Цифровой емкостной измеритель усилий в стяжных шпильках сердечника статора генератора на основе конвертора AD7745/46
При эксплуатации, периодических осмотрах и ремонтах мощных генераторов одним из актуальных вопросов является измерение усилий в стяжных шпильках сердечника статора. Результаты измерений позволяют производить контроль состояния прессовки сердечника. Перспективным методом построения измерителей усилия...
Saved in:
| Published in: | Гідроенергетика України |
|---|---|
| Date: | 2018 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електродинаміки НАН України
2018
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/141778 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Цифровой емкостной измеритель усилий в стяжных шпильках сердечника статора генератора на основе конвертора AD7745/46 / А.С. Левицкий, А.И. Новик, Е.А. Зайцев // Гідроенергетика України. — 2018. — № 1-2. — С. 66-69. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-141778 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Левицкий, А.С. Новик, А.И. Зайцев, Е.А. 2018-09-11T18:38:25Z 2018-09-11T18:38:25Z 2018 Цифровой емкостной измеритель усилий в стяжных шпильках сердечника статора генератора на основе конвертора AD7745/46 / А.С. Левицкий, А.И. Новик, Е.А. Зайцев // Гідроенергетика України. — 2018. — № 1-2. — С. 66-69. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 1812-9277 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/141778 621.317.335: 621.313.322 При эксплуатации, периодических осмотрах и ремонтах мощных генераторов одним из актуальных вопросов является измерение усилий в стяжных шпильках сердечника статора. Результаты измерений позволяют производить контроль состояния прессовки сердечника. Перспективным методом построения измерителей усилия является электроемкостный с размещением емкостных датчиков под стяжными гайками. В статье описан разработанный в ИЭД НАН Украины измеритель усилия, в котором используется емкостной датчик с переменным зазором и цифровой преобразователь емкости на основе сигма-дельта модулятора типа AD7746. Рассмотрен также вариант измерителя такого типа с компенсацией погрешности от перекоса электродов измерительного конденсатора. ru Інститут електродинаміки НАН України Гідроенергетика України Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці Цифровой емкостной измеритель усилий в стяжных шпильках сердечника статора генератора на основе конвертора AD7745/46 Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Цифровой емкостной измеритель усилий в стяжных шпильках сердечника статора генератора на основе конвертора AD7745/46 |
| spellingShingle |
Цифровой емкостной измеритель усилий в стяжных шпильках сердечника статора генератора на основе конвертора AD7745/46 Левицкий, А.С. Новик, А.И. Зайцев, Е.А. Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці |
| title_short |
Цифровой емкостной измеритель усилий в стяжных шпильках сердечника статора генератора на основе конвертора AD7745/46 |
| title_full |
Цифровой емкостной измеритель усилий в стяжных шпильках сердечника статора генератора на основе конвертора AD7745/46 |
| title_fullStr |
Цифровой емкостной измеритель усилий в стяжных шпильках сердечника статора генератора на основе конвертора AD7745/46 |
| title_full_unstemmed |
Цифровой емкостной измеритель усилий в стяжных шпильках сердечника статора генератора на основе конвертора AD7745/46 |
| title_sort |
цифровой емкостной измеритель усилий в стяжных шпильках сердечника статора генератора на основе конвертора ad7745/46 |
| author |
Левицкий, А.С. Новик, А.И. Зайцев, Е.А. |
| author_facet |
Левицкий, А.С. Новик, А.И. Зайцев, Е.А. |
| topic |
Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці |
| topic_facet |
Наука — науково-технічному прогресу в гідроенергетиці |
| publishDate |
2018 |
| language |
Russian |
| container_title |
Гідроенергетика України |
| publisher |
Інститут електродинаміки НАН України |
| format |
Article |
| description |
При эксплуатации, периодических осмотрах и ремонтах мощных генераторов одним из актуальных вопросов является измерение усилий в стяжных шпильках сердечника статора. Результаты измерений позволяют производить контроль состояния прессовки сердечника. Перспективным методом построения измерителей усилия является электроемкостный с размещением емкостных датчиков под стяжными гайками. В статье описан разработанный в ИЭД НАН Украины измеритель усилия, в котором используется емкостной датчик с переменным зазором и цифровой преобразователь емкости на основе сигма-дельта модулятора типа AD7746. Рассмотрен также вариант измерителя такого типа с компенсацией погрешности от перекоса электродов измерительного конденсатора.
