Обґрунтування параметрів функціонального діагностування теплових процесів асинхронних електродвигунів
Дослідження теплових процесів в асинхронному електродвигуні, як гетерогенному тілі під дією експлуатаційних впливів. Вивчення основних методів експериментальної перевірки адекватності моделі функціонального діагностування асинхронного електродвигуна.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 26.07.2014 |
| Размер файла | 112,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Таврійський державНий агротехнологічний
університет
Рижков Андрій Олександрович
УДК 621.313.333.3:681.518.5
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук
Обґрунтування параметрів функціонального діагностування теплових процесів асинхронних електродвигунів
05.09.03 - електротехнічні комплекси та системи
Мелітополь - 2008
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Таврійському державному агротехнологічному університеті Міністерства аграрної політики України.
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Овчаров Володимир Васильович, Таврійський державний агротехнологічний університет, завідувач кафедри теоретичної і загальної електротехніки.
Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, професор Шинкаренко Василь Федорович, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», завідувач кафедри електромеханіки;
кандидат технічних наук, доцент Катюха Анатолій Андрійович, Таврійський державний агротехнологічний університет, завідувач кафедри автоматизованого електроприводу.
Захист відбудеться 16 травня 2008 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 18.819.01 в Таврійському державному агротехнологічному університеті за адресою: 72312, м. Мелітополь, пр. Б. Хмельницького, 18.
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Таврійського державного агротехнологічного університету за адресою: 72312, м. Мелітополь, пр. Б. Хмельницького, 18.
Автореферат розісланий 7 квітня 2008 року.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради В.Т. Діордієв.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Досвід експлуатації електрообладнання в агропромисловому комплексі свідчить про те, що аварійність основного елементу електроприводу - трифазного асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором - значна, що наносить виробництву додаткові збитки. Щорічно виходять з ладу 20 - 25 % наявного парку електродвигунів. Однією з причин такого стану є експлуатаційні умови роботи електродвигунів, до яких відносяться неприпустимі відхилення від номінального значення напруги, несиметрія напруги, перевантаження електродвигунів та інші.
Існуючі способи діагностування та захисту асинхронних електродвигунів не забезпечують достатню їх експлуатаційну надійність або пов'язані з конструктивними труднощами. Тому дослідження, які спрямовані на подальший аналіз режимів роботи асинхронних електродвигунів, розробку методів та технічних засобів їх діагностування і захисту, є актуальними.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно до плану науково-дослідної роботи Таврійської державної агротехнічної академії на 2002 - 2007 роки за науково-технічною програмою № 1 «Розробка наукових систем технологій і технічних засобів для забезпечення продовольчої безпеки Південного регіону України» (державний реєстраційний номер 0102U000678); за підпрограмою 1.10. «Розробка методів і засобів технічного сервісу електрообладнання і ресурсоенергозбереження»; за напрямом 1.10.6. «Розробка методів і технічних засобів діагностування експлуатаційних режимів роботи асинхронних електродвигунів».
Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є підвищення експлуатаційних показників асинхронних електродвигунів з короткозамкненим ротором шляхом безперервного контролю та діагностування їх режимів роботи і захисту на базі математичної моделі теплових процесів асинхронних електродвигунів.
Для досягнення поставленої мети були визначені наступні задачі дослідження:
Дослідити теплові процеси в асинхронному електродвигуні як гетерогенному тілі під дією експлуатаційних впливів.
Обґрунтувати параметри функціонального діагностування асинхронного електродвигуна на базі математичної моделі теплових процесів.
Експериментально перевірити адекватність моделі функціонального діагностування асинхронного електродвигуна.
Розробити пристрій функціонального діагностування і захисту асинхронного електродвигуна.
Об'єкт дослідження - теплові процеси в асинхронному електродвигуні під дією експлуатаційних впливів.
Предмет дослідження - закономірності теплових процесів в асинхронному електродвигуні з короткозамкненим ротором при анормальних режимах роботи.
Методи досліджень. Процеси нагріву асинхронного електродвигуна досліджувались за допомогою методу еквівалентних теплових схем, класичного методу розв'язання диференціальних рівнянь. Вимірювання температур вузлів асинхронного електродвигуна при експериментальних дослідженнях виконувалось прямим методом за допомогою термоіндикаторів, методом опорів та непрямим методом визначення перевищення температури ротора електродвигуна. Розрахунок теоретичних залежностей та обробка результатів експериментальних досліджень виконувалась з використанням пакету програм наукових обчислень «SciLab».
