CN112670052A - 一种基于tmmre的电力变压器主动减振系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于TMMRE的电力变压器主动减振系统，包括：TMMRE减振装置和半主动控制系统。本发明通过调谐质量磁流变弹性体与半主动控制器的设置，在不改变变压器现有结构的前提下，实现对于变压器内部结构及器身传递振动的半主动抑制，可适用于各种工作环境振动噪声大的电力设备，同时该半主动减振系统可以直接采用多种成熟的控制算法，易于实现与验证，进一步提高了系统的普适性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统输配电技术领域，尤其是一种基于TMMRE的电力变压器主动减振系统。
背景技术
近年来我国电力建设已经进入了高参数、大容量、超高压、高度自动化的新时期，电力变压器作为整个电力系统正常运作的关键设备之一，在电力系统运行中应极力避免其不稳定运行，而制约电力变压器稳定运行的主要原因是变压器内部结构振动。目前，针对于电力变压器的减振技术还停留在被动隔振方面，通过截断或者阻挡振动途径的方式来实现变压器的减振。
然而，市面上大量使用的如金属阻尼弹簧、橡胶件等被动隔振元件，存在隔振系统特性参数调节矛盾以及不能根据工作和环境状态实时调节等问题，从而使得变压器的减振不具有可控性，对此国内外学者积极研究新型智能材料主动和半主动减振技术，但目前还未取得较大突破。
MRE最早是由日本Shiga等学者于1995年提出，由高分子橡胶基体掺杂微米级的铁磁性颗粒固化而成，拥有磁流变材料和弹性体响应快、可逆性好、可控能力强等优点，是用于减振降噪的理想智能材料。
调谐质量思想之前大多应用在土木结构中，特别是高耸建筑与大跨度桥梁在地震、风、人群等荷载作用下容易产生大幅振动、危及结构安全、影响结构舒适度的情况，该思想的核心主要是当主振动系统受到外界荷载激励作用而振动时，惯性质量块能够产生一个与振动方向相反的惯性力作用在主振动系统上，从而使振动反应衰减并受到控制，以达到减振的作用。
建立针对于电力变压器的TMMRE减振系统，是实现新型智能材料在电力设备主动减振的一项新突破。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于TMMRE的电力变压器主动减振系统，实现对于变压器内部结构及器身传递振动的半主动抑制，可适用于各种工作环境振动噪声大的电力设备。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于TMMRE的电力变压器主动减振系统，包括：TMMRE减振装置和半主动控制系统，TMMRE减振装置布置于电力变压器的上部，布置方式为上部局部布置；半主动控制系统基于传感器传来的电力变压器振动状态信号，基于控制算法得到驱动电流，驱动电流至励磁线圈产生直流磁场，该驱动电流改变磁场强度，从而改变TMMRE减振装置的刚度与阻尼，从而达到对变压器的减振作用。
优选的，TMMRE减振装置包括惯性质量块、磁流变弹性体、导磁钢圈和励磁线圈；磁流变弹性体、导磁钢圈和励磁线圈构成磁流变弹性体隔振器，其中惯性质量块与磁流变弹性体直接连接，同时根据TMMRE减振装置的布置方式，确保磁流变弹性体和惯性质量块包络在线圈磁场区域中。
优选的，半主动控制系统包括电流驱动电路和半主动控制器，半主动控制系统基于传感器传来的电力变压器振动状态信号，基于半主动控制器得到驱动电流，通过电流驱动电路输出至励磁线圈。
本发明的有益效果为：本发明通过调谐质量磁流变弹性体与半主动控制器的设置，在不改变变压器现有结构的前提下，实现对于变压器内部结构及器身传递振动的半主动抑制，可适用于各种工作环境振动噪声大的电力设备，同时该半主动减振系统可以直接采用多种成熟的控制算法，易于实现与验证，进一步提高了系统的普适性和可靠性。
附图说明
图1为安装本发明系统的结构示意图。
图2为本发明的系统控制示意图。
图3为本发明的实施例TMMRE布局示意图。
图4为本发明实施例TMMRE动力学模型示意图。
