Registration Number
0825U001153, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
20-05-2025
popup.evolution
.
Title
Air gap sensors between rotor and stator for capsule hydrogenerators based on capacitive sensing
Author
Vadym Rassovskyi,
popup.head Ievgen Zaitsev
popup.head Anatolii S. Levytskyi
popup.opponent Petro Vasco
popup.opponent Vadym Shkarupylo
popup.review Iryna Brahynets
popup.review Roman Moroz
popup.rada
Institute of Electrodynamics of the National Academy of Sciences of Ukraine
Description
Дисертаційну роботу присвячено розвитку методів реалізації ємнісних вимірювачів (сенсорів) повітряного проміжку між ротором та статором в капсульних гідрогенераторах шляхом удосконалення їх конструкції з урахуванням реальних умов експлуатації задля забезпечення підвищення точності вимірювання повітряного проміжку до практично необхідного рівня згідно вимог чинних нормативних та технічних документів до них.
У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, розкрито сутність і стан науково-технічної проблеми, що досліджується, наведено обґрунтування доцільності проведення досліджень, відображено зв’язок роботи з науковими програмами та планами НДР Інституту електродинаміки НАН України, сформульовано мету і завдання досліджень, наукову новизну і практичне значення отриманих результатів, зазначено особистий внесок здобувача, наведено апробації роботи та публікації її результатів у наукових виданнях.
Перший розділ містить аналітичний огляд науково-технічних джерел і патентної інформації щодо методів вимірювання повітряного проміжку в гідрогенераторах. Розглянуто контактні (щупи) та безконтактні (ультразвукові, індукційні, оптичні, ємнісні) методи. Найперспективнішими є ємнісні сенсори, оскільки вони стійкі до електромагнітних завад і температурних змін, але потребують удосконалення. Визначено фактори, що впливають на точність вимірювання: кривизна полюса ротора, похибки виготовлення та встановлення сенсорів, вплив магнітного поля, температури й вологості. Запропоновано напрями вдосконалення сенсорів для покращення метрологічних характеристик.
У другому розділі представлено структури ємнісних сенсорів повітряного проміжку з компланарними електродами. Запропоновано топологію електродів, інваріантну до магнітного поля, та диференційну схему сенсора, що підвищує точність у 10 разів. Розроблено метод зменшення паразитних струмів, покращено метрологічні характеристики. Наведено результати визначення функції перетворення запропонованих ємнісних сенсорів повітряного проміжку в потужних гідрогенераторах з покращеними метрологічними характеристиками та розширеними функціональними можливостями.
Третій розділ присвячено дослідженню впливу технологічних дефектів і конструктивних особливостей вузла контролю на метрологічні характеристики ємнісних сенсорів шляхом аналітичних розрахунків та математичного моделювання. Досліджено похибки, спричинені кривизною розточення осердя статора, кривизною полюса ротора та перекосом сенсора. Виявлено, що похибка через кривизну статора є сталою і визначається шириною сенсора та радіусом розточення. Кривизна полюса ротора викликає адитивну похибку, пропорційну радіусу «башмака» полюса. Перекіс сенсора відносно полюса ротора також призводить до адитивної похибки, пропорційної куту перекосу. Показано, що ці похибки можна скомпенсувати коригувальними коефіцієнтами під час налаштування системи вимірювання. Розбіжність між результатами комп’ютерного моделювання та аналітичних розрахунків (без урахування паразитних ємностей) не перевищує 1%. Наведено рекомендації щодо розробки та встановлення сенсорів, які мінімізують похибки та покращують метрологічні характеристики системи вимірювання.
У четвертому розділі представлено результати лабораторних та експериментальних досліджень зразків розроблених сенсорів, які призначені для використання на капсульних гідрогенераторах типу СГК 538/160-70М.
Отримані результати підтверджують можливість використання розробленого ємнісного сенсора з компланарною паралельною топологією електродів для вимірювання повітряного проміжку між статором та ротором у капсульному гідрогенераторі типу СГК 538/160-70М в діапазоні від 2 до 10 мм.
Результати експериментів дозволили верифікувати комп'ютерні моделі та макетні зразки, створені на основі проведених досліджень аналітичними методами та чисельного моделювання, а також підтвердити правильність прийнятих теоретичних підходів.
Registration Date
2025-04-04
popup.nrat_date
2025-04-04 / 2026-07-02