|
| issn |
1812-9277 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/141778 |
| citation_txt |
Цифровой емкостной измеритель усилий в стяжных шпильках сердечника статора генератора на основе конвертора AD7745/46 / А.С. Левицкий, А.И. Новик, Е.А. Зайцев // Гідроенергетика України. — 2018. — № 1-2. — С. 66-69. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT levickiias cifrovoiemkostnoiizmeritelʹusiliivstâžnyhšpilʹkahserdečnikastatorageneratoranaosnovekonvertoraad774546 AT novikai cifrovoiemkostnoiizmeritelʹusiliivstâžnyhšpilʹkahserdečnikastatorageneratoranaosnovekonvertoraad774546 AT zaicevea cifrovoiemkostnoiizmeritelʹusiliivstâžnyhšpilʹkahserdečnikastatorageneratoranaosnovekonvertoraad774546 |
| first_indexed |
2025-11-26T13:19:30Z |
| last_indexed |
2025-11-26T13:19:30Z |
| _version_ |
1850622482075090944 |
| fulltext |
Н А У К А — Н А У К О В О � Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І
Гідроенергетика України, 1—2/2018, ISSN 1812�92776666
ПП
лот ность спрес со ван но го сер деч ни ка
ста то ра яв ля ет ся од ной из ос нов ных ха -
рак те ри с тик тех ни че с ко го со сто я ния
мощ ных ги д ро� и тур бо ге не ра то ров и в зна чи тель -
ной сте пе ни оп ре де ля ет их экс плу а та ци он ную на -
деж ность. Но во вре мя экс плу а та ции до воль но ча с -
то про ис хо дит сни же ние плот но с ти прес сов ки, что
мо жет при ве с ти к от но си тель ным сме ще ни ям ли с -
тов ак тив ной ста ли, а так же к по яв ле нию и раз ви -
тию та ких де фек тов, как рас пу ши ва ние зуб цов
край них па ке тов, вы кра ши ва ние фраг мен тов ли с -
тов ак тив ной ста ли, ме ст ное за мы ка ние ли с тов и
на грев па ке тов. Все это в ко неч ном ито ге мо жет
стать при чи ной тя же лых ава рий [1, 2].
При из го тов ле нии не об хо ди мая плот ность
сер деч ни ка ста то ра мощ но го ге не ра то ра обес пе чи -
ва ет ся его прес со ва ни ем. В спрес со ван ном со сто я -
нии сер деч ник удер жи ва ет ся с по мо щью на жим -
ных флан цев (плит) и стяж ных шпи лек (призм).
Из ме ре ния уси лий в стяж ных шпиль ках да ют воз -
мож ность кон тро ли ро вать со сто я ние спрес со ван -
но с ти сер деч ни ка, а так же поз во ля ют ре гу ли ро -
вать сте пень за тяж ки шпи лек для обес пе че ния
рав но мер но с ти рас пре де ле ния уси лий меж ду ни -
ми. Кон троль ме ха ни че с ких уси лий в шпиль ках
на и бо лее же ла тель но осу ще ств лять в ре жи ме
он�лайн или с за дан ной пе ри о дич но с тью.
Су ще ст ву ю щие ме то ды и сред ст ва из ме ре ния
уси лий в шпиль ках ли бо не от ве ча ют со вре мен -
ным тре бо ва ни ям по тех ни че с ким ха рак те ри с ти -
кам [3, 4], ли бо очень слож ные и до ро гие [5, 6].