Наукова новизна отриманих результатів:
Отримала подальший розвиток теорія взаємопов'язаного теплового стану асинхронного електродвигуна як гетерогенного тіла, яка дає можливість визначити тепловий стан обмотки в функції теплового стану сталі та навантаження електродвигуна.
Вперше на базі досліду холостого ходу отримані залежності для визначення параметрів теплової схеми асинхронного електродвигуна.
Обґрунтовано параметри функціонального діагностування теплових процесів асинхронного електродвигуна при анормальних режимах роботи, які покладаються в основу створення системи діагностування.
Практичне значення отриманих результатів:
1.Розроблена мікропроцесорна система функціонального діагностування і захисту асинхронного електродвигуна.
2.Розроблено пристрій функціонального діагностування і захисту асинхронного електродвигуна.
3.Розроблена методика практичного визначення параметрів діагностичної моделі.
Особистий внесок здобувача. У наукових працях, які написані у співавторстві, особистий внесок здобувача полягає в:
- розробці структурної схеми пристрою функціонального діагностування асинхронного електродвигуна та технічних вимог до його реалізації [1];
- проведені аналізу теплових процесів в обмотці та сталі асинхронного електродвигуна, отриманні залежності температури обмотки в функції температури сталі та кратності сили струму [3];
- розробці методики визначення втрат активної потужності в обмотці, роторі та сталі асинхронного електродвигуна в функції кратності сили струму статора [5].
Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати дисертаційної роботи представлені і схвалені на міжнародній науково-практичній конференції «Проблеми енергозабезпечення та енергозбереження в АПК України» (м. Харків, 2006 р.); міжнародній науково-практичній конференції молодих вчених «Аграрний форум - 2007» (м. Суми, 2007 р.); міжнародній науково-практичній конференції «Проблеми автоматизованого електроприводу. Теорія і практика» (АР Крим, с.м.т. Миколаївка, 2007 р.); наукових конференціях професорсько-викладацького складу й аспірантів Таврійського державного агротехнологічного університету (м. Мелітополь, 2003 - 2007 р.); розширеному засіданні кафедри теплотехніки Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут» (м. Харків, 2008 р.).
Публікації. Результати дисертації опубліковані в 6 статтях у наукових фахових виданнях у період з 2005 року по 2007 рік.
Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота викладена на 129 сторінках основного тексту, ілюстрована 38 рисунками і складається з вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел із 170 найменувань та 8 додатків на 46 сторінках.
Основний зміст роботи
Вступ. Обґрунтовано актуальність обраної теми досліджень, її новизна та практична цінність для виробництва, показано підстави і вихідні дані для розробки теми, необхідність проведення запланованих досліджень, наведено загальну характеристику роботи.
Розділ 1. Стан питання і завдання досліджень. Розглянуто і проаналізовано умови експлуатації асинхронних електродвигунів в агропромисловому комплексі. Розкрито причини ушкоджень електродвигунів.
Наведена характеристика теплових обмежень в асинхронних електродвигунах. Зазначено, що питання нагрівостійкості електричних машин в першу чергу пов'язані з процесами інтенсивного старіння ізоляції під впливом підвищених температур.
Зроблено аналіз існуючих методів аналізу теплових процесів в асинхронних електродвигунах. Вагомий внесок у розвиток теорії теплових процесів зробили Бешта О.С., Богаєнко І.Н., Борисенко В.І., Гуревич Е.І., Зодерберг Р., Копилов І.П., Кравчик А.Е., Петров І.І., Овчаров В.В., Сіпайлов Г.А., Щасливий Г.Г., Тубіс Я.Б., Федоров М.М., Федоренко Г.М., Філіппов І.Ф., Яковлев О.І. та інші вчені. У практиці теплових розрахунків найбільш поширеним є використання методу еквівалентних теплових схем, що складаються з 5 - 7 вузлів. Параметри теплових схем, до яких належать теплові провідності та теплоємності визначаються розрахунково за конструктивними розмірами вузлів електродвигуна та характеристиками ізоляційних і активних матеріалів.
Наведена характеристика існуючих методів і технічних засобів функціонального діагностування та захисту асинхронних електродвигунів. Показано, що при діагностуванні теплових процесів електродвигунів, як правило, контролюється сила струму, що споживається електричною машиною, або безпосередньо температура обмотки за допомогою вмонтованих в неї термоіндикаторів. Перший спосіб не забезпечує достатню достовірність, а другий - пов'язаний з труднощами при встановленні термоіндикаторів в обмотку асинхронного електродвигуна та суттєвою динамічною похибкою при дії надструмів.
