІП ф 8ІП Ф1, (3)
г = созф,
где 8іп ф = V и ф - угол, которьій образует радиус-
вектор точки м(х, у, г) с осью 07.
Система (3) представляет собой уравнение сферьі
в параметрической форме с радиусом К = 1, которому
соответствует уравнение в канонической форме [13]:
х2 + у2 + г2-1 = 0 . (4)
В конкретньїх частньїх случаях, соответствую-
щих вентильньїм преобразователям, угол ф] изменя-
ется в пределах 0 < ф1 <л/2 при работе управляемо-
го вьшрямителя (УВ) в режиме вьіпрямления и в пре-
делах л/2<ф] <л в режиме инвертирования, то єсть
когда УВ переходит в режим ведомого сетью инвер-
тора [2-4]. Таким образом, при одновременном изме-
нении в указанньїх пределах величин ф; и V и, сле-
довательно, угла ф системи уравнений (1) и (3) оп-
ределяют часть поверхности сфери в трехмерном
Евклидовом пространстве. Зто означает, что рассмат-
риваемие рабочие режими, характеризуемьіе двумя
переменними скалярними величинами - углом регу-
лирования а и углом коммутации у, связанним с
переменним параметром V, отображаются с помо-
щью системи уравнений (3) в трехмерном Евклидо-
вом пространстве на части поверхности сферического
(шарового) пояса.
Из геометрического подхода витекает важное
следствие, состоящее в том, что обобщенной количе-
ственной мерой о, характеризую ще й совокупности
(множества) знергетических квазистационарних про-
цессов злектропотребления со сторони входних це-
пей УВ, можно считать площади указанньїх областей
как геометрического образа на соответствующем ша-
ровом (сферическом) поясе. Зти площади о можно
рассчитать с помощью двойного интеграла [14, 15]:
НИЧРгЧ- (5>
(І) (І)ІС08(”’ ч
где со8(п, г) - направляющий косинус нормали ії к
поверхности <7 в произвольной тонке М ; СІ8Ху -
проекция по плоскости ХО¥ злемента площади кри-
волинейной поверхности.
На оснований формули (5) получена следующая
расчетная формула для сфери радиуса К :
СУ — (^Рітах ~(91іпіп )’ (сО8 ф ] — СО8ф2 ) • (6)
Используя геометрический подход и математи-
ческую теорию поля (в данном случае - зто поле рас-
четних параметров) определяем поток Ф вектора
полной мощности 5 через отображающую сфериче-
скую поверхность о, соответствующую множеству
(совокупности) знергетических процессов и рабочих
режимов в рассматриваемих преобразовательньїх не-
нях с управляемьіми злементами с учетом заданньїх
диапазонов изменения углових параметров ф и ф , с
помощью двойного интеграла [14, 15]:
Ф= Грс/О= (7)
(о)
где 5„ - проекция вектора 8 на нормаль п к по-
верхности в произвольной тонке м(х, у, г) •
Интегрирование вираження (7) с учетом [14, 15]
для сфери постоянного радиуса (р = К = 5 ) приводит
к следующему результату
у 2
Ф = |рс/су = 8 |с/ф |р2 8Іп ф<7ф =
(о) ЧИ
з/ \г \ единиц
= 5'(фтох-фт,-„Хс08ф|-С08ф2) (8)
потока
В целом теория геометрического моделирования
периодических негармонических знергетических про-
цессов в управляемих радиотехнических и злектриче-
ских цепях и системах полупила дальнейшее развитие
в данной статье, а также в работах [22, ЗО, 31].
ВЬІВОДЬІ
Таким образом, в работе дано, во-первих, мате-
матическое обоснование принципа геометрического
моделирования периодических негармонических (ква-
зиустановившихся) знергетических процессов в злек-
трических цепях и системах злектропитания.
Во-вторьіх, дано геометрическое представление
полной мощности как вектора в трехмерном Евклидо-
вом пространстве позволило применить математиче-
скую теорию поля для исследования периодических
негармонических знергетических процессов в злек-
трических цепях с управляемьіми злементами и уста-
новить связи между теорией цепей и теорией поля.
Действительно, в работе доказано, что поток
вектора полной мощности 8 через отображающую
поверхность су , представляющую собой часть шаро-
вого (сферического) пояса, а также площадь зтой по-
верхности су являются интегральньїми расчетньїми
характеристиками, которьіе можно использовать для
оценки и сопоставления (сравнительного анализа)
периодических негармонических (квазиустановив-
шихся) знергетических процессов и рабочих режимов
в управляемьіх злектрических цепях и системах (на-
пример, во вторинних источниках злектропитания).
Расчетньїе формульї, полученньїе на основе при-
менения математической теории поля, являются соот-
ношениями, установившими связи между параметра-
ми цепей УВ и расчетньїми характеристиками век-
торного поля, порождаемого вектором полной мощ-
ностью в соответствии с принципом геометрического
моделирования [12, 16, 21, 23, 24, 26, 27, 29, 30-32].
70
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
ЛИТЕРАТУРА
[1] Нейман Л.Р., Демирчян К.С. Теоретические основи
злектротехники. - Л.: Знергия. - 1967. - Т. 1. - Ч. 2. -
522 с.
[2] Полупроводниковме вьшрямители/Под ред. Ф.И. Ко-
валева и Г.П. Мостковой. - М.: Знергия, 1967. - 480 с.
[3] Китаев В. Е. Злектротехнические устройства радио-
систем. - М.: Знергия - 1971 .—344с.
[4] Руденко В.С., Сенько В.И., Чиженко И.М. Преобразо-
вательная техника. - Киев: Вища школа - 1978 - 424 с.
[5] Пухов Г.Е. Теория мощности системи периодических
многофазннх токов. - Злектричество. - 1953 - № 2. -
С. 56-61.
[6] Лурье Л.С. Кажущаяся мощность трехфазной систе-
ми. - Злектричество. - 1951.-№ 1.-С.47-53.
[7] Новомейски 3. Мощность активная, реактивная и
мощность искажения в злектрических системах с пе-
риодическими несинусоидальньїми токами. - Изв. ву-
зов Злектромеханика. - 1964. - № 6. - С. 657-664.
[8] Мосткова Г.П., Родина З.С. Составляющие полной
мощности в цепях с вентилями. - Злектротехническая
промьішленность. Сер. Преобразовательная техника. -
1975.-Вьіп. 4(63).-С. 21-25.
[9] Горбачев Г. Н., Чапльїгин Е. Е. Промьішленная злек-
троника . - М.: Знергоатомиздат. - 1988. - 320 с.
[10] Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил А.В., Страхов
С.В. Основи теории цепей. - М.-Л.: Госзнергоиздат,
1963.-440 с.
[11] Нетушил А.В., Страхов С.В. Основьі злектротехники.
- М.-Л.: Госзнергоиздат. - Ч. 2. - 1955. -216 с.
[12] Горбачев М.Н. Геометрическое моделирование физи-
ческих процессов в злектрических цепях и системах с
управляемьіми злементами,- Труди IV Международ.
науч. конф. "Геометрия и топология" -Черкасси: Чер-
касский Технологический институт.-2001. - С. 71-73.
[13] Погорелов А.В. Лекции по аналитической геометрии.
- Харьков: Изд-во Харков. гос. ун-та, 1963. - 182 с.
[14] Смирнов В.И. Курс внсшей математики. - М.: Гос.
изд-во техн.-теор. лит., том 2. - 1956. - 628 с.
[15] Кочин Н.Е. Векторное исчисление и начала тензорно-
го исчисления. - Л.-.: Гл. ред. техн.-теор. лит., 1937. -
456 с.
[16] Горбачев М.Н. Геометрическое моделирование режи-
мов работи систем злектропитания на основе вен-
тильних преобразователей // Автоматизация и релей-
ная защита в знергосистемах’98. - Киев: Ин-т злек-
тродинамики НАН Украиньї, 1998. - С. 146-149.
[17] М.СогЬасЬеу. Апаїузіз оґ зузіешз оґ еіесігісаі зирріу
хуіій зресіаі сііагасіегізіісз оп іНе Ьа8І8 оґ геуиіаіесі гесіі-
1ЇЄГ8 // Ргосеес1іп§8 оґ Іііе 2"и ІМТЕЕКАТІСЖАЕ
8СІЕМТІЕІС апсі ТЕСНМСАГ ССЖЕЕКЕМСЕ оп
ІЖССЖУЕМТІСЖАЕ ЕЕЕСТКОМЕСНАНІСАЕ АЮ
ЕЕЕСТКОТЕСНМІСАЕ 8У8ТЕМ8 (15-17 ОесешЬег
1996, Роїапб). - 8ХС2ЕСІМ: ТЕСНМІСАЬ
ГІМІУЕКЗІТУ РВ.Е88. 1996.-Мої. З.-Р. 725-730.
[18] Горбачев М.Н. Особенности расчета мощности реак-
тивних злементов компенсированного управляемого
мостового вьшрямителя как источника тока // Техн.
злектродинамика. - 1996. - № 2. - С. 39-45.
[19] Горбачев М.Н. Геометрическое моделирование знер-
гетических процессов в злектрических управляемьіх
цепях с нелинейними злементами. Праці Інституту
електродинаміки НАН України. Енергоефективність:
36. наук. пр. - Київ, ІЕД НАН України, 2001. - С. 53-
56.
[20] Горбачев М.Н. Анализ режимов работи систем злек-
тропитания на основе вентильних преобразователей
методом параметризации ортогональних составляю-
щих полной мощности. - Вісник Націон. техн. ун-ту
"ХПГ. - Вьш. 16. - 2001. - С. 53-55.
[21] М.М.богЬасЬоу. Оеотеїгіс Зітиіаііоп оґ (2иа8І8іаііопагу
Ро'Л'СГ Р1ЮСЄ88Є8 іп Еіесігіс СІГСИІІ8 ХУІІІ1 Сопігоііесі
Зетісопсіисіог Еіетепй. - Еп§іпеегіп§ Зітиіаііоп, 2000,
Уоі. 17, рр. 463-474.
