ТАВРІЙСЬКА ДЕРЖАВНА АГРОТЕХНІЧНА АКАДЕМІЯ

Попова Ірина Олексіївна

УДК 631.37:621.313.13 (474.3)

КОНТРОЛЬ РЕЖИМІВ РОБОТИ АСИНХРОННИХ ДВИГУНІВ

ПРИ НЕСИМЕТРІЇ НАПРУГ МЕРЕЖІ

05.09.16 – електротехнології та електрообладнання

в агропромисловому комплексі

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Мелітополь - 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Таврійській державній агротехнічній

академії Міністерства аграрної політики України

Науковий керівник доктор технічних наук, професор

Овчаров Володимир Васильович,

Таврійська державна агротехнічна академія,

завідувач кафедри теоретичної та загальної

електротехніки

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, доцент

Труфанов Іван Дмитрович,

Запорізький Національний
технічний університет,

професор кафедри електроприводу
та автоматизації установок

кандидат технічних наук, доцент

Яковлев Валерій Федорович,

Таврійська державна агротехнічна академія,

завідувач кафедри електропостачання сільського госпо-дарства

Провідна установа: Харківський державний технічний університет сіль-ського господарства

кафедра застосування електроенергії

у сільському господарстві,

Міністерство аграрної політики України,
м. Харків

Захист відбудеться 13.06.2003 р. о 13.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 18.819.01 в Таврійській державній агротехнічній академії за адресою: 72312, Запорі-зька обл., м. Мелітополь, пр. Б.Хмельницького, 18, навчальний корпус 1, зал засідань вченої ради академії.

Автореферат розісланий 07.06. 2003 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Діордієв В.Т.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Досвід експлуатації електрообладнання в сільському
господарстві свідчить: аварійність основного елементу електроприводу – асинхронного двигуна – значна, що завдає сільськогосподарському виробництву додаткові збитки через непередбачене при-пинення роботи цілого ряду технологічно зв’язаного обладнання, недодану продукцію та незаплано-вані ремонти електрообладнання. Щорічно в сільськогосподарському виробництві з ладу виходять 15 – 25 % асинхронних двигунів. Фактичний термін їх безвідмовної роботи складає 20 – 50 % часу, встановленого заводом-виготовлювачем. Велика аварійність асинх-ронних двигунів обумовлена осо-бливостями експлуатації їх в агропромисловому комплексі, до специфічних умов якої слід віднести низьку якість напруги в ме-режі, зокрема, її несиметрію.

Сільські розподільчі мережі 0,38 / 0,22 кВ відзначаються великою довжиною та змішаним підключенням однофазних і трифазних споживачів, тому в них має місце неприпустима несимет-рія напруг; у реальних умовах експлуатації несиметричний режим є звичайним режимом зазначе-них сільських мереж. Аварійність асинхронних двигунів, яка пов’язана з їх роботою при несимет-рії напруг мережі, досягає 45 % від загальної кількості тих, що виходять з ладу. Існуючі пристрої
діагностування та захисту асинхронних двигунів від аварійних режимів мають недостатню експ-луатаційну надійність і не передбачають створення умов для полегшення роботи асинхронних двигунів у аварійних режимах, що свідчить про їх низьку ефек-тивність. Тому дослідження, які спрямовані на вивчення особливостей режимів роботи асинхрон-них двигунів в умовах постійної несиметрії напруг мережі та на розробку пристроїв контролю, ді-агностування і полегшення ре-жиму роботи цих двигунів при несиметрії напруг мережі є актуаль-ною задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Роботу виконано відповідно до плану наукових досліджень Таврійської державної агротех-нічної академії на 2001 – 2005 роки за науково-технічною програмою № 1 “Розробка наукових си-стем, технологій і технічних засобів для забезпечення продовольчої безпеки Південного регіону України” (державний реєстраційний номер 0102V000678): підпрограма 1.10 “Розробка методів і засобів технічного сервісу електроустаткування і економії енергоресурсів”; напрямок 1.10.3 “Розробка методики діагностування електродвигунів”.

Мета і задачі дослідження. Мета дослідження – підвищення експлуатаційної надійності асинхронних електродвигунів із короткозамкнутим ротором шляхом контролю і полегшення їх несиметричних режимів в експлуатаційних умовах сільськогос-подарського виробництва.