Сформульована наукова гіпотеза: якщо контролювати температуру сталі та сили струмів в обмотках асинхронного електродвигуна, то можна отримати достовірну інформацію про температуру обмотки.
Для підтвердження гіпотези постала необхідність дослідження теплових процесів асинхронного електродвигуна під дією експлуатаційних впливів для встановлення залежності температури обмотки в функції температури сталі та сил струмів в фазах, обґрунтування параметрів функціонального діагностування та розробки пристрою функціонального діагностування асинхронних електродвигунів.
Розділ 2. Аналіз теплових процесів асинхронного електродвигуна як гетерогенної системи
Виходячи з умов контролю середніх температур обмотки статора та сталі та можливості визначення параметрів теплової схеми на базі експериментальних даних, асинхронний електродвигун розглядався як гетерогенна система трьох однорідних еквівалентних тіл.
Були зроблені наступні припущення: теплоємності, еквівалентні теплові провідності не змінюються при зміні температури, теплоємність навколишнього середовища дорівнює нескінченності, а температура навколишнього середовища постійна.
Складена система диференціальних рівнянь теплового балансу асинхронного електродвигуна:
(1)
де ДР10, ДР20- втрати активної потужності в тілах 1, 2 при температурі навколишнього середовища, Вт;
б1, б2 - температурні коефіцієнти опору матеріалів обмоток статора, ротора, 1/°С;
t - поточний час, с.
Втрати активної потужності в тілах асинхронного електродвигуна визначались в функції кратності сили струму статора за Г-образною схемою заміщення. Втрати активної потужності в обмотках статора і ротора при температурі навколишнього середовища знаходились за виразами:
(2)
де r10- активний опір обмотки статора при температурі навколишнього середовища, Ом;
r//20- приведений активний опір обмотки ротора при температурі навколишнього середовища, Ом;
I1- сила струму статора, А;
І//2- приведена сила струму ротора, А.
Втрати активної потужності в сталі електродвигуна:
(3)
де ДРМГ.Н- номінальні втрати потужності в магнітопроводі, Вт;
ДРМЕХ.Н- номінальні механічні втрати потужності, Вт;
ДРДОД.Н- номінальні додаткові втрати потужності, Вт;
s- ковзання асинхронного електродвигуна;
sН- номінальне ковзання асинхронного електродвигуна;
I1Н- номінальна сила струму статора, А.
Визначення теплоємностей і теплових провідностей розрахунковим способом ускладнено внаслідок складності конструктивних елементів електродвигуна, а також практичної відсутності їх характеристик. В цьому зв'язку запропоновано методику визначення параметрів теплової схеми асинхронного електродвигуна на базі експериментальних даних. Для цього система рівнянь (1) була записана в усталеному тепловому режимі холостого ходу:
(4)
де ф1Х, ф2Х, ф3Х - усталені середні перевищення температури відповідно обмотки, ротора, сталі над температурою навколишнього середовища при холостому ході, °С;
ДР10Х, ДР20Х, ДР3Х - втрати активної потужності відповідно в обмотці, роторі, сталі при холостому ході, Вт.
Після розв'язання системи рівнянь (4), були отримані вирази для визначення еквівалентних теплових провідностей:
(5)
Теплоємності тіл визначались за аналізом динаміки нагріву та охолодження обмотки статора і сталі:
(6)
де - похідна температури обмотки в початковий момент охолодження, °С/с.
- похідна температури сталі в початковий момент нагріву, °С/с;
c1, c2, c3- питома теплоємність відповідно обмотки, ротора, сталі, Дж/(кг·°С);
mДВ- маса двигуна, кг.
За результатами досліду холостого ходу для асинхронного двигуна 4АМ90L4У3 були отримані наступні значення параметрів теплової схеми: Л13 = 10,5707 Вт/°С; Л23 = 2,7648 Вт/°С; Л3 = 13,9969 Вт/°С; C1 = 726,1 Дж/°С; C2 = 3260 Дж/°С; C3 = 9623 Дж/°С.
В результаті розв'язання системи диференціальних рівнянь (1) класичним методом отримані вирази перевищень температури тіл асинхронного електродвигуна:
(7)
де ф1У, ф2У, ф3У - усталені перевищення температури відповідно обмотки, ротора, сталі над температурою навколишнього середовища, °С;
- парціальні усталені перевищення температури тіл над температурою навколишнього середовища, °С;
Т/, Т//, Т/// - парціальні постійні часу, с.