[22] Горбачев М.Н. Новий подход к исследованию знерге-
тических процессов в управляемьіх злектрических це-
пях. - Вестник Харьковск. госуд. политехн. ун-та
"ХПИ". Вьш. 113., 2000. - С. 133-134.
[23] Горбачев М.Н. Анализ знергетики систем злектропи-
тания на основе управляемих вентильних преобразо-
вателей. - "Радиозлектроника. Информатика. Управ-
ление". - 2000. - № 2. - С. 40-45.
[24] Горбачев М.Н. Теория геометрического моделирова-
ния злектрознергетических процессов в злектрических
цепях и системах с управляемими злементами. - Тру-
ди 4-ой Международн. науч.-практич. конф. "Системи
и средства передачи и обработки информации". -
Одесса: УГАС им. А.С. Попова, 2000. -С. 57-58.
[25] Горбачев М.Н. Анализ режимов систем злектропита-
ния на основе управляемих вентильних преобразова-
телей. - Електротехніка та електроенергетика. - 1999.
-№ 1. -С. 26-28.
[26] Горбачев М.Н. Геометрические модели управляемих
вентильних преобразователей. - Вестник Харьковск.
госуд. политехн. ун-та "ХПИ". Вьш. 61.- 1999. -
С. 288-289.
[27] Горбачев М.Н. Геометрическое моделирование знер-
гетических процессов в злектрических преобразова-
тельних цепях и системах. - Технічна електродинамі-
ка. Спец. вип. 2. - Том 2. - 1998. - С. 89-94.
[28] Горбачев М.Н. Система обобщенньїх уравнений
управляемого мостового вьшрямителя // Техн. злек-
тродинамика. - 1997. - № 4. - С. 29-35.
[29] М. ОогЬасІтеу. Сеошеїгісаі тос!е1іп§ оґ епег§еііса1 ргос-
Є88Є8 іп Йіе гедиіаіесі гесііґїегз // Ргосее<ііп§8 оґ іЬе З Іп-
іегпаііопаї Зсіепйґіс апсі ТесНпісаІ Сопґегепсе оп “1)п-
сопуепііопаї ЕІесіготесґіапісаІ апсі ЕІесіїїсаІ Зузіетз”
(19-21 ЗеріетЬег 1997, Аіиьіііа, ТІїе Сгітеа, (Легате). -
Тесйпісаі Опіуегзііу Рге88, Згсхесіп, 1997. - Уоі. 2. - Р.
575-580.
[30] Горбачев М.Н., Чернай В.Ф. Новий подход к анализу
знергетических процессов во вторичньїх системах
злектропитания со стабилизацией вьіходньїх парамет-
ров. - Тр. V Международ. науч.-техн. конф. "Системи
и средства передачи и обработки информации" (г..
Одесса). - Одесса: Изд. Центр ОНАС. 2001 г., - С. 63-
64.
[31] Горбачев М.Н. Анализ режимов работи систем злек-
тропитания на основе вентильних преобразователей
методом параметризации ортогональних составляю-
щих полной мощности. - Вісник Націон. ун-ту "ХПГ.
-Вьш. 16.-2001.-С. 53-55.
[32] Горбачев М.Н. Математическое моделирование злек-
трознергетических процессов и режимов работи сило-
вих преобразовательньїх устройств с управляемими
злектронними приборами на основе геометрических
представлений / Сб. тр. VI Международ. конф. "Акту-
альние проблеми злектронного приборостроения"
(АПЗП-2002. - Т. 6. - Новосибирск: Новосибирск. го-
суд. техн. ун-т. -С. 186-190.
Поступила 30.08.2006
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
71
УДК 537.6:621.318.3
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСХОДНЬІХ ДАННЬЇХ ДЛЯ ЗЛЕКТРОМАГНИТНЬЇХ
УСТРОЙСТВ УПРАВЛЕННЯ МАГНИТНЬІМ ПОЛЕМ В ПОМЕЩЕНИЯХ
Пелевин Д.Е.
Научно-технический центр магнетизма технических обьектов НАН Украиньї
Украйна, 61106, Харьков, 106, ул. Индустриальная, 19
тел./факс +38(0572) 99-21-62, е-таіі: та§пеІігт@кІіагкоу.сот
Розроблено метод визначення первинних даних для електромагнітних пристроїв керування магнітним полем у при-
міщеннях, заснований на прямих вимірюваннях напруженості магнітного поля у заданому об’ємі приміщення у вузлах
просторової сітки. Для обробки первинного масиву даних використовується метод інтерполяції кубічною сплай-
функцією, а первині дані наводяться кількісно - у вигляді матриць та графічно - у вигляді карт розподілу магнітного
поля на паралельних та ортогональних площинах.
Разработан метод определения исходньїх данньїх для злектромагнитньїх устройств управленая магнитньїм полем в
помещениях, основанньїй на прямьіх измерениях напряженности магнитного поля в заданном обьеме помещения в
узлах пространственной сетки. Для обработки первинного массива данньїх используется метод интерполяции куби-
ческой сплайн-функцией, а исходньїе данньїе представляются количественно - в виде матриц и графически - в виде
карт распределения магнитного поля на параллельньїх и ортогональних плоскостях.
ВВЕДЕНИЕ
В основу технологии вьібора параметров злек-
тромагнитньїх устройств управлення магнитньїм по-
лем положено, во-первьіх, знание исходньїх (до уста-
новки устройства) данньїх об искажениях напряжен-
ности геомагнитного поля в заданном локальном обь-
еме V помещения и, во-вторьіх, - требуемая зффек-
тивность снижения зтих искажений [1].
Цель работьі - разработка методики определения
исходньїх данньїх для злектромагнитньїх устройств
управлення магнитньїм полем в заданном обьеме по-
мещения.
В мальїх обьемах (единицьі дм3), именуемьіми в
дальнейшем микрообьемами, в качестве характери-
стики искажений геомагнитного поля используют
чаще всего такой показатель, как отклонение индук-
ции геомагнитного поля в геометрическом центре
микрообьема.
Мальїе размерьі обьема позволяют свести зада-
ние искажений геомагнитного поля в заданном обье-
ме к знанню разности межу реальними значеннями
компонент напряженности /7°-, и магнит-
ного поля в его геометрическом центре и значеннями
геомагнитного поля:
А Г/0 _ ТтО гтМПЗ .
А/7 уу — П ~ П х ,
=7-/0 -Я^ПЗ; (1)
АнО.=Н°-НгМПЗ,
где Н 9 - значение напряженности магнитного поля по
/-тому направленню (/ - х,у,г) в /-той тонке обьема с
координатами (/ - х,у,г). В данном случае
/ = х0,у0,г0 > т.е. речь идет о тонке, совпадающей с
геометрическим центром обьема; Я;мпз- текущее
значение напряженности геомагнитного поля по і-
тому направленню (і - х,у,г). Значение зтой напря-
женности определяется координатами расположения
того или иного локального обьема в географических
координатах Земли; Д/7°- значение напряженности
искажений геомагнитного поля по /-тому направле-
нню в /-той точке обьема с координатами
/ = х0,у0,г0.
Относительная погрешность Зуу такого пред-
ставлення искажений геомагнитного поля по /-тому
направленню в геометрическом центре обьема будет
определяться как:
п ДЯ,Р-АЯ,МПЗ
где |нМПЗ| - модуль напряженности геомагнитного
поля для данной широтной зоньї.
Абсолютная погрешность Дуу такого представле-
ння искажений геомагнитного поля в мальїх обьемах
определяется как разность между значением напря-
женности искажений в любой точке / с координатами
х, у, г, принадлежащей микрообьему, и напряженно-
стью искажений в геометрическом центре обьема
(3)
Из соотношения (3), а также из общих представ-
лений о магнетизме технических обьектов [2] абсо-
лютно очевидно, ЧТО СНИЖЄНИЄ погрешности Д/у тес-
но увязано как с размерами микрообьема, так и уда-
ленностью от него нсточников магнитного поля. По
существу, величина погрешности Дуу с уменьшением
заданного обьема будет снижаться, равно как и при
удалении от него источников магнитного поля.
Именно наличие зтих факторов и обеспечивают
на практике крайнє мальїе значення погрешности Дуу
применительно к мальїм обьемам. В относительньїх
единицах Зу =Ау/нмпз величина зтой погрешно-
сти находится в пределах десятьіх долей процента.
Перечисленньїе вьіше особенности искажений
геомагнитного поля в микрообьеме определяют и ме-
тодический подход к построению злектромагнитньїх
устройств для их снижения. Так, для снижения иска-
жений геомагнитного поля в локальном обьеме мальїх
размеров используются чаще всего злектромагнитньїе
устройства, в которьіх исполнительньїм органом (ис-
точником компенсирующего магнитного поля) явля-
ются системні колец Гельмгольца, Браунбека, Рубенса
и т.д. Такие системні, создавая в упомянутом микро-
обьеме близкое к равномерному магнитное поле, по-
зволяют снизить общий уровень его искажений до
значений абсолютной погрешности Дуу.
Для минимизации магнитного поля в микрообь-
72
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
еме часто используются также и компенсирующие
постоянньїе магнитьі или злектромагнитьі [3]. Зти
магнитьі устанавливаются вблизи микрообьема. При
зтом характеристики магнита (злектромагнита) вьіби-
раются исходя из условий компенсации искажений
геомагнитного поля в одной точке - геометрическом
центре микрообьема:
= Ніт , (4)
где Ніпг - напряженность магнитного поля в геомет-
рическом центре микрообьема, которое создается од-
ним или несколькими компенсирующими магнитами.
Данное представление искажений и геомагнит-
ного поля является достаточньїм при решении огра-
ниченного ряда технических задач. К ним в первую
очередь относятся задачи по снижению искажений
геомагнитного поля в месте установки компасов на
судах, магнитометров в космических аппаратах и пр.