Для досягнення цієї мети поставлено наступні задачі дослідження:

1.

2.

3.

4.

Об’єкт дослідження – процес витрати ресурсу ізоляції асинхронних двигунів із коротко-замкнутим ротором при несиметрії напруг мережі і різному завантаженні робочих машин.

Предмет дослідження – закономірності теплового зносу ізоляції обмоток асинхронних двигунів із короткозамкнутим ротором приводу робочих машин при несиметрії напруг мережі та при різному їх завантаженні.

Методи дослідження. Для одержання теоретичних залежностей використано метод симет-ричних складових трифазної системи величин, символічний метод аналізу електричних кіл і ме-тоди дослідження лінійних електричних кіл. Обробку вихідних даних експериментальних дослі-джень здійснено математико-статистичними методами на ЕОМ із використанням
кореляційного методу аналізу.

Наукова новизна одержаних результатів:

1. Розроблено нову математичну модель режимів роботи асинхронного двигуна при несиметрії напруг сільської мережі, яка дозволяє за коефіцієнтом несиметрії напруги по зворотній послі-довності, коефіцієнтом завантаження робочої машини, з урахуванням особливостей електро-приводу оцінювати швидкість теплового зносу ізоляції асинхронного двигуна.

2. Отримано нову математичну модель режимів роботи асинхронного двигуна із короткозамкну-тим ротором при глибокій несиметрії і полегшенні режиму за рахунок об’єднання нульових точок обмотки статора двигуна і джерела живлення на час завершення технологічного процесу.

3. Обґрунтовано граничні значення напруги зворотної послідовності для включення пристроїв, які поліпшують якість електричної енергії мережі або полегшують ре-жим роботи асинхрон-ного двигуна.

4. На основі теоретичних і експериментальних досліджень вперше встановлено зв’язок між швидкістю теплового зносу ізоляції двигуна і коефіцієнтом несиметрії напруги по зворотній послідовності, коефіцієнтом завантаження асинхронного двигуна для робочих машин із різ-ними робочими характеристиками.

5. Розроблено новий пристрій контролю, діагностування, полегшення режиму роботи, сигналіза-ції і захисту групи асинхронних двигунів потокової технологічної лінії при несиметрії напруг мережі, новизна якого підтверджена патентом на винахід № 42932 А (Україна), який видано 15.11.2001 року, та патентом на винахід № 50344 А (Україна), який видано 15.10.2002 року.

Практичне значення отриманих результатів. Полягає в розробці пристрою, що діагностує режими роботи групи асинхронних двигунів при несиметрії напруг мережі за рахунок контролю напруги зворотної послідовності і температури обмотки статора кожного асинхронного двигуна. Він забезпечує включення пристрою, що покра-щує якість електроенергії мережі при досягненні несиметрії напруги по зворотній послідовності обґрунтованого граничного значення, а також включення полегшуючого режиму роботи для кожного двигуна при глибокій несиметрії на час за-вершення технологічного процесу. На базі отриманих математичних моделей розроблені комп’ютерні програми розрахунків параметрів пристроїв діагностування та захисту асинхронних двигунів. Використання діагностуючого пристрою дозволить підвищити експлуата-ційну надій-ність електродвигунів потокової технологічної лінії.

За результатами досліджень розроблено проектно-конструкторську документацію на при-стрій діагностування режимів роботи асинхронного двигуна, виготовлено дослідний зразок, який впроваджений і пройшов виробничі випробування в СВК “Преслав” Приморського району Запорі-зької області.

Особистий внесок здобувача. Особисто автору належать наступні матеріали дисертаційної роботи:

–

–

–

–

У співавторстві розроблено:

–

–

–

–

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати
дисертаційної роботи заслуховувалися і обговорювалися на науково-технічних конференціях про-фесорсько-викладацького складу, аспірантів і студентів (м. Мелітополь, ТДАТА, 1998 – 2002 рр.), міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми енергозабезпечення та енергозбереження в АПК України” (м. Харків, ХДТУСГ, 2000 р.), міжнародній науково-технічній конференції “Енергетика в АПК” (м. Мелітополь, ТДАТА, 2002 р.).