Знайдені усталені перевищення температури обмотки статора, ротора та сталі:
(8)
де
Було отримано характеристичне рівняння системи диференціальних рівнянь (1):
(9)
з якого знайдені парціальні постійні часу нагріву:
(10)
Парціальні усталені перевищення температури тіл визначені наступним чином:
(11)
де
де k- номер тіла;
фk0- початкові перевищення температур відповідних тіл над температурою навколишнього середовища, °С.
Вирази першої та другої похідної початкових перевищень температури отримані з системи диференціальних рівнянь (1) з урахуванням початкових умов:
(12)
(13)
Криві нагріву тіл електродвигуна, які представлені у відносних одиницях, свідчать про різницю в швидкостях зростання температур тіл. Так швидкість нагріву сталі в початковий момент часу суттєво відстає від швидкості нагріву обмотки статора.
В електричних машинах з самовентиляцією при нерухливому роторі обдув частин електричної машини відсутній, що приводить до погіршення охолодження електродвигуна, тобто зменшується теплова провідність від сталі до навколишнього середовища. Для знаходження останньої було складено рівняння теплового балансу сталі при охолодженні:
(14)
Вираз теплової провідності від сталі до навколишнього середовища при нерухливому роторі /3 було визначено з рівняння (14) в початковий момент часу:
(15)
де - похідна температури сталі в початковий момент охолодження, °С/с.
За результатами експериментального дослідження для асинхронного електродвигуна 4АМ90L4У3 отримано значення теплової провідності /3 = 6,7289 Вт/°С. На основі цих даних були побудовані криві охолодження обмотки, ротора та сталі електродвигуна з усталеного теплового режиму з номінальним навантаженням.
Перехідні процеси при дії надструмів відносно швидкоплинні, тому можемо з достатньою точністю прийняти, що теплові процеси протікають адіабатично. У цьому випадку рівняння теплового балансу для обмотки запишеться в наступному вигляді:
(16)
Після розв'язання цього рівняння було отримано вираз для перевищення температури обмотки над температурою навколишнього середовища при дії надструмів:
(17)
де
Таким чином, встановлені залежності для визначення параметрів теплової схеми асинхронного електродвигуна, до яких належать теплові провідності та теплоємності тіл, та залежності перевищень температури тіл в функції кратності сили струму, а також початкових перевищень температури еквівалентних тіл.
Розділ 3. Обґрунтування параметрів функціонального діагностування асинхронного електродвигуна. В якості параметрів функціонального діагностування теплових процесів асинхронних електродвигунів були взяті: окремо температура сталі; окремо сила струму, що споживається двигуном; комбінація сили струму та температури сталі.
Аналітично дослідженні теплові процеси асинхронного електродвигуна при діагностуванні за температурою сталі. В якості критерію теплового режиму прийнято додатковий тепловий знос ізоляції, що приходиться на одне перевантаження.
Було складено алгоритм розрахунку додаткового теплового зносу ізоляції, що приходиться на одне перевантаження.
(18)
де е- поточна швидкість теплового зносу ізоляції, бгод/год.
Поточна швидкість теплового зносу ізоляції:
(19)
де В-температурний параметр, що характеризує клас ізоляції асинхронного електродвигуна, К;
и1Н- абсолютна температура фазної обмотки асинхронного електродвигуна при номінальному навантаженні на валу для даного класу ізоляції та номінальних умовах навколишнього середовища, К.
За допустиме перевищення температури сталі, при якому спрацьовує захист, прийняте усталене перевищення температури сталі, що відповідає тривало допустимому значенню перевищення температури обмотки за ГОСТ 183-74.
Аналітичне дослідження виконане для асинхронного електродвигуна 4АМ90L4У3. Допустиме значення перевищення температури сталі склало 45,9 °С. Встановлено, що при різних температурах навколишнього середовища величина додаткового теплового зносу ізоляції суттєво відрізняється; при перевантаженнях з деякою кратністю сили струму максимальна температура обмотки перевищує встановлене ГОСТ 27888-88 значення.
Отже, окремо взята температура сталі при перевантаженні двигуна не може служити об'єктивним діагностичним параметром теплового процесу.
Аналітично досліджені теплові процеси асинхронного електродвигуна при діагностуванні за силою струму статора. В якості критерію теплового режиму прийнято допустимий додатковий тепловий знос ізоляції, що приходиться на одне перевантаження.
Було складено алгоритм розрахунку перевантажувальної характеристики електродвигуна. Величина допустимого додаткового теплового зносу ізоляції, що приходиться на одне перевантаження, була визначена згідно з вимоги ГОСТ 16308-84, за якою захист повинен відімкнути електродвигун при 20 % перевантаженні через 20 хвилин.