В от де ле эле к т ри че с ких и маг нит ных из ме ре -
ний Ин сти ту та эле к т ро ди на ми ки НАН Ук ра и ны
(от дел ЭМИ ИЭД НА НУ) со здан ем ко ст ный дат -
чик уси лий в стяж ных шпиль ках, в ко то ром ис -
поль зу ет ся из ме ри тель ный пло ско па рал лель ный
кон ден са тор с пе ре мен ным за зо ром и коль це вой
уп ру гий си ло во с при ни ма ю щий эле мент. Дат чик
ус та нав ли ва ет ся под стяж ные гай ки на шей ки
стяж ных шпи лек (призм, ре бер). Ем ко ст ный сен -
сор дат чи ка да ет воз мож ность с вы со кой чув ст ви -
тель но с тью и точ но с тью из ме рять пе ре ме ще ния в
де сят ки, еди ни цы и да же до ли ми к ро ме т ра, что
поз во ля ет его ис поль зо ва ние для из ме ре ния ма -
лых ли ней ных де фор ма ций уп ру го го чув ст ви тель -
но го эле мен та [7]. Не смо т ря на ма лые раз ме ры де -
фор ма ций (еди ни цы�де сят ки мкм), ме то ды из ме -
ре ния ем ко с ти, раз ра бо тан ные в от де ле ЭМИ
ИЭД НАН [8], поз во ля ют оп ре де лять уси лия стя -
ги ва ния с до ста точ ной для прак ти ки точ но с тью
(по греш ность ме нее од но го про цен та). Пе ре да точ -
ная ха рак те ри с ти ка "пе ре ме ще ние — об рат ная ве -
ли чи на ем ко с ти" та ко го ем ко ст но го сен со ра прин -
ци пи аль но ли ней ная, ста биль ная во вре ме ни,
стро го рас чет ная, то есть оп ре де ля ет ся толь ко его
ге о ме т ри че с ки ми раз ме ра ми, бла го да ря че му не
тре бу ет ся та ри ро ва ния. Эф фек тив ная за щи та от
воз дей ст вия эле к т ри че с ких по лей обес пе чи ва ет ся
про стым эк ра ни ро ва ни ем сен со ра (роль эк ра на
обыч но вы пол ня ет эле к т ри че с кий кор пус и ар ма -
ту ра) и его со еди ни тель ных про во дов. К маг нит -
ным по лям ем ко ст ные сен со ры не чув ст ви тель ны.
На Рис. 1 по ка зан ва ри ант раз ме ще ния дат чи -
ков уси лий на тур бо ге не ра то ре. Как вид но в этом
ва ри ан те дат чи ки 5 раз ме ще ны на стяж ных
шпиль ках 3 под стяж ны ми гай ка ми 4 как со сто ро -
ны тур би ны, так и со сто ро ны воз бу ди те ля.
В дан ной ра бо те пред ла га ет ся из ме ри тель ная
схе ма для ем ко ст но го дат чи ка уси лий в стяж ных
шпиль ках, в ко то рой ис поль зо ван пре об ра зо ва -
тель (кон вер тор) "ем кость�код" на ос но ве сиг -
ма�дель та мо ду ля то ра ти па AD7746. В ста тье рас -
смо т ре ны два ва ри ан та из ме ри те ля — для дат чи ка
без кор рек ции по греш но с ти от пе ре ко са эле к т ро -
дов ем ко ст но го сен со ра и для дат чи ка с кор рек ци -
ей.
В пер вом ва ри ан те пред ла га е мо го из ме ри те ля
(без кор рек ции по греш но с ти от пе ре ко са эле к т ро -
ЦИФРОВОЙ ЕМКОСТНОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ УСИЛИЙ
В СТЯЖНЫХ ШПИЛЬКАХ СЕРДЕЧНИКА СТАТОРА
ГЕНЕРАТОРА НА ОСНОВЕ КОНВЕРТОРА AD7745/46
УДК 621.317.335: 621.313.322 ЛЕВИЦКИЙ А.С., докт.техн. наук,
НОВИК А.И., докт.техн. наук.,
ЗАЙЦЕВ Е.А., канд.техн. наук.,
Институт электродинамики НАН Украины
При экс плу а та ции, пе ри о ди че с ких ос мо т рах и ре мон тах мощ ных ге не ра то ров од ним из ак ту аль ных во про -
сов яв ля ет ся из ме ре ние уси лий в стяж ных шпиль ках сер дечни ка ста то ра. Ре зуль та ты из ме ре ний поз во ля ют про -
из во дить кон троль со сто я ния прес сов ки сер деч ни ка. Пер спек тив ным ме то дом по ст ро е ния из ме ри те лей уси лия
яв ля ется эле к т ро ем ко ст ный с раз ме ще ни ем ем ко ст ных дат чи ков под стяж ны ми гай ка ми.
