Причины и виды термических дефектов обмоток асинхронного двигателя

Диагностика тепловой нагрузки асинхронного двигателя. Классификация термических дефектов электрических машин. Причины возникновения в обмотке напряжения обратной полярности. Компенсация потерь в меди. Зависимость скорости вращения ротора от частоты сети.

Рубрика Физика и энергетика
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 29.09.2018
Размер файла 40,3 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://allbest.ru

Кременчугский государственный политехнический университет

Институт электромеханики, энергосбережения и компьютерных технологий

УДК 621.313:333.045.004.64

Причины и виды термических дефектов обмоток асинхронного двигателя

Истомина Н.Н.

Введение

Для электрических двигателей важной задачей является обеспечение их сохранности и работоспособности в процессе эксплуатации.

Существует несколько способов решения этой задачи, среди которых важное место занимают системы защиты. Так как основной причиной выхода асинхронных двигателей из строя является повреждение изоляции обмоток статора и ротора вследствие перегрева, особого внимания заслуживает тепловая защита двигателя. В основном тепловые защиты основаны на отслеживании интегральных термических дефектов.

Под термическим дефектом понимают достоверно регистрируемое превышение температуры произвольной области машины относительно тепловой нагрузки соответствующей номинальным условиям роботы [1].

Цель работы. Большинство тепловых защит ориентированы на термические дефекты всего объема машины, и не учитывают возможности локального перегрева. Поэтому актуальным является решение задачи повышения достоверности локальной диагностики тепловой нагрузки АД. Этот вопрос особенно важен для машин прошедших ремонт. В данной работе решается задача определения факторов, влияющих на нагрев обмоток АД.

Материал и результаты исследований

Термические дефекты являются следствием нарушения нормального теплообмена внутри электрической машины. Нормальному состоянию системы охлаждения соответствует отражение температурной картины машины в целом или ее узлов при заданных режимах тепловыделения и отвода тепла [1].

Термические дефекты подразделяют на общие (повышение температуры равномерно по всему объему машины), узловые (повышение температуры в пределах отдельного узла) и местные (локальное повышение температуры, например участка обмотки или активной зоны стали) [1].

При наличии местных температурных дефектов возрастает температура поврежденной области, также возрастает температура смежных областей (но в меньшей степени) и теплообменника, вследствие повышения температуры теплового пограничного слоя.

Причины появления термических дефектов классифицируют по двум группам [1]:

- связанные с увеличением тепловыделения;

- связанные с ухудшением отвода тепла.

Увеличение тепловыделения напрямую связано с увеличением потерь в двигателе, как кратковременным, так и продолжительным.

В общем случае система электрическая машина питающая сеть неидеальна. В той или иной степени присутствуют как некачественности сети питания так и дефекты самой машины. Последствия взаимодействия различного вида некачественностей приводят к усложнению процесса преобразования энергии в электрической машине и снижению ее эффективности.

Некачественности сети питания можно разделить на две группы: связанные с частотой или напряжением питания.

Рассмотрим влияние изменения питающего напряжения при условии постоянства питающей частоты . Обычно АД рассчитывают так, чтобы при номинальном режиме (КПД) и коэффициент мощности были близки к максимальным. С другой стороны, максимум имеет место, когда механические потери и потери в стали равны электрическим потерям в обмотках.

Поэтому влияние изменения напряжения является неоднозначным и зависит от нагрузки на валу двигателя. При увеличении напряжения происходит возрастание магнитного потока и, следовательно, увеличение тока холостого хода и магнитных потерь в стали [2].

Несимметрия питающего напряжения приводит к изменению режима энергопотребления: возникновению переменной составляющей мощности АД, переменной составляющей момента и колебаниям скорости вращения двигателя [3].

В режимах несимметрии питающего напряжения ток статора АД остается синусоидальным, но потребляемая мощность содержит гармоники двойной частоты. Несимметрия междуфазных напряжений вызывается наличием составляющих обратной последовательности, а несимметрия фазных - еще и наличием составляющих нулевой последовательности. Сопротивление АД токам прямой последовательности в 5-7 раз меньше сопротивления токам обратной последовательности.

При наличии даже небольшой по значению составляющей напряжения обратной последовательности возникает значительный ток обратной последовательности.

Этот ток накладывается на ток прямой последовательности и вызывает дополнительный нагрев ротора и статора.

Несинусоидальность напряжения сети питания - это искажение формы кривой напряжения, вызванные токами высших гармоник элементов сети с нелинейными вольт-амперными характеристиками.