Для врахування погіршення тепловіддачі електродвигуна введено коефіцієнт погіршення тепловіддачі:
(20)
де Л3- теплова провідність від сталі до навколишнього середовища, що погіршилась, Вт/°С;
Л3Н- номінальна теплова провідність від сталі до навколишнього середовища, Вт/°С.
За результатами аналітичного дослідження для асинхронного електродвигуна 4АМ90L4У3 величина допустимого додаткового теплового зносу ізоляції, що приходиться на одне перевантаження, склала 0,104 бгод.
Аналіз перевантажувальних характеристик асинхронного двигуна свідчить про істотне зниження часу досягнення допустимого додаткового теплового зносу ізоляції при підвищенні температури навколишнього середовища; зниження часу досягнення допустимого додаткового теплового зносу ізоляції при погіршенні тепловіддачі. Також перевантажувальна характеристика залежить від парціальних постійних часу нагріву електродвигуна.
Отже, окремо взята сила струму при перевантаженні двигуна не може служити об'єктивним діагностичним параметром теплового процесу.
Запропонована модель функціонального діагностування теплових процесів асинхронних електродвигунів за температурою сталі та силою струму статора, згідно якої поточна температура обмотки визначається дискретно за виразом:
(21)
де3В.і- температура сталі на і-ій ділянці, що вимірюється, °С;
СЕР.і- температура навколишнього середовища на і-ій ділянці, °С;
Дф13.і- перепад температур між обмоткою та сталлю на і-ій ділянці, °С.
Перепад температур між обмоткою та сталлю визначається розрахунково:
(22)
деIА.і, IВ.і, IС.і- сила струму в фазах двигуна на і-ій ділянці, А;
ф1Р.і-1, ф2Р.і-1, ф3Р.і-1- температура відповідно обмотки, ротора, сталі, на (і-1) ділянці, °С;
Дt- період дискретизації, с.
Модель діагностування передбачає два рівні спрацювання захисту: при перевищенні температурою обмотки тривало допустимого значення та при перевищенні додатковим зносом ізоляції, що приходиться на одне перевантаження, допустимого значення.
Таким чином, обґрунтовано параметри функціонального діагностування теплових процесів асинхронних електродвигунів, за які обрано температуру сталі та силу струму статора.
Розділ 4. Експериментальне дослідження теплових процесів в асинхронному електродвигуні. Експериментальні дослідження теплових процесів виконувались з метою перевірки адекватності моделі функціонального діагностування теплових процесів асинхронних електродвигунів. Наведені програма і методика дослідження, методика опрацювання результатів.
Дослідження проводилися на установці, що складається з досліджуваного асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором, генератора постійного струму, що виконував функцію робочої машини, пускової апаратури, вимірювальних приладів, а також освітлювальної установки у якості споживача електричної енергії.
В процесі досліду проводились вимірювання сили фазних струмів, температури обмотки статора, сталі та навколишнього середовища. Температури обмотки та сталі визначались за допомогою вмонтованих в них терморезисторів з негативним коефіцієнтом опору. Реєстрація опорів терморезисторів виконувалась за допомогою пристрою збору даних National Instruments USB-6008 підключеного до персонального комп'ютера.
Перевірка адекватності математичної моделі виконана шляхом порівняння перевищень температур обмотки отриманих за моделлю функціонального діагностування з фактичними перевищеннями температур обмотки при різних значеннях кратності сили струму статора.
Розділ 5. Розробка пристрою функціонального діагностування та захисту асинхронного електродвигуна. За результатами теоретичних і експериментальних досліджень розроблені технічні вимоги до пристрою функціонального діагностуванні та захисту асинхронного електродвигуна. Пристрій забезпечує:
- контроль сили струму статорної обмотки, температури сталі асинхронного електродвигуна та навколишнього середовища;
- подачу аварійного сигналу при досягненні перевищенням температури обмотки тривало допустимого значення;
- відключення електродвигуна від мережі при досягненні додатковим тепловим зносом ізоляції, що приходиться на одне перевантаження, гранично допустимого значення;
- цифрову індикацію поточної температури обмотки;
- настройку параметрів моделі, з виконанням дослідів настройки.
Розроблено принципову електричну схему та програмне забезпечення мікроконтролера, що реалізує алгоритм функціонування пристрою функціонального діагностування та захисту асинхронного електродвигуна.
Проведено оцінку кількісних показників надійності пристрою діагностування: ймовірність безвідмовної роботи пристрою 0,929, середній час безвідмовної роботи дорівнює 119617 годин.