Однако такой подход является неприемлемьім,
когда дело касается представлення искажений гео-
магнитного поля в макрообьемах (несколько кубиче-
ских метров). Такая неприемлемость связана с суще-
ственньїм отличием в степени искажения А(у напря-
женности геомагнитного поля в различньїх точках
макрообьема. Именно наличие зтого фактора вносит
свои особенности в оценку искажений геомагнитного
поля в макрообьемах.
Упомянутая вьіше неравномерность Д;у степени
искажения напряженности геомагнитного поля в мак-
рообьемах обусловлена как размерами зтого обьема,
так и относительной близостью к нему источников
магнитного поля. К таким источникаїм относятся фер-
ромагнитньїе злементьі конструкции здания (стен,
потолка, пола), а также различньїе машиньї, механиз-
мьі и прочее оборудование расположенное вблизи
локального макрообьема.
Из изложенного следует, что использование под-
ходов, применяемьіх в отношении микрообьемов, яв-
ляется некорректньїм при решении задач снижения
искажений геомагнитного поля. Сказанное справед-
ливо и в отношении оценки уровня искажений гео-
магнитного поля применительно к макрообьемам.
Таким образом, для определения реального рас-
пределения искажений геомагнитного поля в макро-
обьемах и для создания методологи и вьібора пара-
метров злектромагнитньїх устройств, адаптированньїх
для снижения зтих искажений требуется:
• способ измерения искажений геомагнитного
поля;
• форма представлення конечной информации о
распределении магнитного поля в заданном обьеме;
• методика пересчета магнитного поля в любую
точку рабочего обьема;
Знание перечисленньїх характеристик и методик
их определения необходимо не только для проектиро-
вания и изготовления злектромагнитньїх устройств,
но и для их настройки и зксплуатации.
ЗКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ИСКАЖЕНИЙ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В
МАКРООБЬЕМЕ
Практическое определение искажений геомаг-
нитного поля в макрообьеме основано на проведений
прямьіх измерений напряженности геомагнитного
поля в ограниченном числе точек обьема. Для прове-
дення таких измерений предлагается в заданном обь-
еме определить пространственную сетку, в узлах ко-
торой должньї бьіть измереньї значення напряженно-
сти магнитного поля (рис. 1). Геометрические разме-
рьі пространственной сетки вьібираются в зависимо-
сти от размера обьема. Шаг сетки измерения Ах, Ду,
Аг вьібирается из ряда соображений. Зто в первую
очередь, погрешность описання искажения геомаг-
нитного поля и удаленность макрообьема от истОчни-
ков магнитного поля. На величину шага сетки изме-
рений оказьівают влияние и возможности измери-
тельной аппаратурьі, здравьій смьісл и пр.
Рис. 1. Сетка измерения и злектромагнитное устройство
управлення магнитньїм полем (ЗМУ УМП) в помещении
Методология определения искажений геомаг-
нитного поля в заданном обьеме основьівается на
прямих измерениях компонент напряженности Ну
магнитного поля в каждом изу узлов вьібранной сетки
по каждому Атому направленню. Направлення і, по
которьім проводится измерение компонент напряжен-
ности Ну, Ну, Ну геомагнитного поля совпадает с
осями сетки. Число узлов сетки определяется ее гра-
дацией по осям X, У, 2. Обозначим число градаций по
указанньїм осям X, У, 2, соответственно равньїм К, Ь и
М. При зтом каждьій из узлов сетки будет опреде-
ляться координатами хк, у( гВ!:
А:=О,І,...Н; /=0,1,..А; т=0,1,..М.
С учетом принятьіх обозначений, измеренное
магнитометром значение напряженности магнитного
поля в каждом из узлов сетки будет иметь представ-
ление
Сама же величина искажений напряженности
геомагнитного поля ХНцх^Уі .^ в любой из точек
сетки будет определяться как разность между изме-
ренной величиной магнитного поля Н,їг ,, 7 и те-
кущим значением напряженности геомагнитного поля
Земли по (-тому направленню
^Ні(хк,у,,г„,) = Ні(хк,уі,!,,,) ~иі (5)
Величина напряженности Н^пз, как уже ука-
зувалось ранее, определяется расположением того
или иного локального обьема в географических коор-
динатах Земли.
Описаний подход к определению искажений
геомагнитного поля может бьіть реализован в виде
способа прямьіх измерений напряженности магнитно-
го поля в каждом из узлов посредством магнитометра
с одним трехкомпонентньїм датчиком. В зтом случае
трехкомпонентньїй датчик магнитометра располагают
последовательно в каждьій из узлов сетки (рис. 1).
Оси магнитометра при зтом ориентируют по вьібран-
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
73
ньім і-тьім направленням. Сама же относительная по-
грешность 5(у определения искажений геомагнитного
поля в у-том узле сетки с координатами х*, г,„ по і-
тому направленню при зтом будет определяться как
Ні<Л’Уі’гт')
М173
ИМПЗ
(6)
Предлагается весь массив погрешностей , оп-
ределенньїх путем измерений, в каждом их узлов сет-
ки, представлять в виде матриц сформированньїх для
точек плоскостей (плоскость XV) при значеннях
2 =0,1,..от, ..М. С учетом такого представлення мат-
рица относительньїх погрешностей в плоскости Х¥
при 2 =т будет иметь вид:
/ с
°'(т0,у0,г„,)
(я-.)’/•г„,) -• °і(х4,Уг.гт)
Л'(лл-О’о>гт) 5'(яоУ/.г„,) - (хК.,уьлт)>
Такне же матрицьі можно получить посредством
феррозондовьіх магнитометров с двумя датчиками -
измерительньїм и компенсационньїм. Такне магнито-
метрьі освоеньї промьішленностью и широко исполь-
зуются в геодезии.
В зтом случае измерительньїй датчик устанавли-
вается последовательно в узльї сетки, как и в случае с
магнитометром с одним датчиком, а второй компен-
сационньїй датчик вьіносят за предельї локального
обвема и располагают в месте, где искажения геомаг-
Рис. 2. Схема расположения датчиков магнитометра
При зтом искажение геомагнитного поля в месте
установки компенсационного датчика может бьіть
обеспечено, как за счет удаленности датчика от ис-
точников магнитного поля, так и за счет использова-
ния различного рода компенсаторов для устранения
искажения геомагнитного поля в микрообьемах.
В зтом случае показання прибора будут непо-
средственно регистрировать абсолютную величину
искажений ДЯ,71. ,, „ ч геомагнитного поля в /-том
узле сетки.
ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ ПЕРВИННОГО
МАССИВА ДАННЬЇХ
Точки измерения располагаются в узлах про-
странственной сетки, образованной взаимно перпен-
дикулярними сечениями плоскостей. Зто позволяет
сгруппировать их по сечениям и рассматривать далее
распределение магнитного поля на плоскости. Полу-
ченное в результате измерений распределение напря-
женности магнитного поля на плоскости представляет
собой дискретную функцию, значення которой иска-
женьї "шумом" (случайньїми ошибками). Для опреде-
ления значений функции в точках между узлами сет-
ки измерения в математике используют методьі ин-
терполяции. Из всего многообразия существующих
математических решений вьібор наиболее приемлемо-
го является сложной задачей. Для интерполяции на-
пряженности магнитного поля в данной работе ис-
пользован метод интерполяции кубической сплайн -
функцией [4]. Зто связано с тем, что зтот метод обла-
дает хорошими аппроксимативньїми свойствами, про-
стотой реализации на вьічислительной технике, мало
чувствителен к случайньїм ошибкам и позволяет оп-
ределять значение производной аппроксимируемой
функции, знание которьіх необходимо для определе-
ния параметров злектромагнитньїх устройств управ-
лення магнитньїм полем в помещениях [1].
Рассмотрим механизм реализации метода интер-
поляции для построения изодинам напряженности
магнитного поля на плоскости Х¥ при 2 =т. Для об-
ласти £2=[а,й]х[с,4] в которой введена сетка Д=ДххД,„
где Д.г є а-х0<...<хк<. ..<хк=Ь, Д, є
с=у0<...<уі<...<уі=^1, а в узлах сетки (хА, уО заданьї
значення напряженности магнитного поля Н^ху )
кубическая сплайн-функция определяется по соотно-
шению [5]. Далее для простотьі записи г,я опущено.
Тогда
5(х,у) = ф(ґ)-Я-ф(и), (7)
где ф(')=Н1) ф(г2) /г,-ф(г3) /г, -ф(?4)];
Н‘(хк,Уі) НІ(Хк,Уі+1) Я.1;0 , <(-Ц.,.)’/) Я1;0 . '(-Ц.У/+1)
Н‘(.хк+1,Уі) н';° ч ‘(хм,Уі) Н!;° . '(Я-+і-У/+і)
я0,1 я°л Я1;1 ЯІ;1
4хь.У() <(^.У/+1) і(.хк,Уі) '(Я,У/+1)
Я0/1 , я0/ Я Я1;1
'(х*+і>Л+і) '(Я+нЛ+і).
ф(«1)
/, ф(и4)
ф(ґ])-(1-г)2(1 + 2?); ф(г2) = г2(3-2?); ф(г3) = ґ(1-г)2;
ф(г4) = ; ф(«і)= (1-и)2(1 + 2и);
ф(и2) = и2(3-2и) ; ф(и3) = и(і-и)2 ;
ф(и4) = -и2(1 -м); /гк = хк+1 -хк\ і = Л *к ' ;
>4
ч = У/+і - у і;«= Уі>>;
п
#1,0 = 2_//
зл- /(Х4,у;)’
Н0.’1 — ,,
Н1;1 =-^—Н.. ..
дхду і(Хк’Уі)
Для построения кубического сплайна (7) необхо-
димо знать в узлах сетки Д значение измеряемой на-
пряженности магнитного поля. Для определения про-
изводньїх напряженности магнитного поля применим
приближенньїе формульї на основе разделенньїх раз-
ностей. Положим;
74
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
Я1;0
Я
+ Щ —
Ні(хк,Уі)-Н
ІІк-1
(8)
где к = ;
я1;0
я
-Ні —
/г4.