В АД высшие гармоники вызывают большие потери активной мощности, связанные с увеличением активных сопротивлений обмоток. При наличии высших гармоник в кривой напряжения процесс старения изоляции протекает более интенсивно, чем при синусоидальном напряжении.

Рассмотрим влияние изменения частоты питания на работу двигателя при условии постоянства питающего напряжения и момента нагружения .

Изменение частоты приводит к изменению магнитного потока и соответствующему ему изменению тока ротора и нагрузочной составляющей тока статора [4].

При уменьшении частоты происходит увеличение магнитного потока и намагничивающего тока, а, следовательно, и тока холостого хода , который из-за насыщения стали магнитопровода возрастает быстрее, чем магнитный поток. Обычно уменьшение частоты на 10% вызывает увеличение тока на 20-30 %. Так как ток является практически реактивным, то это приводит к снижению коэффициента мощности двигателя [4]. асинхронный двигатель термических дефект

При увеличении частоты происходит пропорциональное возрастание частоты вращения . Если нагрузка имеет вентиляторный характер, то нагрузочный момент возрастает пропорционально квадрату или кубу частоты вращения, следовательно, частоты .

Кроме того, магнитный поток уменьшается обратно пропорционально изменению частоты .

Все это приводит к резкому увеличению тока ротора . При возрастании частоты на 10% ток ротора двигателя, вращающего вентилятор, увеличится примерно в 1,5 раза, что может привести к перегреву двигателя. При неизменном нагрузочном моменте увеличение частоты повышает опасность нарушения устойчивости двигателя, так как максимальный момент двигателя снижается пропорционально .

Таким образом, отклонение частоты от номинального значения приводит к ухудшению условий работы двигателей в режимах, близких к номинальной нагрузке. В этом случае потери в стали могут быть определены с помощью выражения [5]:

,(1)

где частота питающей сети, Гц;

индукция намагничивания, Тл;

, коэффициенты для стандартной электротехнической стали,

, .

При снижении частоты на 20% при номинальном напряжении потери в стали возрастают на 15%. Однако возрастание потерь в стали компенсируется снижением потерь в меди, так как снизится ток, протекающий по обмоткам статора и ротора.

Таким образом, при вынужденном снижении частоты питающей сети до 80% АД может работать в условиях более легких, чем в номинальном режиме, так как при таком снижении частоты ток статора снижается до 90%, уменьшая нагрев машины. При одновременном отклонении частоты и напряжения АД может отдавать номинальную мощность, если суммарное процентное отклонение этих параметров не превышает 10 % [5].

Некачественности со стороны машины могут быть вызваны различными повреждениями двигателя. Так если двигатель прошел капитальный ремонт, характеристики электротехнической стали изменяются вследствие частичного разрушения межлистовой лаковой изоляции у кромок зубцов, наклепов стали и т.п.

По этой причине поверхностный слой стали в некотором приближении можно считать ферромагнитным экраном на границе зазор - пакет стали статора. Результатом этого является существенный рост потерь от вихревых токов, что, естественно, приводит к увеличению потоков рассеивания и снижению эффективного потока в зазоре.

При наличии локального замкнутого контура, за счет увеличения потерь на вихревые токи, будет возникать перегрев в участке обмотке прилегающем к участку пакета стали с замкнутым контуром, при этом общая температура обмотки не будет превышать допустимую.

Установлен также факт снижения максимальной индукции в зазоре в зависимости от числа и характера воздействий на сталь при ее предремонтной обработке.

Характерно, что сталь электрических машин, прошедших капитальный ремонт, при номинальной нагрузке работает в режиме насыщения, в результате чего в кривой сетевого тока появляются гармоники высшего порядка, которые соответствующим образом влияют на общие потери в стали [5].

Анализируя распределение повреждений в стали, влияющих на величину составляющих потерь, нужно выделить несколько основных факторов:

механические повреждения пакета стали статора;

тепловые повреждения изоляции пакета;

изменение магнитных свойств стали.

Практически встречается два основных типа механических повреждений пакетов: распушение листов при выполнении механических операций во время ремонта; закорачивание листов в результате механических повреждений или в процессе отжига.

В результате нарушения изоляции между листами в стали появляются локальные замкнутые контуры, что ведет к увеличению потерь от вихревых токов.

Воздействия больших температур при отжиге и коротких замыканий в обмотке приводит к изменению свойств стали (уменьшение значения ).