Виробничі випробовування пристрою діагностування та захисту асинхронних електродвигунів на ДПДГ «Мелітопольске» Мелітопольского району Запорізької області показали, що підчас випробувальної експлуатації відмов двигунів і елементів блоків пристрою діагностування не було. Річний економічний ефект від впровадження пристрою в розрахунку на асинхронний двигун потужністю 7,5 кВт склав 196,50 грн., термін окупності капітальних вкладень - 1,45 року.
ВИСНОВКИ
Існуючі методи і технічні засоби діагностування та захисту асинхронних електродвигунів не забезпечують достатню їх експлуатаційну надійність. У дисертаційній роботі отримані нові наукові положення з вирішення науково-технічної задачі функціонального діагностування асинхронних електродвигунів.
Основні наукові та практичні результати роботи і висновки, що випливають з них, полягають у наступному:
1. На базі аналізу взаємопов'язаних теплових процесів в асинхронному електродвигуні як гетерогенному тілі під дією експлуатаційних впливів отримані їх математичні залежності, які дають можливість опосередковано контролювати температуру обмотки статора.
2. Отримані залежності для визначення параметрів теплової схеми асинхронного електродвигуна: теплових провідностей - на базі усталених значень перевищень температури кожного тіла в досліді холостого ходу та теплоємностей - на базі динаміки їх нагрівання і охолодження в цьому досліді. Для електродвигуна 4АМ90L4У3 значення цих параметрів склали Л13 = 10,5707 Вт/°С; Л23 = 2,7648 Вт/°С; Л3 = 13,9969 Вт/°С; /3 = 6,7289 Вт/°С; C1 = 726,1 Дж/°С; C2 = 3260 Дж/°С; C3 = 9623 Дж/°С.
3. При дослідженні теплових процесів в асинхронному електродвигуні прийнявши за параметр діагностування температуру сталі отримані наступні результати:
- величина додаткового теплового зносу ізоляції електродвигуна, що приходиться на одне перевантаження, залежить від температури навколишнього середовища; так, при кратності сили струму 1,5 додатковий знос ізоляції при температурах навколишнього середовища 50 °С и °30 С відрізняється в 6,5 раз;
- при перевантаженнях максимальна температура обмотки перевищує встановлене ГОСТ максимально допустиме значення; так, при температурі навколишнього середовища 40 °С і кратності сили струму 1,65 максимальна температура обмотки перевищує допустиме значення на 6,6 °С.
4. При дослідженні теплових процесів в асинхронному електродвигуні прийнявши за параметр діагностування силу струму статора отримані наступні результати:
- при зростанні температури навколишнього середовища спостерігається істотне зменшення часу досягнення допустимого додаткового теплового зносу ізоляції; так, при перевантаженні з кратністю сили струму 1,2 час досягнення допустимого додаткового теплового зносу ізоляції при температурі навколишнього середовища 40 °С на 15 % менше, ніж при температурі 20 °С;
- при погіршенні тепловіддачі електродвигуна знижується час досягнення допустимого додаткового теплового зносу ізоляції; так, при погіршенні тепловіддачі на 30 %, час досягнення допустимого додаткового теплового зносу ізоляції знижується на 31 %;
- аналіз процесу нагрівання обмотки електродвигуна показав, що перевантажувальна характеристика істотно залежить від значення парціальних постійних часу нагрівання останнього.
5. На базі проведених досліджень зроблено висновок що, окремо взята температура сталі як параметр діагностування та окремо взята сила струму статора як параметр діагностування при перевантаженні двигуна не можуть служити об'єктивними діагностичними параметрами теплового процесу.
Для аналізу експлуатаційних режимів роботи асинхронного електродвигуна запропонована модель функціонального діагностування асинхронного електродвигуна за температурою сталі та силою струму статора.
6. Експериментальні дослідження підтвердили адекватність моделі функціонального діагностування асинхронного електродвигуна за температурою сталі та силою струму статора. Відносна похибка визначення температури обмотки не перевищує 5 %. Цей факт дає можливість застосовувати запропоновану модель у пристрої функціонального діагностування.
7. Розроблено пристрій функціонального діагностування та захисту асинхронного електродвигуна за температурою сталі та силою струму статора. Дослідження та виробничі випробування пристрою функціонального діагностування показали, що ймовірність безвідмовної роботи пристрою становить 0,929, а середній час безвідмовної роботи - 119617 годин, що дає можливість зниження виходу електродвигунів з ладу до 5 - 10 %.