Ні(хх,Уі)-Ні(Хо,уі}
/і0
— Я іїг. V, I
(9)
!г}
Ні(х„
-Н
Н}:° .=-кк_}
4л>,л) * /^_2
±(і \НКхк,Уі)-Иі(хк
+
(10)
\- л -1 / ,
'1К-\
Мч- = 11к-\(Ігк + Ігк-1) 1Д= 1 - ;
„0,1 И‘(хк,уі) ~Ні(хк,Уі-д
Н^~а‘ +
_ Ні(г. 1. .)~НцГ,
(11)
+0/
/ = £-1;
Я°Д = (14
'(А'ь.Уо) Х
Я
-01-
Ні(хк,у}) Ні(хк,у0)
т0
о, I ~ П ц ,, ... і
(12)
П
Я0’1 --Ґ7 Ні{Хк’
-Н
+
н
н
т£-2
-н,7у.
Ч-\
Я0;1 .-Я?’1
'4-І
Н°А .-Я0.’1
... і('Ч+і>Л) <(*,
+ Н-А--------------------
Я.1:' .
і(*о>Л)
-Ні
Я0’1 -Я0-1
14-1. ) ‘І*!’?/) '(^о>Л)
1 + И і)-----------;
ло
Я0;1 -Я0;1
г(х2,у;) іСУ],)
/г1
„0,1
0,1
(13)
(14)
(15)
н'-' ,=-^к-у
і(хк.Уі) л 1
ІІК-2
„О.! „0.1
‘(хК,Уі) і(хк
(16)
'гК-\
Соотношений (8)—(16) позволяют определять по
данньїм измерения напряженность магнитного поля
ее производной в пределах сетки измерения А.
и
ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТИ АППРОКСИМАЦИИ
Аппроксимация измеренного магнитного поля в
узлах сетки вьібранной на плоскости Х¥ при 7 =т с
помощью кубических сплайнов осуществляется с по-
грешностью. Зта погрешность зависит в основном от
двух факторов, шага сетки измерения и гладкосте ап-
проксимируемой функции внутри промежутков
[^, ^+1 ]х [у/> У/+1 ] • Распределение магнитного поля
Н(х,у) зто функция, не имеющая разрьівов, ее пер-
вая производная также не имеет разрьівов. Зто зна-
чит, что пространственное распределение напряжен-
ности магнитного поля и ее производньїх являются
гладкими функциями. Позтому для вьібора сетки из-
мерения нет необходимости определять точки разрьі-
ва аппроксимируемой функции ввиду их отсутствия.
Шаг сетки измерения является основним факто-
ром возникновения погрешности аппроксимации рас-
пределения напряженности магнитного поля. На по-
грешность аппроксимации влияет поведение функции
внутри промежутков [хк, л\,+|]х[у;, у;+1]: монотон-
носте, точки перегиба и число пиков функции. При
монотонном поведений функции внутри промежутков
[%£, Х£+1]х[у/, У/+1] погрешность будет меньше чем в
тех случаях, когда в зтих промежутках функция имеет
точки перегиба и пиковьіе значення. Напряженность
магнитного поля от локальних источников на плоско-
сти имеет свои характерньїе чертьі. Она имеет потен-
циальньїй характер распространения в пространстве и
при удалении от источника уменьшается. Следова-
тельно, на плоскости имеется область с ликовими зна-
ченнями и область с монотонньїм убиванием (рис. 3).
Рис. 3. Распределение напряженности магнитного поля
дипольного источника Р с магнитньїм моментом М на
плоскости
Для оценки погрешности важное значение имеет
поведение функции внутри областе! 2, где имеются
пиковьіе значення и точки перегиба, так как здесь на-
ходитея промежуток [х^, Х£+]]х[у/, у/+]] с максиму-
мом погрешноси (рис. 4).
Внутри областе 0^ погрешность описання
сплайн-функцией зависит от числа промежутков
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
75
[х^, х^+і]х[у;, у/+і]. Чем больше промежутков, тем
меньше погрешность.
Размер а области О зависит от расстояния г
плоскости измерения до источника магнитного поля
Р, и изменяется пропорционально ему. При зтом по-
ведение функции внутри область не изменяется. Зто
дает возможность, оценив погрешности при одном
расстоянии г - г, для заданного числа ячеек сетки
измерения N = К Ь , имеющих шаг /і]=2-«]/Л1 и
Т] = 2-а\/Ь, определить шаг сетки измерения с такой
же погрешностью на любом другом расстоянии
г = г2, которьій будет равен и
т2 =гї'а2ІЬ
Все вьіше сказанное позволяет установить зави-
симость шага сетки измерения при заданной погреш-
ности измерения от расстояния до источника, которая
определяется при Є = СОПЛІ по соотношению
= піг
= п2г
где Ик,іі - шаг сетки измерения соответственно по
осям X и У, г - расстояние от источника магнитного
поля до центра области с пиковьіми
, «2 " постоянньїе козффициентьі, є -
аппроксимации.
Для квадратной сетки Щ = п2 - п и
(15)
значеннями,
погрешность
'Ч = ^1 = •
У£ = п Г при Є = СОПЛІ . (16)
Например, аппроксимация распределения маг-
нитного поля на плоскости сплайн - функцией (7) с
погрешностью 1% будет осуществляться для квадрат-
ной сетки при п=0.2, а шаг измерения будет опреде-
ляется по соотношению
гд. = 0.2 г при є < 1% . (17)
В табл. 1 представлень! значення козффициентов
п при заданной погрешности аппроксимации.
Таблица І
є% 1 2 3 4 5 6 7 8
п 0.2 0.25 0.28 0.3 0.32 0.41 0.5 0.53
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТІВ ИЗМЕРЕНИЯ
Полуденную в результате измерений информа-
цию о распределении напряженности магнитного по-
ля в заданном обьеме помещения удобно представ-
лять на ортогональних и параллельньїх плоскостях,
образованньїх на базе сетки измерения Д. На таких
плоскостях информация представляется численно - в
виде матриц и графически - в виде карт распределе-
ния магнитного поля по аналогии с картами, приня-
тьіми в геодезии.
На рис. 5 изображена сетка измерения, образован-
ная в результате пересечения плоскостью обьемной
сетки измерения представленной на рис. 1 и соответст-
вующие ей матрица чисел и карта распределения.
а соотношение (15) запишется в виде
Сетка измерения
Ни Ни Ни
Н?,1 Н2,2 Н2і3
♦----------------4
Матрица результате^ измерения
Ніл Н/,2 Ни
Н2.і Н2.2 Н2,з
^2,1 Н2.2 Рис. 5 Н2,з
Карта распределения поля
Злементь! матрицм соответствуют узлам сетки
измерения. Измеренное значение магнитного поля в
узле сетки записьівается в соответствующий злемент
матрицьі. Каждьій злемент матрицьі имеет соответст-
вующее местоположение на карте, в котором изобра-
жается его значение. На карте строятся кривьіе, пред-
ставляющие собой линии равной напряженности. По-
строение линий равной напряженности осуществляет-
ся при помощи соотношений (7) - (16).
ВЬІВОДЬІ
1. Разработана методика зкспериментального оп-
ределения распределения магнитного поля в заданном
обьеме помещения. Методика основана на прямьіх
измерениях напряженности магнитного поля в задан-
ном обьеме помещения в узлах пространственной
сетки. Измеренньїе данньїе представляются численно
- в виде матриц и графически - в виде карт распреде-
ления магнитного поля на параллельньїх и ортого-
нальньїх плоскостях. Для обработки первинного мас-
сива данньїх используется метод интерполяции куби-
ческой сплайн-функцией, обладающий малой чувст-
вительностью к случайньїм ошибкам, что позволяет
описьівать магнитное поле в заданном обьеме поме-
щения С ВЬІСОКОЙ точностью.
2. Установлена зависимость, увязьівающая по-
грешность аппроксимации напряженности магнитно-
го поля с шагом сетки измерения и расстоянием плос-
кости измерения до источника поля, что позволяет
при заданной погрешности описання поля определять
необходимьій шаг сетки измерения на любом рас-
стоянии плоскости измерения до источника поля.
3. Предложенная методика рекомендована для
решения задач управлення магнитньїм полем в поме-
щениях
ЛИТЕРАТУРА
[1] Пелевин Д.Е., Рудас Ю.Д. Коррекция искаженного маг-
нитного поля внутри пометений // Електротехніка і
електромеханіка НТУ "ХПІ", 2002 №1 С. 57-60.
[2] Розов В.Ю., Волохов С.А., Лупиков В.С., Кильдишев
А.В., Ерисов А.В. Технология снижения внешних маг-
нитньїх полей судового злектрооборудования // Трудьі
Второй международной конференции по судостроению
(І8С98). - Том 2. - С.-Петербург: ЦНИИ им. акад. А.Н.
Крьілова. - 1998. - С. 22-27
[3] Розов В.Ю., Волохов С.А., Ерисов А.В. Злектромагнит-
ньій компенсатор магнитньїх полей технических обьек-
тов // Вісник Національного технічного університету
"ХПІ". - 2001. - №15. - С. 191-197.
[4] Корн Г. Кори Т. Справочник по математике для научньїх
работников - М: Наука, 1973. - 832 с.
[5] Завьялов Ю.С., Квасов Б.И., Мирошниченко В.Л. Мето-
дьі сплайн-функций. - М: Наука, 1980 - 202 с.
Поступила 07.08.2006
76
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
Зміст освіти за напрямками підготовки "Електротехніка"і "Електромеханіка"
УДК. 621.316.4.027.2
СОЗДАНИЕ УНИВЕРСАЛЬНОГО УЧЕБНОГО СТЕНДА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
АППАРАТОВ НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Годжелло А.Г., к.т.н., проф., Жаворонков М.А., к.т.н., доц., Калашникова А.В., Нечаев Д.Н.,
Московский знергетический институт (Технический университет)
Россия, 111250, Москва, Красноказарменная улица, д. 14, МЗИ (ТУ), каф. "Злектрические и злектронньїе аппаратьі"
тел. +7 (495) 362-78-35, е-таіі: сіепес1іаеу@таі1.ги
Дана робота присвячена розробці випробувального стенду по дослідженню апаратів низької напруги. Описані складові
стенду і дослідження, що проводяться на нім. Даний проект реалізований на кафедрі "Електричні і Електронні апа-
рати" Московського Енергетичного інституту (Технічного університету).