Это приводит к тому, что при номинальных значениях напряжения, прикладываемого к обмотке статора, двигатель работает уже в режиме насыщения. Вследствие этого, потребляемый ток становится несинусоидальным и может быть представлен суммой нечетных гармонических составляющих, из которых 3, 5, 7-ая... создают поля, направленные против поля первой гармоники и своим действием ослабляющие его.

Рисунок 1 К анализу факторов влияющих на рост потерь АД

Выводы

К факторам, вызывающим рост потерь, относятся: витковые и корпусные замыкания обмоток; замыкания между листами активной стали; частичные нарушения электрических соединений; механические повреждения пакета стали; изменение магнитных свойств листов стали после ремонта двигателя; несимметрия и несинусоидальность питающего напряжения; колебания частоты и амплитуды питающего напряжения.

К причинам, связанным с ухудшением отвода тепла, относятся уменьшение скорости движения теплообменника, прекращение циркуляции охлаждающей среды вследствие закупорки вентиляционных каналов, местное ухудшение теплопередачи от источника нагрева к теплообменнику.

Термические дефекты опасны повышенными скоростями изменения температуры при внезапном изменении условий тепловой нагрузки.

Проведенный анализ показал, что для современных систем тепловой защиты важной задачей является разработка методов и средств идентификации термических дефектов, особенно локальных участков с местными перегревами. Так как локальные термические дефекты приводят не к повышению температуры машины в целом, а к разрушению изоляции на отдельном участке, а, следовательно, и межвитковым замыканиям. При решении данной задачи могут оказаться полезными интеллектуальные модули поиска места повреждения на основе анализа качества преобразования энергии в электрической машине с учетом особенностей переходных характеристик.

Литература

1. Гуревич Э.И., Мамиконянц Л.Г. Некоторые задачи диагностики теплового состояния электрических машин. - "Электричество"№10, 1979.

2. Черный А.П., Сычев С.Д. Режимы работы асинхронного двигателя при несимметрии питающего напряжения. “Вісник Кременчуцького Державного Політехнічного інституту”, №1, 2002 (2), С. 33.

3. Радин В.И., Брускин Д.Э., Зорохович А.Е. Электрические машины: Асинхронные машины. Учеб. для электромех. спец. вузов. Под ред. Копылова И.П. - М.: Высш. шк., 1988 - 328 с.

4. Родькин Д.Й., Черный А.П., Здор И.Е. Задачи диагностики параметров асинхронных двигателей при испытаниях и в системах промышленного привода. “Вісник Кременчуцького Державного Політехнічного інституту”, №1, 1999, С. 76.

5. Прус В.В. Исследование потерь в стали асинхронного двигателя при работе в зоне насыщения. “Вісник Кременчуцького Державного Політехнічного інституту ”, №1, 1999, С.123.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Роль электрических машин в современной электроэнергетике. Серия и материал изготовления асинхронного двигателя, его паспортные данные. Расчет магнитной цепи двигателя. Обмотка короткозамкнутого ротора. Активные и индуктивные сопротивления обмоток.

    курсовая работа [5,3 M], добавлен 20.10.2015

  • Расчет статора, ротора, магнитной цепи и потерь асинхронного двигателя. Определение параметров рабочего режима и пусковых характеристик. Тепловой, вентиляционный и механический расчет асинхронного двигателя. Испытание вала на жесткость и на прочность.

    курсовая работа [4,8 M], добавлен 10.10.2012

  • Выбор основных размеров асинхронного двигателя. Определение размеров зубцовой зоны статора. Расчет ротора, магнитной цепи, параметров рабочего режима, рабочих потерь. Вычисление и построение пусковых характеристик. Тепловой расчет асинхронного двигателя.

    курсовая работа [1,9 M], добавлен 27.09.2014

  • Угловая скорость вращения магнитного поля. Математическая модель асинхронного двигателя в форме Коши, а также блок-схема его прямого пуска с использованием Power System Blockset. Зависимость угловой скорости ротора от величины электромагнитного момента.

    реферат [672,5 K], добавлен 03.01.2010

  • Принцип работы и устройство асинхронного двигателя. Способ измерения электромагнитного момента асинхронного двигателя. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей. Изменение скольжения, числа пар полюсов, частоты источника питания двигателя.