8. Річний економічний ефект від впровадження пристрою діагностування в розрахунку на асинхронний двигун потужністю 7,5 кВт склав 196,50 грн., термін окупності капітальних вкладень дорівнює 1,45 року.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Овчаров В.В., Рижков А.О. Цифровий пристрій діагностування експлуатаційних режимів роботи асинхронного електродвигуна за температурою сталі // Праці / Таврійська державна агротехнічна академія. - Вип. 32. - Мелітополь, 2005. - С. 44 - 49.
2. Рижков А.О. Дослідження залежності між температурою обмотки та температурою сталі і кратністю сили струму асинхронного двигуна // Проблеми енергозабезпечення та енергозбереження в АПК України / Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка. - Випуск 43. - Том 1. - Харків, 2006. - С. 171 - 175.
3. Овчаров В.В., Рижков А.О. Діагностування експлуатаційних режимів роботи і захист асинхронного двигуна за температурою сталі та кратністю сили струму // Наукові доповіді НАУ, 2006. - № 4(5). - 8 с., http://www.nbuv.gov.ua/e-Journals/nd/2006-4/06ovvacr.pdf.
4. Рижков А.О. Вимірювання температури у складі мікроконтолерного пристрою діагностування режимів роботи асинхронних двигунів // Праці / Таврійська державна агротехнічна академія - Вип. 45. - Мелітополь, 2006. - С. 65 - 71.
5. Овчаров В.В., Рижков А.О. Дослідження залежності втрат потужності в роторі асинхронного двигуна в функції кратності сили струму статора // Энергосбережение, энергетика, энергоаудит, 2007. - №2. - С. 15 - 18.
6. Рыжков А.А. Определение параметров тепловой схемы замещения асинхронного двигателя на базе экспериментальных данных // Збірник наукових праць Дніпродзержинського державного технічного університету (технічні науки). Тематичний випуск «Проблеми автоматизованого електропривода. Теорія й практика». - Дніпродзержинськ, 2007. - С.156 - 157.
АНОТАЦІЯ
Рижков А.О. Обґрунтування параметрів функціонального діагностування теплових процесів асинхронних електродвигунів. - Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 - електротехнічні комплекси та системи. - Таврійський державний агротехнологічний університет. - Мелітополь, 2008.
Робота присвячена вирішенню науково-технічної задачі функціонального діагностування асинхронних електродвигунів. Містить результати теоретичних та експериментальних досліджень теплових процесів в асинхронному електродвигуні з короткозамкненим ротором при перевантаженні. Отримані залежності для визначення параметрів теплової схеми асинхронного електродвигуна як гетерогенної системи, що складається з трьох тіл, на базі досліду холостого ходу. Обґрунтовано параметри функціонального діагностування, за які обрано температуру сталі та силу струму статора двигуна. Запропонована модель функціонального діагностування теплових процесів асинхронного електродвигуна. Наведені результати експериментальної перевірки адекватності моделі діагностування. За результатами досліджень розроблена мікропроцесорна система функціонального діагностування та захисту асинхронних електродвигунів. Здійснено впровадження пристрою діагностування у виробництво. Наведені данні щодо економічної ефективності розробленого пристрою діагностування та захисту.
...Подобные документы
Принцип дії асинхронного електродвигуна, регламент усунення механічних та електричних неполадок: зачіплювання ротора за статор, перекосу та пошкодження підшипників, вібрації. Особливості захисту електродвигунів від перегріву за допомогою теплових реле.
курсовая работа [338,3 K], добавлен 24.06.2015Пристрої вбудованого температурного захисту асинхронних двигунів. Універсальний блок захисту асинхронних електродвигунів УБЗ-30. Будова асинхронних електродвигунів. Монтаж і обслуговування пристроїв захисту асинхронних двигунів. Плавкі запобіжники NT.
реферат [4,2 M], добавлен 28.08.2010Принцип дії асинхронного двигуна. Апаратура управління і захисту електроприводу. Схеми включення трифазних асинхронних електродвигунів в однофазну мережу за допомогою конденсаторів та активних опорів. Експлуатація електродвигунів та догляд за ними.
контрольная работа [2,0 M], добавлен 28.08.2010Визначення теплових потоків з усіх видів теплоспоживання. Побудова графіку зміни теплових потоків. Розрахунок водяних теплових мереж та конденсатопроводів. Побудова температурного графіка регулювання відпуску теплоти. Опис прийнятої теплової ізоляції.
курсовая работа [91,9 K], добавлен 15.12.2011Теплові процеси в елементах енергетичного обладнання. Задача моделювання теплових процесів в елементах енергетичного обладнання в спряженій постановці. Математична модель для розв’язання задач теплообміну стосовно елементів енергетичного обладнання.