В ста тье опи сан раз ра бо тан ный в ИЭД НАН Ук ра и ны из ме ри тель уси лия, в кото ром ис поль зу ет ся ем ко ст -
ной дат чик с пе ре мен ным за зо ром и ци ф ровой пре об ра зо ватель ем ко с ти на ос но ве сиг ма�дель та мо ду ля то ра ти -
па AD7746. Рас смо т рен так же ва ри ант из ме ри те ля та ко го ти па с ком пен са ци ей по греш но с ти от пере ко са эле -
к т ро дов из ме ри тель но го кон ден са то ра
К л ю ч е в ы е с л о в а: ге не ра тор, сер деч ник ста то ра, стяж ные шпиль ки, уси лие, ем ко ст ный дат чик, пре об -
ра зо ва тель "ем кость — ци ф ро вой код".
Гідроенергетика України, 1—2/2018, ISSN 1812�9277 6767
Н А У К А — Н А У К О В О � Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І
дов сен со ра) эле к т ро ды 5 и 6 объ е ди не ны в один
эле к т род, и пред став ля ют со бой сплош ное коль цо
с на руж ным ра ди у сом r3 и вну т рен ним r1. Пло щадь
это го эле к т ро да (ак тив ная пло щадь ра бо че го кон -
ден са то ра) рав на SW = π(r3
2− r1
2 ), а пло щадь эле к т -
ро да опор но го кон ден са то ра, об ра зо ван но го эле к т -
ро да ми 8 и 9, — SR . Раз ме ры эле к т ро дов 5, 6, 7 и 8,
9, а так же за зо ры меж ду ни ми (dx и d0) вы бра ны та -
ки ми, что бы ем кость ра бо че го кон ден са то ра CW в
ис ход ном (не на гру жен ном) со сто я нии дат чи ка и
ем кость опор но го кон ден са то ра CR бы ли при мер но
рав ны друг дру гу.
Как вид но из Рис. 2, при при ло же нии уси лия
про ис хо дит сжа тие уп ру го го эле мен та 4, вслед ст -
вие че го за зор меж ду эле к т ро да ми ра бо че го кон -
ден са то ра CW бу дет умень шать ся (при ра бо те в об -
ла с ти уп ру гих де фор ма ций эле мен та 4) из ме не ния
за зо ра бу дут пря мо про пор ци о наль ны при ло жен -
ной си ле F. При этом ем кость CW ра бо че го кон ден -
са то ра CW , уве ли чи ва ет ся, в то вре мя как ем кость
CR об раз цо во го кон ден са то ра не за ви сит от при ло -
жен но го уси лия и ос та ет ся по сто ян ной, т. е. мож но
за пи сать
CW = K1/dX; CR = K2/d0 , (1)
где K1 = ε0ε SW ; K2 = ε0ε SR; ε0 — ди э ле к т ри че с кая
по сто ян ная ва ку у ма; ε — от но си тель ная ди э ле к т -
ри че с кая по сто ян ная сре ды.
Обо зна чим на чаль ный за зор кон ден са то ра CW
(в не на гру жен ном со сто я нии уп ру го го эле мен та) как
dX0 . При воз дей ст вии си лы F за зор dX0 ста но вит ся
рав ным dX0 − ΔdX . Как от ме ча лось вы ше, раз ме ры
эле к т ро дов сен со ра вы би ра ют ся та ким об ра зом, что -
бы при от сут ст вии на груз ки F ем ко с ти CW и CR бы ли
рав ны друг дру гу, тог да из (1) сле ду ет
K1d0 = K2dX0 . (2)
Ес ли, из ме рив ве ли чи ны CW и CR, вы чис лить
функ цию
p = 1 − CW /CR , (3)
то не труд но по ка зать, что ве ли чи на p бу дет про -
пор ци о наль на уси лию сжа тия F. Дей ст ви тель но,
на ос но ва нии (1) и (3) мож но за пи сать
, (4)
а по сколь ку вто рое сла га е мое, как сле ду ет из (2),
рав но еди ни це, окон ча тель но по лу чим
, (5)
где N = SR /SW — от но ше ние пло ща дей эле к т ро дов
об раз цо во го и ра бо че го кон ден са то ров, яв ля ю ще е -
ся по сто ян ной ве ли чи ной, за дан ной кон ст рук ци ей
дат чи ка.
Та ким об ра зом, ин фор ма тив ный па ра метр яв -
ля ет ся ве ли чи ной, пря мо про пор ци о наль ной ΔdX,
т.е. си ле F . При этом дан ная за ви си мость ин ва ри -
ант на от но си тель но всех не ин фор ма тив ных па ра -
ме т ров, оди на ко во (в ви де со мно жи те лей) вли я ю -
щих на оба кон ден са то ра дат чи ка.