Дачная робота посвящена разработке испмтательиого стенда по исследованию аппаратов низкого напряжения.
Описаньї составляющие стенда и исследования, проводимьіе на нем. Данньїй проект реализован на кафедре "Злек-
трические и Злектронньїе аппаратьі" Московского Знергетического института (Техническогоуниверситета).
ВВЕДЕНИЕ
Для зффективного изучения любой технической
дисциплиньї, связанной с злектротехническими уст-
ройствами, необходимо иметь в наличии реальньїе
образцьі изучаемьіх устройств. В связи с тем, что в
результате прогресса устройства морально устарева-
ют, желательно поддерживать лабораторную базу на
должном уровне, т.е. оснащать более или менее акту-
альним оборудованием.
Также, как правило, в лаборатории подчас бива-
ет сложно охватить достаточно много аспектов, необ-
ходимьіх для исследования и представить все опьітьі,
которьіе следовало бьі.
В наши дни все более широко стали использо-
ваться компьютерньїе модели различньїх устройств.
Компьютерньїе модели помогают решить в той или
иной степени указанньїе вьіше проблеми. Компью-
терньїе модели дают следующие преимущества:
• расширение образовательньїх возможностей;
• увеличение контингента обучаемьіх;
• углубление процесса информатизации систе-
ми образования;
• развитие возможностей внедрения информа-
ционньїх технологий;
• зффективность использования информацион-
но-технической бази;
• снижение стоимости обучения.
Безусловно, зффективность изучения компью-
терной модели ниже, чем изучения реального обьек-
та. С другой сторони, студенту лучше изучать ком-
пьютерную модель современного оборудования, чем
рассматривать давно не работающее и устаревшее
оборудование в университетской лаборатории.
Но более рациональнмм решением проблемьі
зффективного обучения, должно являться совместное
использование компьютернмх моделей и реальньїх
обьектов в комплексе. Такое решение дает более ши-
рокие возможности по изучению оборудования и ана-
лизу получаемьіх данньїх.
На кафедре "Злектрические и злектронньїе аппа-
ратьі" созданьї комплекс виртуальньїх лабораторних
работ (ВЛР) по изучению злектрических аппаратов
низкого напряжения и переносной испьітательний
стенд, предназначенннй для исследования аппаратов
низкого напряжения.
ВИРТУАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Любая виртуальная работа подразумевает наличие
модели изучаемого устройства. Очевидно, что с мето-
дической точки зрения модель изучаемого устройства
должна бить максимально подобна ее реальним прото-
типам, отражать как можно больше и реальнеє свойст-
ва, характеристики и функции устройства.
Технология проектирования и построения вирту-
альной лабораторной работи состоит из следующих
зтапов:
• постановка задачи. Здесь определяются цель
лабораторной работи, знання, умения и на-
вики, которьіе учащийся должен приобрести
в процессе ее вьіполнения;
• разработка сценария, реализующего процесе
вьіполнения лабораторной работьі;
• разработка теоретического описання явлення,
которое исследуется в процессе вьіполнения
лабораторной работи;
• разработка заданий, которьіе вьшолняютея в
процессе проведення лабораторной работи;
• разработка моделей и алгоритмов, описи-
вающих исследуемое явление;
• разработка дизайна виртуальной лаборатор-
ной установки;
• программирование и отладка разработанних
алгоритмов;
• разработка технической документации;
• опитная зкеплуатация и доработка лабора-
торной работи по ее результатам.
Для создания комплекса работ бил проведен
анализ существующих язиков программирования.
НТМЬ вьібран как основной язьік разметки. Простота
и совместимость с НТМЬ определили вьібор язика
ІамаБсгірІ, как язика для написання сценариев лабо-
раторних работ.
Злементьі ОН'ГМЕ задействовани для повьіше-
ния динамичности страниц. В частности для обновле-
ння осциллограмм, изменения конфигурации схем
испитаний.
Также задействован один из злементов Асііує
для создания и редактирования текстового файла.
Создание такого файла позволяет сохранять данньїе,
полученньїе в ходе вьіполнения лабораторних работ.
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
77
Виртуальньїй лабораторний комплекс, для изу-
чения злектрических и злектронньїх аппаратов, пред-
ставляет собой Интеренет-сайт, доступ к которому
может осуществляться через Интернет, локальную
сеть или непосредственно с рабочей станции.
Комплекс лабораторних работ включает в себя
виртуальньїе лабораторньїе работи:
• Автоматические вьіключатели.
• Контактор постоянного тока.
• Контактор переменного тока.
• Устройства защитного отключения.
Интернет технологии бьіли вьібраньї за основу в
связи с тем, что такое исполнение можно использо-
вать при дистанционном обучении.
Для изучения автоматических вьіключателей би-
ло принято решение реализовать три опьіта в соответ-
ствии с ГОСТ Р 50030.2-99, а именно: видержка вьі-
ключателей в течение часа при условньїх токах от-
ключение и неотключения, снятие времятоковой ха-
рактеристики, исследование селективной работи вьі-
ключателей.
В основе созданньїх моделей лежат запрограм-
мированньїе времятоковьіе характеристики модуль-
них автоматических вьіключателей, представленньїе в
техническом каталоге компании АВВ "Зузіет рго М".
Характеристики запрограммированьї в числен-
ном виде и численньїе значення сведеньї в массив.
Пользователь вводит сопротивление, по которому
рассчитьівается ток. Ток приводится к поминальному
току вьібранного вьіключателя. Так как количество
злементов массива характеристики ограничено, то
необходимо вичислять время при промежуточньїх
значеннях тока. Позтому, по запрограммированной
времятоковой характеристике вьічисляется время сра-
батьівания с применением метода линейной интерпо-
ляции. Причем вьічисляются два времени срабатьіва-
ния: по кривой холодного и горячего состояния.
Для исследования контакторов разработана схе-
ма, позволяющая исследовать динамические характе-
ристики контактора постоянного тока. Реализован
метод уменьшения времени срабатьівания контактора
и способ снижения установившегося значення тока
управлення.
В работе исследуются модели УЗО компании
АВВ серии Р360 с номинальньїм отключающим диф-
ференциальньїм током /д„ = ЗО мА. Для исследова-
ния УЗО создано три модели схем испьітания. Опьітьі
заключаются в исследовании поведения УЗО при про-
текании по нему условньїх токов повреждения раз-
личной формьі.
АППАРАТНАЯ ЧАСТЕ
На кафедре Злектрических и злектронньїх аппа-
ратов сконструирован и собран переносной стенд по
исследованию злектрических аппаратов низкого на-
пряжения.
Конструкция и техническое оснащение стенда
позволяет исследовать довольно широкий спектр ап-
паратов низкого напряжения. Исследуется как ста-
ционарное оборудование предустановленное на испьі-
тательньїй стенд, так и аппаратьі, устанавливаемьіе на
ЗІИ-рейку (автоматические вьіключатели, вьіключа-
тели дифференциального тока (ВДТ) и д.р.).
Стационарное исследуемое оборудование вклю-
чает в себя: контактор переменного тока с предуста-
новленньїм тепловим реле К1, контактор переменного
тока К2, контактор постоянного тока КЗ. в ходе ис-
следования контактора К1 снимается времятоковая
характеристика теплового реле, изучается конструк-
ция магнитного пускателя и упрощенная схема пуска
двигателя. При исследовании контактора К2 прове-
ряются такие характеристики, как время срабатьіва-
ния, время отпускания, напряжение срабатьівания,
напряжение отпускания. Исследование контактора КЗ
подразумевает проверку времен срабатьівания и от-
пускания контактора постоянного тока при номи-
нальном напряжений катушки управлення.
Исследование автоматических вьіключателей
сводится к пропусканню по ним тока требуемой вели-
чини и фиксации времени срабатьівания вьіключателя
с помощью подключаемого таймера. Диапазон токов
испьітаний от 0 до 250А. Исследование ВДТ сводится
к проверке порога срабатьівания устройства, путем
постепенного увеличения пропускаемого тока по од-
ному из полюсов ВДТ. Зтот ток имитирует ток зами-
кання на землю и тем самим проверяется значение
отключающего дифференциального тока. Также про-
веряется исправность ВДТ нажатием кнопки "ТЕСТ".
ЛИТЕРАТУРА
[1] Злектрические и злектронньїе аппаратьі. Под ред. Ю.К.
Розанова, М: Информзлектро, 2001. - 420 с.
[2] ГОСТ Р 50030.2-99 (МЗК 60947-2-98). Аппаратура
распределеиия и управлений низковольтная. Часть 2.
Автоматические вьіключатели.
Поступила 07.09.2006
78
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
Список авторів
Б
Баранов Михаил Иванович.....................5
Бранспиз Мария Юриевна.....................15
Бранспиз Юрий Адольфович...................66
Бібік Олена Василівна......................12
В
Васьковський Юрій Миколайович...............19
Г
Головань Іван Васильович..................51
Горбачев Модест Николаевич................69
Гайденко Юрій Антонович...................19
Годжелло Андрей Григорьевич...............77
д
Демидюк Борис Мартьінович.................61
Ж
Жаворонков Михаил Александрович.........23, 77
З
Заблотский Николай Николаевич.............25
к
Калашникова Арина Владимировна............77
Клименко Борис Владимирові!...............29
Конохов Николай Николаевич................36
Крюков Константин Викторович..............55
Кузьмин Виктор Владимирович...............61
М
Мороз Володимир Іванович..................39
Н
Нечаев Денис Николаевич...................77
Нацик Олександр Володимирович.............19
П
Павленко Татьяна Павловна.................44
Пелевин Дмитрий Евгеньевич................72
Поляков Михаил Алексеевич.................47
Пономаренко Валентин Кузьмич..............61
Попович Олександр Миколайович...........12, 51
Р
Розанов Юрий Константинович................55
с
Себко Вадим Вадимович......................57
т
Ткаченко Сергей Александрович.............23
ПІ
Шумилов Юрий Андреевич....................61
Шуруб Юрій Вікторович.....................64
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
19
АЬ8ІгасІ8
ЕЕЕСТНОЕІЧСіЕЕІЧІПІІЧСя: Рготіпепі єуєпіз апсі дгеаі патез
Вагапоч М.І. 5
Епгіко Еегті - опе оґ ІЬе ґоипсіегз оґ С|иап-
Іит зіаіізіісз, еіесігосіупатісз апсі писіеаг
ро\уег еп§іпеегіп§.