автореферат [60,0 K], добавлен 13.04.2009Загальні відомості про електродвигуни. Вивчення будови асинхронних електродвигунів. Будова машин постійного струму. Експлуатація електродвигунів. Ремонт електродвигунів. Несправності електричних машин. Розбирання електричних машин. Ремонт колекторів.
реферат [1,9 M], добавлен 28.08.2010Дослідження засобами комп’ютерного моделювання процесів в лінійних інерційних електричних колах. Залежність характеру і тривалості перехідних процесів від параметрів електричного кола. Методики вимірювання параметрів електричного кола за осцилограмами.
лабораторная работа [1,0 M], добавлен 10.05.2013Підвищення ефективності спалювання природного газу в промислових котлах на основі розроблених систем і технологій пульсаційно-акустичного спалювання палива. Розробка і адаптація математичної моделі теплових і газодинамічних процесів в топці котла.
автореферат [71,8 K], добавлен 09.04.2009Визначення розмірів пазів статора. Розрахунок магнітної індукції і напруженості на всіх ділянках магнітного кола. Активний і реактивний опір обмоток статора і ротора. Визначення величини складових втрат в асинхронному двигуні, його робочі характеристики.
курсовая работа [5,1 M], добавлен 06.09.2012Розрахунок теплових навантажень і витрат теплоносія. Оцінка ефективності теплоізоляційних конструкцій. Вибір опор трубопроводів і компенсаторів. Спосіб прокладання теплових мереж, їх автоматизація і контроль. Диспетчеризація систем теплопостачання.
дипломная работа [816,9 K], добавлен 29.12.2016Круговий термодинамічний процес роботи теплових машин. Прямий, зворотний та еквівалентний цикли Карно. Цикли двигунів внутрішнього згорання та газотурбінних установок з поступовим згоранням палива (підведенням теплоти) при постійних об’ємі та тиску.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 22.11.2014Поняття, види та області застосування теплових насосів. Вибір приладу для обігріву приміщення у власному регіоні. Переваги використання ґрунтових зондів та насосів з горизонтальним теплообмінником. Сфери використання енергії, яку акумулює пристрій.
реферат [1,5 M], добавлен 10.06.2014Опис пристроїв, призначених для виконання корисної механічної роботи за рахунок теплової енергії. Дослідження коефіцієнту корисної дії деяких теплових машин. Вивчення історії винаходу парової машини, двигуна внутрішнього згорання, саморухомого автомобілю.
презентация [4,8 M], добавлен 14.02.2013Обґрунтування необхідності визначення місця короткого замикання в обмотках тягового трансформатора. Алгоритм діагностування стану тягового трансформатора. Методика розрахунку частоти генератора. Визначення короткозамкнених витків в обмотці трансформатора.
магистерская работа [2,3 M], добавлен 11.12.2012Вибір теплоносіїв та розрахунок теплових навантажень котельні. Розробка теплової схеми котельні. Розрахунок водогрійної та парової частини. Вибір основного і допоміжного обладнання котельні. Втрати у теплових мережах. Навантаження підприємства та селища.
курсовая работа [163,2 K], добавлен 31.01.2011Принцип дії, будова та призначення асинхронного електродвигуна. Ознайомлення із основними несправностями електроприводу, визначення причин їх виникнення та способів усунення. Класифікація планово-попереджувальних і ремонтних робіт в електроустановках.
дипломная работа [556,0 K], добавлен 18.01.2011Поведінка системи ГД перехідних режимів. Експериментальне дослідження процесів при пуску, реверсі та гальмуванні електричних генераторів. Алгоритм побудування розрахункових графіків ПП при різних станах роботи машини. Методика проведення розрахунку ПП.
лабораторная работа [88,2 K], добавлен 28.08.2015Дослідження регулювальних характеристик електродвигуна постійного струму з двозонним регулюванням. Математичний опис та модель електродвигуна, принцип його роботи, характеристики в усталеному режимі роботи. Способи регулювання частоти обертання.
лабораторная работа [267,4 K], добавлен 30.04.2014Огляд особливостей процесів теплопровідності. Вивчення основ диференціальних рівнянь теплопровідності параболічного типу. Дослідження моделювання даних процесiв в неоднорiдних середовищах з м'якими межами методом оператора Лежандра-Бесселя-Фур'є.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 16.09.2014Складання моделі технічних об’єктів в пакеті Simulink, виконання дослідження динаміки об’єктів. Моделювання динаміки змінення струму якісної обмотки та швидкості обертання якоря електричного двигуна постійного струму. Електрична рівновага моделі.
лабораторная работа [592,7 K], добавлен 06.11.2014