При вы бо ре вто рич но го из ме ри тель но го пре об -
ра зо ва те ля (ВИП) учи ты ва лись сле ду ю щие осо бен -
но с ти опи сы ва е мо го ус т рой ст ва. Во�пер вых, так как
ем ко с ти кон ден са то ров сен со ра не ве ли ки (еди ни цы
пи ко фа рад), то под клю че ние его к ВИП длин ны ми
про во да ми при ве ло бы к не об хо ди мо с ти борь бы с
вли я ни ем зна чи тель ных па ра зит ных ем ко с тей.
Во�вто рых, уси лие в стяж ных шпиль ках яв ля ет ся
мед лен но из ме ня ю щей ся ве ли чи ной, и по это му вы -
со ко го бы с т ро дей ст вия здесь не тре бу ет ся. В�тре ть -
их, ВИП дол жен быть ма ло га ба рит ным и иметь ма -
лое энер го по треб ле ние. В�чет вер тых, ВИП дол жен
хо ро шо со гла со вы вать ся по уров ням сиг на лов с ма -
ло мощ ны ми ми к ро кон трол ле ра ми.
Ис хо дя из это го, ра ци о наль но в ка че ст ве ВИП
при ме нить кон вер тор пря мо го пре об ра зо ва ния ем -
ко с ти в код CDC (Capacitance�to�Digital Con ver ter)
ком па нии Analog Devices — ИМС ти па AD7746 [9],
ра бо та ко то рого ос но ва на на ис поль зо ва нии сиг -
ма�дель та мо ду ля ции. На Рис.3 при ве ден ВИП, со -
дер жа щий сиг ма�дель та кон вер тор, ко то рый мо жет
ко ди ро вать в ци ф ро вой код ли бо вход ную ем кость,
под клю чен ную к кон так там CIN1+, EXC1 (или
CIN2+, EXC2), ли бо раз ность двух вход ных ем ко с -
тей, под клю ча е мых к CIN1+, CIN1�, EXC1 (или
CIN2+, CIN2�, EXC2).
На функ ци о наль ной схе ме ВИП (Рис. 3) по ка -
за но, что эле к т ро ды ра бо че го кон ден са то ра дат чи -
ка CW под клю че ны к кон так там CIN1+ и EXC1,
эле к т ро ды опор но го кон ден са то ра CR — к кон так -
там CIN2+ и EXC2. Ли ни я ми об ме на дан ны ми и
син хро ни за ции SDA, SCL ин тер фей са I2C пре об -
ра зо ва тель со еди нен с ми к ро кон т рол ле ром МК,
на при мер, ти па ATmega16L, име ю щим ма лое энер -
го по треб ле ние, в ра бо чем ре жи ме со став ля ю щее
1.1 мA, а в ре жи ме ожи да ния 0,35 мА. Ми к ро схе ма
AD7746 рас по ла га ет ся в не по сред ст вен ной бли зо -
с ти от ем ко ст но го дат чи ка и со еди ня ет ся с его эле -
к т ро да ми ко рот ки ми про вод ни ка ми (пря мо на пе -
чат ной пла те), при этом не об хо ди мо учи ты вать,
что в про цес се ра бо ты эле к т ро ды 5, 6 сме ща ют ся
от но си тель но эле к т ро да 7. По сколь ку это сме ще -
ние не ве ли ко — не сколь ко де сят ков ми к ро ме т ров,
для раз вяз ки впол не до ста точ но не боль шой встав -
ки из от рез ка гиб ко го про во да. Осу ще ст вить в та -
кой кон ст рук ции тща тель ное эк ра ни ро ва ние под -
во дя щих про во дов друг от дру га весь ма труд но,
по это му каж дый из кон ден са то ров дат чи ка ока зы -
ва ет ся шун ти ро ван ным па ра зит ны ми ем ко с тя ми.