А Ьгіеґ зсіепііґіс-апсІ-ЬізіогісаІ еззау аЬоиі іЬе
таіп асЬіеуетепіз апсі сіізсоуєгієз іп рЬузісз апсі
аіотісз тасіе Ьу іЬе рготіпепі рЬузісізі оґ іЬе
2011’ сепіигу Епгіко Еегті із §іуєп.
Кеу юогсЕ - рЬузісз, аіотісз, циапіит 8Іа-
ІІ8ІІС8, еіесІго<1упатіс8, писіеаг роугег еп§і-
пеегіп§, 8СІепіііїс-апсі-ЬІ8Іогіса1 еззау.
ЕІесігісаІ Мазіїіпез апсі Аррагаіиз
ВіЬік О.У., Ророхісії О.М.
Іпсгеазе іп ро>¥ег еґґісіепсу оґ іпйисііоп
сігіуєз іп циазі-зіаііс тосіез.
Ап а1§огііЬт ґог регґогтапсе іпсгеазе гезегуез
езіітаііоп аг сіезіопіп^ іпсіисііоп тоіогз зиЬ]есі Іо
геаі орегаїіоп тосіез із іпігосіисесі.
Кеу хоогсіх - іпсіисііоп тоіогз, регґогтапсе
іпсгеазе гезегуез, езіітаііоп.
Вгапхрі? М. ¥и.
То оріітігаііоп ргоЬІет ґогтиіаііоп Гог а
8Іп§1е-іигп суіпсііп§.
Зоїиііопз оґ ісуо оріітігаііоп ргоЬІетз ґог а
зіп§1е-іигп \уіпсііп§ аге §іуєп. її із зЬохуп іЬаі роз-
зіЬІе Іітіїаііопз оп іЬе іпіііаі сіаіа сіотаіп тизі Ье
Іакеп іпіо ассоипі аі ап е!есІгота§пеІ оріітіха-
Ііоп ргоЬІет ґогтиіаііоп, роззіЬІе Іітіїаііопз.
Кеу ууогсіз - 8Іп§Іе-іигп ууіпсііп§, оріітіга-
ііоп ргоЬІет ґогтиіаііоп.
Уах ’косхкі ¥и.М., Оаісіепко ¥и.А., КашкО.У.
Еіеісі іЬеогу Ьазеїі гезеагсії оп азупсЬгопоиз
тоіогз ипсіег гоіог рагатеіегз ипзуттеїгу.
Месіїапісаі апсі орегаїіопаї сЬагасіегізіісз оґ
ап азупсЬгопоиз тоїог аге зітиіаіесі апсі зіисііесі
Ьу теапз оґ ґіеісі іЬеогу теїЬосіз іп азуттеїгісаі
орегаїіоп сопсііііопз ипсіег іЬе гоіог Ьагз Ьгеак.
Ресиїіагіїіез оґ еіесігота^пеііс ґіеісі сІізігіЬиІіоп
іп іЬе асііуе гопе оґ ІЬе тоїог ипсіег ргезепсе оґ
іЬе сіатауесі Ьагз аге апаїухесі.
Кеу~'л/огсІ8 - аяупскгопоиз тоїог, гоіог Ьат
Ьгеак, тесЬапісаІ апсі орегаїіопаї сігагасіегіаіісх.
.Іахосопкос М.А,. Ткасігепко 8-А.
Оіа£позііс8 оґ еуегу-йау ауаіІаЬіІііу оґ еіес-
іготесіїапісаі зуйісЬіп§ сієуісєз.
ТЬе агіісіе із сієуоієсі Іо гезеагсЬ іпіо еуегу-
сіау ауаіІаЬіІііу оґ еІесіготесЬапісаІ з\уіісЬіп§
ипііз апсі апаїузіз оґ гезиііз. ТЬе гезеагсЬ із соп-
сіисіес! аі Еіесігіс апсі Еіесігопіс Аррагаіиз Бе-
рагітепі оґ Мозсоу/ Роу/єг Еп§іпеегіп§ Іпзіііиіе
(ТесЬпісаІ Еіпіуегзіїу).
Кеу схогсіх - еІесіготесЬапісаІ зууіісЬіп§ сіє-
уісє, еуегу-<1ау ауаіІаЬіІііу, гезеагсЬ.
ІаЬІосІхку N.14.
Іпіегасііоп оґ а зстєуу еіесіго- іЬегто-
тесЬапіса! сопуєгієг апсі 1оасііп§-соо1іп§ тесііит
Ргосеззез оґ Ьеаі ігапзґег апсі ґгісііоп аі іпіегас-
ііоп оґ еіесіго- іЬегто-тесЬапісаІ епег§у сопуегіегз
апсі 1оасііп§-соо1іп§ тесііит аге іпуез1і§аіес1.
Кеу ссогсіх - Ьеаі ігапзґег, еіесіго- іЬегто-
тесЬапіса! сопуєгієг, 1оайіп§-соо1іп§, тесііит.
КІітепко В. V.
Іпіегпаііопаї ЕІесігісаІ УосаЬиіагу
ІІкгаіпіап ргозресіз
УУе сопііпие риЬ1ізЬіп§ ігапзіаііоп оґ зеїесіесі
рагіз ґгот Іпіегпаііопаї ЕІесігісаІ Бісііопагу
(ІЕБ), патеїу, зесііоп 441 - 8^іІсІг§еаг, сопігоі-
§еаг апсі/ихех, іпіо ІІкгаіпіап. Іп іііе рарег, ігапз-
15
19
23
25
Іаііоп оґ зесііоп 441-14 - 8н>іісІгіп§ сіегісех - із
ргезепіесі.
Кеу \хогсіх - Іпіегпаііопаї ЕІесігісаІ Бісііоп-
агу, зесііоп 441-14 - 8тІсІгіп§ сієуісєх, іегтз
апсі сІеГіпіІіопз, ігапвіаііоп іпіо ІІкгаіпіап.
Копоігоу 1У.І\к 36
8ігисІигаі апаіу8І8 апсі ргіпсіріе оґ зутте-
ігу аі регґесііоп оґ еіесігіс тасЬіпе сіезщп.
ТЬе Ьізіогу оґ іЬеогу оґ зузіетз апсі іЬеогу оґ
зуттеігу апсі іЬеіг арріісаііоп Іо апаїузіз оґ зера-
гаїе еіетепіз апсі ипііз оґ еіесігіс тасЬіпез (ЕМ)
аге сопзісіегесі. РгоЬІетз оґ ЕМ сіезі^п регґесііоп
аге сопзісіегесі ґгот іЬе «епегаї роіпіз оґ іЬеогу оґ
зузіетз апсі іЬеогу оґ зуттеігу. Асіуапіа^ез оґ
сіеуеіортепі оґ ЕМ сіезі^п у/ііЬ а гасііаі-ахіаі
соо!іп§ зузіет (а зутЬої оі п:т зуттеігу) уегзиз
асіуап1а§е8 оґ ЕМ сіезі^п \уііЬ ап ахіаі сооііп»
зузіет аге апаїухесі.
Кеу юоігіх - еіесігіс тасЬіпе сіезі§п, ргіпсі-
ріе оґ зуттеігу,зігисіигаі апаіу8І8.
Могог У. І. ‘ 39
Арріісаііоп оґ іпіедгаі ециаііопз іо
8Ітиіаііоп оґ сопігоііесі еІесіготесЬапісаІ
зузіетз.
Ап ехатріе оґ іпіе§гаі едиаііопз арріісаііоп Іо
зітиіаііоп оґ сопігоііесі еІесіготесЬапісаІ зузіетз
із дезсгіЬесІ іп іЬіз рарег. Апаїузіз оґ ассигасу апсі
гаііопаї огсіег оґ іЬе питегіс іпіе§гаііоп ґогтиіа із
тасіе суііЬ ітріісіі Асіатз теїЬосіз.
Кеу могсіх - іпіе§гаі едиаііопз, сопігоііесі
еІесіготесЬапісаІ 8у8іет8, сотриіег 8Ітиіа-
ііоп, питегіс теїЬосіз ассигасу.
Ра\>1епко Т.Р. 44
Іпґіиепсе оґ асііуаііоп оп еіесігіс сопіасіз
>уеаг.
Іп іЬе рарег, ргоЬІетз оґ асііуаііоп ргосезз ас-
ііоп оп еіесігіс сопіасі \уеаг аге сопзісіегесі. Так-
іп§ іпіо ассоипі ґеаіигез оґ іЬе сопіасі таіегіаі,
патеїу, іЬегтіопіс асііуііу аі ргосіисііоп апсі ор-
егаїіоп іп геаі сопсііііопз, \ує таке а сопсіизіоп
іЬаі іЬіз сопіасі сотрозіііоп сап Ье изесі іп еіес-
ігіс аррагаіиз суііЬ аге соттиіаііоп.
Кеу ^огсіх - асііуаііоп ргосезз асііоп, еіес-
Ігіс сопіасіз иеаг, Иіегтіопіс асііуііу.
Ро^уакоV М.А. ‘іі
А ґигху ге§иіаіог оґ ропег оіі-іттег8ес1
ігапзґогтег сооііп§ оп ІЬе ЬазІ8 оґ с1І8ІигЬапсе
ґасіог сЬап§е ргедісііоп.