    реферат [397,1 K], добавлен 16.05.2016

  • Обоснованный выбор типов и вариантов асинхронного двигателя. Пусковой момент механизма, определение установившейся скорости. Расчёт номинальных параметров и рабочего режима асинхронного двигателя. Параметры асинхронного двигателя пяти исполнений.

    реферат [165,2 K], добавлен 20.01.2011

  • Сравнение характеристик электрических машин различных типов. Понятие постоянных и переменных потерь энергии. Способы измерения частоты вращения асинхронного двигателя. Определение критического момента и номинальной мощности электрической машины.

    презентация [103,7 K], добавлен 21.10.2013

  • Расчет исходных данных двигателя. Расчет и построение естественных механических характеристик асинхронного двигателя по формулам Клосса и Клосса-Чекунова. Искусственные характеристики двигателя при понижении напряжения и частоты тока питающей сети.

    курсовая работа [264,0 K], добавлен 30.04.2014

  • Изоляция обмотки статора и короткозамкнутого ротора. Активные и индуктивные сопротивления обмоток. Сопротивление обмотки короткозамкнутого ротора с овальными закрытыми пазами. Расчет параметров номинального режима работы асинхронного двигателя.

    курсовая работа [4,3 M], добавлен 15.12.2011

  • Фундаментальные законы теплопередачи. Устройства для защиты двигателя от перегрузок, использующие тепловую модель двигателя. Выбор и определение параметров тепловой модели асинхронного двигателя, методика ее реализации в программном пакете Matlab.

    дипломная работа [1,4 M], добавлен 02.01.2011

  • Построения развернутой и радиальной схем обмоток статора, определение вектора тока короткого замыкания. Построение круговой диаграммы асинхронного двигателя. Аналитический расчет по схеме замещения. Построение рабочих характеристик асинхронного двигателя.

    контрольная работа [921,2 K], добавлен 20.05.2014

  • Определение трехфазного асинхронного двигателя и обмоточных данных, на которые выполнены схемы обмоток. Перерасчет обмоток на другие данные (фазное напряжение и частоту вращения магнитного поля статора). Установление номинальных данных электродвигателя.

    курсовая работа [1006,7 K], добавлен 18.11.2014

  • Свойства и характеристики асинхронного двигателя. Размеры, конфигурация и материал магнитной цепи. Параметры обмоток статора и короткозамкнутого ротора; активные и индуктивные сопротивления. Расчёт магнитной цепи. Режимы номинального и холостого хода.

    курсовая работа [859,3 K], добавлен 29.05.2014

  • Определение тока холостого хода, сопротивлений статора и ротора асинхронного двигателя. Расчет и построение механических и электромеханических характеристик электропривода, обеспечивающего законы регулирования частоты и напряжения обмотки статора.

    контрольная работа [263,5 K], добавлен 14.04.2015

  • Асинхронный двигатель: сущность и принцип действия. Электромагнитный, тепловой, вентиляционный и механический расчет двигателя. Увеличение срока службы токопроводящих щеток фазного ротора. Технология изготовления статорной обмотки асинхронного двигателя.

    дипломная работа [3,9 M], добавлен 20.08.2012

  • Расчет площади поперечного сечения провода обмотки статора, размера его зубцовой зоны, воздушного зазора, ротора, магнитной цепи, параметров рабочего режима, потерь, пусковых характеристик с целью проектирования трехфазного асинхронного двигателя.

    курсовая работа [945,2 K], добавлен 04.09.2010

  • Асинхронный двигатель: строение и разновидности. Вращающееся магнитное поле. Принцип действия асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Регулирование частоты вращения путем вращения и скольжения. Тормозные режимы работы асинхронного двигателя.

    презентация [352,5 K], добавлен 19.10.2014

  • Электромагнитный, тепловой и вентиляционный расчет шестиполюсного трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором полезной мощности 45 кВт на напряжение сети 380/660 В. Механический расчет вала и подшипников. Элементы конструкции двигателя.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 25.09.2012

  • Разработка проекта трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором по заданным данным. Электромагнитный и тепловой расчет. Выбор линейных нагрузок. Обмоточные параметры статора и ротора. Параметры рабочего режима, пусковые характеристики.

    курсовая работа [609,5 K], добавлен 12.05.2014

  • Параметры обмотки асинхронного двигателя. Построение двухслойной статорной обмотки с оптимально укороченным шагом. Построение рабочих характеристик. Механические характеристики асинхронного двигателя при неноминальных параметрах электрической сети.

    курсовая работа [856,8 K], добавлен 14.12.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.