На Рис. 3 они обо зна че ны как CS1, CS2 и по ка за ны
пунк тир ны ми ли ни я ми. Эти ем ко с ти не ве ли ки и
до ста точ но ста биль ны, од на ко их на ли чие (точ нее,
Н А У К А — Н А У К О В О � Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І
Гідроенергетика України, 1—2/2018, ISSN 1812�92776868
од ной из них — CS1) при во дит к ис ка же нию ли ней -
ной за ви си мо с ти па ра ме т ра p от ве ли чи ны за зо ра
dX , как это вид но из вы ра же ний (4) и (5). На ли чие
дру гой па ра зит ной ем ко с ти CS2 при во дит лишь к
из ме не нию кру тиз ны ха рак те ри с ти ки p = f(dX), не
на ру шая ее ли ней но с ти. В ИМС AD7746 име ют ся
встро ен ные сред ст ва ком пен са ции сме ще ния ре -
зуль та тов из ме ре ния ем ко с тей CW и CR на зна че -
ние встро ен ной ем ко с ти, ко то рая вы чи та ет ся из
зна че ния внеш них ем ко с тей со став ля ю щих ве -
ли чи ны в не сколь ко пФ (т.н. CAPDAC), с по мо -
щью ко то рых вли я ние па ра зит ных ем ко с тей мо -
жет быть ском пен си ро ва но. В ре зуль та те уче та
зна че ния CAPDAC при вы чис ле нии ем ко с тей CW
и CR стро гая про пор ци о наль ность меж ду при ра ще -
ни я ми за зо ра ΔdX и при ра ще ни ем вы ход ной функ -
ции p вос ста нав ли ва ет ся. В ми к ро кон трол лер МК
по оче ред но за но сят ся код со от вет ст ву ю щий ре -
зуль та ту из ме ре ния ем ко с тей CW и CR, да лее вы -
пол ня ет ся вы чис ле ние па ра ме т ра p по фор му ле
(3), а так же мас шта би ро ва ние для по лу че ния ре -
Рис. 5. Общий вид емкостного измерителя усилий в стяжных
шпильках с использованием конвертора AD7746.
Основные узлы измерителя : 1, 2, 3 — электроды емкостного
сенсора; 4 — упругий элемент; 5 — преобразователь "емкость —
цифровой код"; 6 — микропроцессор; 7 — USB кабель к системе
сбора и обработки данных; 8 — интерфейсный преобразователь
между микропроцессором та системою сбора и обработки
данных; 9 — I2C кабель между преобразователем и
микропроцессором.
Рис. 4. Функциональная схема канала измерения усилия
с коррекцией погрешности от перекоса электродов
емкостного сенсора
Рис. 3. Функциональная схема канала измерения усилия
без коррекции погрешности от перекоса электродов
емкостного сенсора
Рис. 1. Схема установки емкостных датчиков усилий в стяжных
шпильках на турбогенераторе: 1 —статор; 2 — сердечник статора;
3 — стяжная шпилька; 4 — стяжная гайка; 5 — емкостный датчик
Рис. 2. Конструктивная схема емкостного датчика усилий в
стяжных шпильках генератора: 1 — стяжная гайка; 2 — стяжная
шпилька (призма); 3 — сердечник статора; 4 — цилиндрический
упругий элемент; 5 и 6 — низкопотенциальные кольцевые
электроды рабочего конденсатора; 7 — высокопотенциальный
электрод рабочего конденсатора; 8 и 9 — кольцевые электроды
опорного (образцового) конденсатора.
Гідроенергетика України, 1—2/2018, ISSN 1812�9277 6969
Н А У К А — Н А У К О В О � Т Е Х Н І Ч Н О М У П Р О Г Р Е С У В Г І Д Р О Е Н Е Р Г Е Т И Ц І
зуль та та в еди ни цах си лы (с уче том ге о ме т ри че с -
ких раз ме ров и уп ру го с ти ма те ри а ла эле мен та 4
дат чи ка, Рис. 2). По лу чен ные дан ные при во дят ся
к удоб но му для даль ней ше го ис поль зо ва ния ви ду
(на при мер, в ин фор ма ци он ный сиг нал пред став -
ле ний в ко де NRZ удоб ный для пе ре да чи по про то -
ко лу Modbus) и по ши не Data пе ре да ют ся на внеш -
ние ус т рой ст ва, а так же по дан ной ши не пе ре да ют ся
и уп рав ля ю щие ин фор ма ци он ные сиг на лы.