ТЬе зігисіиге апсі ргіпсіріез оґ а ґихгу ге§и1а-
іог с!езі§п ґог ро\уег оіі-іттегзесі ігапзґогтег
соо1іп§ аге апаїугесі, іЬе ге§;и1аіог етріоуз Нп-
§иізііс уагіаЬІез оґ Іоасі сиггепі апсі епуігоптепі
іетрегаіиге сЬап§е ргесіісііоп ґог іЬе ригрозе оґ
ігапзґогтег ізоіаііоп іЬегтаї \уеаг тіпітігаііоп.
Кеу усогсіз - роууег оіі-іттег8есі Ігапз-
ґогтег, сооііп§, ґихгу ге§иіаіог, сіізІигЬапсе
80
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
Гасіог сЬап§е ргейісйоп.
Ророгіс/і О.М., Соїомап І. V. 51
КезеагсЬ оп азупсЬгопоиз шоіогз ххііЬ а
таззіуе Геггота§пейс гоіог аі ап іпсгеазей
рохуег зирріу Ггедиепсу.
А таікетаіісаі тосіеі Гог 8іагііп§ скагасіегіз-
ііс зкаріп§ Гог азупскгопоиз тоіогз хуіік ґге-
диепсу-йерепйепі рагатеіегз оґ іке гоіог із іпіго-
сіисесі; іке тойеі іакез іпіо ассоипі е^иІVа1епі
сігсиііз оґ еййу-сиггепі Іоззез іп іке зіаіог апсі іке
гоіог зіееі.
Кеу \чог<Е - азупсЬгопоиз тоіог, зіагііп§
сЬагасіегізііс зЬаріп§, таіЬетаіісаІ тойеі.
Рогапоч У.К., Кгіикоч К.У. 55
А рохуег Полу сопігоПег хуіііі а рЬоіоуоІіаіс
сопуегіег.
Тке рарег іпігойисез а зскете оґ а роу/ег ґіоху
сопігоПег хуіік а ркоіоуоііаіс сопуегіег оп іке сіс
зійе. Аізо, іке рарег йізсиззез \уауз оґ еґґісіепсу
іпсгеазе Гог зузіетз хуіік ркоіоуоііаіс сопуегіегз.
Тке хуогк із сопйисіей аі Еіесігіс апсі Еіесігопіс
Аррагаіиз Верагітепі оґ Мозсоху Рохуєг Еп§і-
пеегіпд Іпзіііиіе (Тескпісаі Ппіуегзііу).
КеушогсЕ - тиііісопуегіег, рохуєг йоху соп-
ігоііег, рЬоіоуоІіаіс сопуєгієг, йс-йс сопуєгієг.
8еЬко V. У. 57
КезеагсЬ іпіо ігапзіепі ргосезз оґ аіг-іауег
Ьеаііп§ Ьеіууееп а Ьеаіег апй а ргойисі ипйег
іке Ьеаіег іетрегаіиге аііегпаііоп.
Тке ігапзіепі ргосезз оґ аіг-іауег кеаііп§ Ье-
іу/ееп а кеаіег апсі а ргойисі ипйег іке кеаіег іет-
регаіиге аііегпаііоп із зіийіей. Еог а зресіґіс ехат-
ріез, зоїиііопз оґ а кеаі-ЬаІапсе едиаііоп йезсгіЬіп§
ігапзіепі кеаііп§ о і' ап аіг Іауег Ьеіхуееп іке кеаіег
\уіпйіп§ апй а ргойисі аге ґоипй: а §епега1 зіаііоп-
агу зоїиііоп Аі*, а рагііаі попзіаііопагу зоїиііоп
Д4 ' апй іке сотріеіе йесізіоп А/в . Неаііп§ ііте
йерепйепсез оґіке зоїиііопз аге ріоііей.
Кеу ууогсЕ - ігапзіепі Ьеаііп§, Ііеаі-Ьаіапсе
ецпаііоп зоїиііопз, аіг Іауег, іетрегаіиге аііег-
паііоп.
ЗИитіїоу Уи.А., Ропопгагепко У.К.,
Киг'іпіп У. У., иетісіуик В.:у1. 61
Сепегаіог геїіаЬіІііу сопігої іп писіеаг, Ьу-
йго- апй Ьеаі рохуег ріапіз.
А песеззііу Гог оп-ііпе топі1огіп§ апй йіа§-
позіісз оГ 1аг§е §епегаіогз зіаіе зо аз іо ргеуепі
іке §епегаіогз Ьгеакйохуп із іизііґіей. Іі із рго-
розей іо геріасе ргеуепііуе таіпіепапсе Ьу таіп-
іепапсе оуєг зі^піГісапі аЬпогтаІііу оГ іке геїі-
акіїііу іпйех.
Кеу учопЕ - рохуег ріапі §епегаіогз зіаіе, оп-
Ііпе топііогіп§ апй йіа§позіісз, таіпіепапсе.
8/гигиЬ Уи.У. 64
Ітргоуетепі оґ орегаііопаї ргорегііез оґ
ІЬгее-8Іп§1е-рЬазе іпйисііоп еіесігіс йгіуєз іп
зіагііп§ тойез.
А \уау оГ ітргоуетепі оГ орегаііопаї ргорег-
ііез оГ ікгее-зіп§1е-рказе іпйисііоп еіесігіс йгіуєз
ікгои§к арріісаііоп оГ сотЬіпаііоп сігсиііз із іп-
ігойисей, а таікетаіісаі тойеі із йеуеіорей іо
апаїуге йупатіс ргосеззез гези1ііп§ Ггот сігсиіі
з\уііскіп§ іп зиск еіесігіс йгіуєз.
Кеу 'люгск - іпйисііоп еіесігіс йгіує, сотЬі-
паііоп сігсиіі, таіЬетаіісаІ тойеі, орегаііопаї
ргорегііез ітргоуетепі.
___________ЕІесігісаІ Епдіпеегіпд: Тїіеогу
Вгапзрк, Уи.А. 66
Апаїузіз ої еіпзіеіп’з тепіаі ехрегітепі оп
йеіегтіпаііоп оґ та§пеііс йеій сотропепі асйіп§
оп еіесігіс сиггепі іп а ґеггота§пеііс сопйисіог.
Іі із зкохуп ікаі ассоипііп» оГ іке йізк ікіск-
пезз іп Еіпзіеіп’з тепіаі ехрегітепі йоез поі аі-
1о\у такіп§ ап ипатЬі§иоиз сопсіизіоп аЬоиі
Йезсгірііоп оГ Гогсе асііоп оп еіесігіс сиггепі іп а
тадпеис таіегіаі ікгои§к та§пеііс Гіеій іпіепзііу
ог іпйисііоп. Тке \уау оГ йезсгірііоп оГ іке та§-
пеііс ґіеій Гогсе асііоп оп іке та^пеііс таіегіаі
іигпз оиі еззепііаі.
Кеу учогсіз - еіесігіс сиггепі, та§пеііс таіе-
гіаі, Еіпзіеіп’з тепіаі ехрегітепі, Гогсе.
ОогЬасІгеч М.№ 69
Сеотеігіс зітиіаііоп оґ регіойіс іпЬаг-
топіс епег§у ргосеззез іп сопігоііей гайіо сіг-
сиііз апй зузіетз.
Тке рарег ргезепіз апй зиЬзіапііаіез а ргіпсіріе
оґ §еотеігіс зітиіаііоп оГ регіойіс іпкагтопіс
епег§у ргосеззез іп сопігоііей гайіо сігсиііз апй
рохуег зирріу зузіетз Гог гайіо е^иіртеп^ хуіік
етріоутепі оґ таікетаіісаі ікеогу оґґіеій.
Кеу 'Л’огсВ - сопігоПей гайіо сігсиііз апй зуз-
іетз, регіойіс іпііагтопіс епег§у ргосеззез, §ео-
теігіс зітиіаііоп, таіііетаіісаі іііеогу оГ йеій.
Реіех’іп О.Е. 72
Іпійаі йаіа йеіегтіпаііоп Гог е1есігота§-
пеііс йєуісєз оґ та§пейс йеій сопігої іпйоогз
Ап іпіііаі йаіа йеіегтіпаііоп теікой Гог еіес-
ігота§пеііс йєуісєз іпіепйей Гог та§пеііс ґіеій
сопігої іпйоогз із йеуеіорей. Тке теікой із Ьазей
оп йігесі теазигетепі оґ та§пеііс ґіеій зігеп§ік
іп зресійей іпйоог зрасе аі зрасе тезк роіпіз. Тке
іпіііаі аггау із ргосеззей Ьу а сиЬіс зрііпе іпіегро-
Іаііоп теікой. Тке іпіііаі йаіа аге гергезепіей
диапіііаііуеіу аз таігіхез апй огаркісаііу аз та°-
пеііс Гіеій йізігіЬиііоп сагйз оп рагаїїеі апй ог-
іко§опа! ріапез.
Кеу м>ог<І5 - тадпеііс йеій сопігої, та§пеііс
йеій зігеп§ік, теазигетепі, е1есігота§пейс
йєуісєз, сиЬіс зрііпе йтсііоп.
Есіисаііоп Зігисіиге іп
”ЕІесігісаІ Епдіпеегіпд” апсі “Еіесіготесіїапісз”
Сосіг/геїіо А.О., Т.ігауогопкоу М.А., Каїа^к-
пікоча А.У., Иескаеч О.ІУ
Сгеаііоп оґ а ипіуегзаі ігаіпіп§ іезі Ьепсії
Гог гезеагсЬ оп 1оху-уо1іа§е аррагаіиз
Тке хуогк із йєуоієй іо йеуеіортепі оґ а іезі
Ьепск Гог гезеагск оп 1о\у-уо1іа§е аррагаіиз. Тке
Ьепск сопзіііиепі еіетепіз апй гезеагск йопе оп
іке Ьепск аге йезсгіЬей. Ткіз ргоіесі із геаіі/ей аі
77 Еіесігіс апй Еіесігопіс Аррагаіиз Оерагітепі оґ
Мозсоху Рохуєг Еп§іпеегіп§ Іпзіііиіе (Тескпісаі
ІІпі уегзііу).