图5为本发明的薄方形可控磁流变弹性体隔振器结构示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种基于TMMRE的电力变压器主动减振系统，包括：TMMRE减振装置和半主动控制系统，TMMRE减振装置布置于电力变压器的上部，布置方式为上部局部布置；半主动控制系统基于传感器传来的电力变压器振动状态信号，基于控制算法得到驱动电流，驱动电流至励磁线圈产生直流磁场，该驱动电流改变磁场强度，从而改变TMMRE减振装置的刚度与阻尼，从而达到对变压器的减振作用。
TMMRE减振装置包括惯性质量块、磁流变弹性体、导磁钢圈和励磁线圈；。磁流变弹性体、导磁钢圈和励磁线圈构成磁流变弹性体隔振器，惯性质量块与磁流变弹性体直接连接，同时磁流变弹性体和惯性质量块包络在线圈磁场区域中，磁路设计是在导磁线圈外侧绕制一定匝数的线圈，在外加直流电流时为磁流变弹性体提供均匀分布的磁场。
半主动控制系统包括电流驱动电路和半主动控制器，半主动控制系统基于传感器传来的电力变压器振动状态信号，基于半主动控制器得到驱动电流，通过电流驱动电路输出至励磁线圈。
图3为设计的TMMRE布局示意图，油箱是一个长方体箱体；箱盖顶部安装有一些用绝缘瓷套封装的高低压接线端子，底部有一个条形钢结构作为支撑底座，通过螺栓与基础固定；TMMRE布置于电力变压器振动系统的上部(其中MRE用于连接惯性质量块和变压器质量块)。
图4为TMMRE动力学模型示意图。m1为变压器总质量，m2为惯性块质量，k1和c1分别表示基础隔振刚度系数和阻尼系数，k2和c2分别表示MRE可变刚度和阻尼系数，F0sin(ωt)为变压器振动激励，x1和x2分别为变压器基础振动位移和惯性质量块振动位移。该二自由度系统运动方程为：
设该系统无结构阻尼，即c1＝0；令
得到：
TMMRE最优化设计方案为：
其中：μ是TMMRE与主振动系统的质量比
δst是变压器功率与基础隔振刚度系数之比
图5为设计的薄方形可控磁流变弹性体隔振器，a1,b1和c1分别表示内层磁流变弹性体的长度、高度和宽度，a2,b2和c2分别表示外层导磁钢圈的长度、高度和宽度，要求b1>b2，a1<a2和c1<c2，以保证磁流变弹性体在外加磁场作用时向外围和纵向分别有一定的膨胀和伸缩空间。初定结构尺寸为：a1＝50cm，a2＝52cm,b1＝4cm，b2＝2cm，c1＝2cm，c2＝4cm，磁流变弹性体采取自行设计委托加工的定制方式，或购置市场上符合要求的样品；磁路设计是在导磁钢圈外侧绕制一定匝数的线圈，在外加直流电流i时为磁流变弹性体提供均匀分布的磁场。
本发明通过调谐质量磁流变弹性体与半主动控制器的设置，在不改变变压器现有结构的前提下，实现对于变压器内部结构及器身传递振动的半主动抑制，可适用于各种工作环境振动噪声大的电力设备，同时该半主动减振系统可以直接采用多种成熟的控制算法，易于实现与验证，进一步提高了系统的普适性和可靠性。
Claims (3)
1.一种基于TMMRE的电力变压器主动减振系统，其特征在于，包括：TMMRE减振装置和半主动控制系统，TMMRE减振装置布置于电力变压器的上部，布置方式为上部局部布置；半主动控制系统基于传感器传来的电力变压器振动状态信号，基于控制算法得到驱动电流，驱动电流至励磁线圈产生直流磁场，该驱动电流改变磁场强度，改变TMMRE减振装置的刚度与阻尼。
2.如权利要求1所述的基于TMMRE的电力变压器主动减振系统，其特征在于，TMMRE减振装置包括惯性质量块、磁流变弹性体、导磁钢圈和励磁线圈；磁流变弹性体、导磁钢圈和励磁线圈构成磁流变弹性体隔振器，惯性质量块与磁流变弹性体隔振器直接连接构成TMMRE，同时应该根据TMMRE减振装置的布置方式，确保磁流变弹性体和惯性质量块包络在线圈磁场区域中。
3.如权利要求1所述的基于TMMRE的电力变压器主动减振系统，其特征在于，半主动控制系统包括电流驱动电路和半主动控制器，半主动控制系统基于传感器传来的电力变压器振动状态信号，基于半主动控制器得到驱动电流，通过电流驱动电路输出至励磁线圈。
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