Су ще ст вен ным не до стат ком опи сан но го ВИП
яв ля ет ся по греш ность, вы зван ная не па рал лель но -
с тью пло с ко стей, в ко то рых рас по ло же ны эле к т ро -
ды ра бо че го кон ден са то ра дат чи ка, или так на зы -
ва е мая по греш ность от пе ре ко са. При чи ны воз -
ник но ве ния пе ре ко са — тех но ло ги че с кие по греш -
но с ти из го тов ле ния стя ги ва ю щих эле мен тов (резь -
бо вых кон цов шпи лек, тор це вых по верх но с тей га -
ек), по па да ние под гай ки по сто рон них пред ме тов, а
так же воз мож ные не точ но с ти юс ти ров ки в про цес се
мон та жа эле к т ро дов ем ко ст но го сен со ра. В от де ле
эле к т ри че с ких и маг нит ных из ме ре ний ИЭД НАН
Ук ра и ны раз ра бо тан про стой спо соб умень ше ния
по греш но с ти от пе ре ко са эле к т ро дов (в де сят ки и
сот ни раз) [9]. Для его ре а ли за ции один из коль це -
вых эле к т ро дов ра бо че го кон ден са то ра дат чи ка
(низ ко по тен ци аль ный) дол жен быть раз де лен на
два изо ли ро ван ных друг от дру га кон цен т ри че с ких
коль ца с оп ре де лен ным со от но ше ни ем ра ди у сов r1,
r2, r3 и бес ко неч но ма лым ра ди аль ным за зо ром меж -
ду ни ми [11]. В этом ва ри ан те ис пол не ния эле к т ро -
ды 5 и 6 (Рис. 2) об ра зу ют с эле к т ро дом 7 два кон -
ден са то ра: ра бо чий ем ко с тью CW (эле к т ро ды 5 и 7) и
кор рек ти ру ю щий CC (эле к т ро ды 6 и 7). В фор му лу
(3) при этом вме с то ем ко с ти CW не об хо ди мо под ста -
вить раз ность ем ко с тей двух сек ций ра бо че го кон -
ден са то ра дат чи ка, т.е. ве ли чи ну CW − CC . При ис -
поль зо ва нии в ка че ст ве ВИП из ме ри те ля на ИМС
AD7746 функ ция вы чи та ния ем ко с тей мо жет быть
ре а ли зо ва на в са мой ми к ро схе ме. Для это го об щий
эле к т род 7 под клю ча ет ся к вы во ду EXC1, а эле к т ро -
ды 5 и 6 — к вы во дам CIN1+ и CIN1— со от вет ст вен -
но, как по ка за но на функ ци о наль ной схе ме Рис. 4.
Ал го ритм ра бо ты ВИП(Рис. 4) и его ап па рат -
ная ре а ли за ция не от ли ча ют ся от опи сан ных для
схе мы, изо б ра жен ной на Рис. 3. Так же, как и в
пре ды ду щем ВИП (Рис. 3) вли я ние па ра зит ных
ем ко с тей CS1, CS2 и CS3 в пред ло жен ной схе ме ус т -
ра ня ет ся про грамм но с ис поль зо ва ни ем зна че ний
встро ен ных в ИМС CAPDAC.
На Рис. 5 по ка за но ус т рой ст во, ре а ли зу ю щее
опи сан ный в ра бо те из ме ри тель.
Вы во ды.
1. Раз ра бо тан ный из ме ри тель уси лий в стяж ных
шпиль ках ге не ра то ра с ем ко ст ным дат чи ком и ап па -
рат но про стым вто рич ным пре об ра зо ва те лем, со сто я -
щим из ми к ро схе мы СДС ти па AD7745/45/47 и ми -
к ро кон т рол ле ра, це ле со об раз но ис поль зо вать при со -
зда нии си с тем кон тро ля уси лий, ког да не об хо ди мо
из ме рять уси лия в де сят ках шпи лек ге не ра то ра.
2. Раз ра бо тан ный вто рич ный пре об ра зо ва тель
мо жет ра бо тать как с ем ко ст ным сен со ром дат чи -
ка, в ко то ром кон ст рук ция эле к т ро дов из ме ри -
тель но го кон ден са то ра да ет воз мож ность кор рек -
ти ро вать их пе ре кос, так с ем ко ст ным сен со ром без
кор рек ции.
2. На ос но ве ем ко ст ных дат чи ков в со че та нии с
ин те г раль ны ми схе ма ми CDC ти пов AD7745/45/47
и по доб ных мо гут быть по ст ро е ны ус т рой ст ва для
дру гих фи зи че с ких ве ли чин, из ме не ния ко то рых сво -
дят ся к от но си тель ным ми к ро сме ше ни ям эле мен тов
кон ст рук ций раз лич ных ма шин.