Кеу учогсіз - 1о\у-уо1іа§е аррагаіиз, ге-
зеагсЬ, ипіуегзаі ігаіпіп§ іезі ЬепсЬ.
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
81
УДК ...
ВИМОГИ ДО ОФОРМЛЕННЯ СТАТЕЙ І ІНФОРМАЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ В
НАУКОВО-ПРАКТИЧНОМУ ЖУРНАЛІ
"ЕЛЕКТРОТЕХНІКА І ЕЛЕКТРОМЕХАНІКА"
Шумилов Ю.А., д.т.н., проф.
Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут"
Україна, 03056, Київ, пр-т Перемоги, 37, НТУУ "КПІ", кафедра "Електромеханіка"
тел. (044) 241-76-38
Клименко Б.В., д.т.н., проф.
Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут"
Україна, 61002, Харків, вул. Фрунзе, 21, НТУ "ХШ", кафедра "Електричні апарати"
тел. (057) 707-62-81, факс (057) 707-66-01, Е-таі1: еіе@крі.кЬагкоу.иа
Текст анотації українською мовою, до 5 рядків (для громадян України).
Текст анотації на російській мові, до 5 рядків.
ВСТУП
У журналі публікуються результати досліджень і
огляди у області електричних машин і апаратів, силь-
них магнітних полів і теоретичної електротехніки, що
не публікувалися раніше, методичні матеріали по на-
прямах підготовки "Електротехніка" і "Електромеха-
ніка", а також інформаційні матеріали за профілем
журналу.
Пакет документів, що направляється в редакцію
повинен містити:
1) у друкованому варіанті:
— стаття або інформаційний матеріал (1 екз.) викона-
ний на аркушах паперу формату А4 густиною 80 - 90
г/м2, віддрукований на лазерному принтері з розділь-
ною здатністю не менше 300 сірі;
— акт експертизи з печаткою (для громадян України).
Офіційний лист з проханням опублікувати статтю (для
громадян зарубіжних країн);
— рецензія (підписується доктором наук і засвідчується
печаткою);
— копія документа про оплату за публікацію.
2) в електронному варіанті:
— стаття або інформаційний матеріал, виконаний у
відповідності до даних вимог (без колонтитулів і ну-
мерації сторінок);
— анотація англійською мовою (автори, назва статті,
анотація, ключові слова);
— відомості про авторів (прізвище, ім'я, по-батькові
повністю, дата народження, місце роботи, посада,
основні напрями наукової діяльності).
Анотація і відомості про авторів виконуються у
вигляді окремого документа МісгозоЙ У/огсІ і з дові-
льним форматуванням.
Оригінал статті або інформаційних матеріалів
готується тільки з використанням редактора МісгозоЙ
\Уог<1 однією з трьох мов: українською, російською
або англійською.
ВИМОГИ ДО ОФОРМЛЕННЯ СТАТІ
Всі розділи документа повинні містити поля: зліва,
справа, зверху - по 20 мм, знизу - 25 мм. Заповнення
останньої сторінки повинне бути не менше 80%.
Заголовок статті містить:
— код УДК;
— назва статті (Тігпез Меч/ Котап 12рі, жирний, роз-
міщення по центру, заголовні букви, не допускаються
перенесення);
— список авторів, вчений ступінь (при необхідності
звання і посада), назва організації, поштова адреса,
контактні телефони (факс, Е-таі1). Для авторів різних
організацій список приводиться по даній вище формі;
— анотації статті українською (обов'язково тільки для
громадян України) і російською мовою, обсягом до 5
рядків кожна, оформляються шрифтом Тітез Не\ч
Котап 9 рі, жирний, курсив.
Між елементами заголовку статті робиться ін-
тервал в один рядок 10 рї.
ОСНОВНИЙ ТЕКСТ СТАТТІ
Текст розміщується у двох колонках, відстань між
якими 5 мм. Абзацні відступи (червоний рядок) - 7,5 мм.
Текст набирається шрифтом Тітез №с\у Котап 10 рі з
одиночним міжрядковим інтервалом. Допускається роз-
ділення тексту на розділи. Назва розділу оформляється
заголовними буквами і центрується, нумерація - не обо-
в'язкова (розділи ВСТУП, ВИСНОВОК і ЛІТЕРАТУРА,
якщо такі є, не нумеруються). Перед назвою розділу
вставляється один порожній рядок.
Рисунки і широкі таблиці допускається розміщу-
вати в одну колонку. Назва виконується шрифтом
розміром 9 рі. Допускається використовування рисун-
ків і таблиць без назви: Рис. 1, Табл. 1.
Таблиця 1
Розміри полів тексту статті
Поле зліва 20 мм
Поле справа 20 мм
Поле зверху 20 мм
Поле знизу 25 мм
Рисунки розташовуються у окремих абзацах, з
вирівнюванням по центру і оформляються як окремі
об'єкти, виконуються В редакторі рисунків МІСГО8О]І
У/огсІ або вставляються в текст статті у форматі Ьтр
або)р§.
Розташування рисунка поверх тексту і засто-
сування альбомної орієнтації не допускається.
82
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
Рис.1. Функціональна схема пристрою
Математичні формули створюються у вигляді
окремих об'єктів тільки в редакторі формул Місгозоф
Едиаііоп, розташовуються по центру і нумеруються в
межах статті, номер притиснутий до правої сторони
колонки. За формулою має слідувати розділовий знак, а
якщо формула містить пояснення, то вони повинні по-
чинатися з нового абзацу із слова "де" без відступу
(1)
внутр
тах " •••’ ^к внутр •••
Настройки редактора формул для меню "Розмір"
і "Стиль" символів представлені нижче:
Кирилічні символи у формулах повинні бути ви-
конані в стилі "Текст".
Щоб уникнути різного роду накладень символів
у формулах не рекомендується застосовувати символ
ділення /, букву (., а також змінювати розмір об'єкту
формули. Крім того, необхідно використовувати сим-
вол множення у вигляді крапки.
Великі вирази і рівняння необхідно записувати в декі-
лька рядків
= <РоРл)+ЇО ' |фо ’8’п(^ц-5)-с/5 +
5=0
+ Уо' ро(^)-со8(5;г-5).^. (2)
5=0
Символи у формулах і в тексті статті повинні ма-
ти однакові зображення.
Перелік літератури розміщується в кінці тексту.
Розмір шрифту - 9рІ. Після відступу одного порож-
нього рядку (Юрі) від основного тексту по центру
колонки розташовують слово ЛІТЕРАТУРА. Нумера-
ція джерел - у порядку посилань по тексту або в ал-
фавітному порядку, номер поміщається у квадратних
дужках з виступом.
ВИСНОВОК
Якщо Ви робите посилання на формули, рисун-
ки, таблиці або літературу, необхідно використовува-
ти наступні позначення: (1), (1) і (2), (1) - (4); рис. 1,
рис. 1,а, рис. 1 і 2; табл. 1, табл. 1 і 2; [1], [1 - 3, 5].
ЛІТЕРАТУРА
[1] Р.В. ІОІ1П&, "А зуттеігісаі сопсіепзесі посіє Гог Фе ТЕМ
теїііосі", 1ЕЕЕ Тгапз. Місгомаге ТІїеогу Тесіг., уоі. МТТ-
35, Арг. 1997, рр. 370-377.
[2] Шимони К. Теоретическая злектротехника. - М.: Мир,
1964.-272 с.
[3] Лавров В.Я. Численно-аналитический метод расчета
помехонесущих магнитньїх полей // Техн. злектродина-
мика. - 1983. - № 61. - С. 18-21.
[4] Пат. 14813 А Україна. МКИ О 01 К 33/24. Спосіб
визначення залишкової та індукованої складових
компонента магнітної індукції статичного зовнішнього
магнітного поля феромагнітного виробу / А.В. Єрисов,
В.С. Лупіков, В.Ю. Розов та ін.— №95125251; Заявлено
12.12.95; Опубл. 30.06.97. Бюл. №3. — 6 с.
[5] Минкевич А. В. Физическое пространство — время и реля-
тивистская космология // Тез. докл. 10-й Росссийск. Грави-
тац. конф. "Теоретические и зкспериментальньїе проблемьі
общей теории относительности и гравитации" (г. Вла-
димир, 20-27 июня 1999 г.). — М.: РГО, 1999. — с. 84.
В кінці статті, через інтервал в 1-2 рядки розмі-
ром Юрі, мовою оригіналу вказують дату надходжен-
ня статті в редакцію журналу (розмір 9рі, курсив, роз-
ташування по правому краю). Наприклад:
або
Поступила 02.07.2007
Надійшла 02.07.2007
Матеріали приймаються за адресою:
Кафедра "Електричні апарати", НТУ "ХПІ", вул. Фрунзе, 21, м. Харків, 61002, Україна
Електронні варіанти матеріалів по Е-таіІ: кЬу@крі.кііагкоу.иа еіе@крі.кКагкоу.иа
Довідки за телефонами: (057) 707-62-81 Клименко Борис Володимирович, Злуніцина Наталя Ростиславівна
Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №3
83
НАУКОВО-ПРАКТИЧНИИ ЖУРНАЛ
Електротехніка і Електромеханіка
Злектротехника и Злектромеханика
ЕІесігісаІ епдіпеегіпд & Еіесіготескапісз
2007’3
І8ВМ 966-593-254-3
Технічне редагування:
Ємельянов Вадим Леонідович
т. (057)707-69-76
Е-шаіІ: еу!@крі.кЬагкоу.иа
Секретар редакції:
Злуніцина Наталя Ростиславівна
т. (057)707-62-81
Е-таі1: §еЬ@крі.к!іагкоу.иа
Підписано до друку 31.05.2007 р.
Формат 60 х 90 '/з. Папір Ргіта Сору
Друк - офсетний. Ум. друк. арк. 10,5.
Наклад 300 прим. 1-й завод - 123. Зам. № 592. Ціна договірна.
НТУ "ХПІ". 61002, Харків, вул. Фрунзе, 21
КП Друкарня №13. 61002, Харків, вул. Артема, 44