ЛИ ТЕ РА ТУ РА
1. Алек се ев Б.А. Оп ре де ле ние со сто я ния (ди а гно с ти ка)
круп ных ги д ро ге не ра то ров / Б.А Алек се ев. — 2�е изд., стер. —
М.: Изд�во НЦ ЭНАС, 2002. — 144 с.
2. Алек се ев Б.А. Оп ре де ле ние со сто я ния (ди а гно с ти ка)
круп ных тур бо ге не ра то ров / Б.А. Алек се ев. — 2�е изд., пе ре -
раб. и доп. — М.: Изд�во НЦ ЭНАС, 2001. — 152 с.
3. Ос тер ник Э.С. Мо де ли ро ва ние и ана лиз по греш но с -
тей схем при ис сле до ва нии на пря же ний в мощ ных эле к т ро -
ма ши нах / Э. С. Ос тер ник // Сбор ник на уч ных тру дов "Ве -
ст ник НТУ "ХПИ" : Ди наміка та міцність ма шин, № 42. —
Ве ст ник НТУ "ХПИ", 2009.
4. Фе до рен ко Г.М. Ме то ди ка и из ме ри тель ные сред ст ва
оп ре де ле ния уси лий прес сов ки в сер деч ни ке ста то ра мощ но го
тур бо ге не ра то ра / Г. М. Фе до рен ко, А. А. Бут, В. В. Кузь мин и
др. // Техн. эле к т ро ди на ми ка. — 1991. — №4. — С. 64—69.
5. United States Patent No.9,016,991 B2. Int. Cl. F16B
31/02, H02 K1/16, H02 K11/00, 3P 19/06, G01L 1/24, G01L
5/24, G01 D 5/353. Bolt tightener device for tightening a
throughbolt in a generator core/Twerdochlib Michael (US),
Edward David (US), Diatzikis Evangelos V. (US); Assignee
Siemens Energy, Inc. (Orlando, FL, US) — Appl. No.
13/863,473; Date of Patent Apr. 28, 2015.
6. United States Patent No. US 20120026482 A1. Int. Cl.
G01J5/48. Use of fiber optic sensor techniques for monitoring
and diagnostics of large AC generators / George Franklin Dailey
(US) — Appl. No. US 13/065,842; Pub. date Feb. 02, 2012.
7. Ле виць кий А.С. Дат чи ки для вимірю ван ня зу сил ля
пре су ван ня осер дя ста торів гідро� і тур бо ге не ра торів / А. С.
Ле виць кий, Г. М Фе до рен ко // Гідро е нер ге ти ка Ук раїни. —
2009. — №4. — С.35 — 39.
8. Но вик А.И. Пер спек ти вы ис поль зо ва ния пре об ра зо ва -
те лей с ем ко ст ны ми дат чи ка ми для из ме ре ния ди а гно с ти че -
с ких па ра ме т ров в энер го ма ши нах / А.И. Но вик // Пр. Ін�ту
еле к т ро ди наміки НА НУ : Зб. на ук. пр. — К.: ІЕД НА НУ,
2009. — Вип. 20. — С. 76 —77.
9. AD7745/AD7746 24�Bit Capacitance�to�Digital Con -
ver ter with Temperature Sensor (rev.0). Available at: http:/ -
/www. analog.com/media /en/tech nical� docu ment ation/ -
data�sheets/AD7745_7746.pdf (да та звер нен ня 07.03.2018).
10 . Гри не вич Ф.Б. Ком пен са ция по греш но с ти, вы зы ва е -
мой не па рал лель но с тью эле к т ро дов ем ко ст но го дат чи ка /
Ф.Б. Гри не вич, Р.С Ле жо ев // Тех ни че с кая эле к т ро ди на ми -
ка.— 1988. — № 5.— С. 68—71.
11. Ле виц кий А.С. Ем ко ст ный дат чик уси лий в стяж них
приз мах ста то ра тур бо ге не ра то ра с ком пен са ци ей по греш но -
с ти от пе ре ко са эле к т ро дов / А.С. Ле виц кий, А.И. Но вик, Е.
А. Зай цев // Пр. Ін�ту еле к т ро ди наміки НА НУ: Зб. на ук. пр.
— К.: ІЕД НА НУ, 2017. — Вип.48. — С. 126 —132.
© Левицкий А.С., Новик А.И., Зайцев Е. А., 2018
|