Публікації. Основні положення і результати дисертаційної роботи опубліковано в 10 стат-тях, отримано 2 патенти України.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних джерел (119 найменувань джерел) та 11 додатків. Загальний об’єм роботи складає 209 сторінок машинописного тексту, з них основний зміст роботи складає 148 сторінок. Дисертація містить 25 таблиць, 39 рисунків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, розкрито стан наукової задачі та її значення, сформульовано мету і задачі дослідження, основні положення, що складають наукову новизну і практичне значення роботи.

У першому розділі “Стан питання і задачі дослідження” розглянуто
особливості роботи асинхронних двигунів електроприводу сільськогосподарських машин. Про-аналізовано стан експлуатації цих двигунів у сільськогосподарському виробництві та специфічні умови експлуатації, зокрема, несиметрію напруг сільської мережі, наслідки якої – збільшення втрат електричної енергії, підвищення нагріву, зни-ження експлуатаційної надійності асинхронних двигунів.

Питання впливу несиметрії напруг на режими роботи сільських мереж і окремих її спожива-чів розглянуто в працях Гетьманенка В.М., Грундуліса А.О., Данилова В.М., Корчемного М.О., Левіна М.С., Мартиненка І.І., Мусіна А.М., Овчарова В.В., Рожавського С.М., Тубіса В.Ф. і інших вчених.

Існуючі методи дослідження режимів роботи асинхронних двигунів, як
правило, не враховують залежності їх від несиметрії напруги, завантаження робочих машин та особливостей їх механічних характеристик. За критерії оцінки режимів роботи асинхронних двигунів беруться, як правило, сила струму та температура обмотки, не використовується такий об’єктивний показник, як швидкість витрати ресурсу ізоляції обмоток двигунів.

З аналізу літературних джерел встановлено, що пристрої діагностування
режимів роботи асинхронних двигунів при несиметрії напруг мережі здійснюють контроль струму (максимального, мінімального і нульової послідовності), кута зсуву фаз між споживаними стру-мами, теплової дії струму, напруги (прямої, зворотної і нульової послідовностей) і температури (обмотки статора, сталі статора і корпуса). Існуючі пристрої відключають двигуни під час вико-нання технологічного процесу при досягненні граничного значення контрольованого параметру, що призводить до збільшення експлуатаційних витрат на ліквідацію наслідків аварійного відклю-чення.

Тому при розробці пристроїв діагностування і захисту доцільно передбачити полегшення режиму роботи аварійних двигунів на час завершення технологічного процесу у випадку глибокої несиметрії напруг і при досягненні несиметрії напруг гранично припустимого значення. В роботі поставлена задача дослідити режими роботи асинхронних двигунів при несиметрії напруг мережі з урахуванням коефіцієнта несиметрії напруги по зворотній послідовності, коефіцієнта заванта-ження робочої машини та особливостей електроприводу і розробити удосконалений пристрій.

В другому розділі “Розробка математичної моделі режимів роботи асинхронного двигуна при несиметрії напруг мережі” теоретично обґрунтовано математичну модель режимів роботи асинхронних двигунів при несиметрії напруг мережі в сталому режимі і різних завантаженнях та механічних характеристиках робочих машин.

За параметр, що характеризує витрату ресурсу ізоляції асинхронного
двигуна, прийнято швидкість теплового зносу ізоляції:

, (1)

де ен – номінальна швидкість теплового зносу ізоляції, бгод/год.(дорівнює 1 базовій годині ресурсу ізоляції за 1 годину роботи);

В – параметр, що характеризує клас ізоляції, К;

н –абсолютна номінальна стала температура обмотки статора, К;

у –абсолютна фактична стала температура обмотки статора, К.

Абсолютна фактична стала температура обмотки статора:

, (2)

де фу – стале перевищення температури обмотки над температурою навколишнього середовища,С;

ср – температура навколишнього середовища,С.

Стале перевищення температури обмотки статора:

, (3)

де фн – номінальне перевищення температури обмотки статора, С;

а – коефіцієнт втрат потужності;

ki – кратність сили струму відносно номінального значення;

б – температурний коефіцієнт опору матеріалу обмотки статора, 1/С.

При визначенні залежності фазних струмів досліджуваного асинхронного двигуна від неси-метрії напруг мережі проаналізовано електричне коло, яке складається з джерела симетричної трифазної електрорушійної сили, симетричної лінії електропередачі (ЛЕП) з опорами ZлА , ZлВ , ZлС та несиметричного навантаження з фазними опорами Zа , Zв , Zс: статичного навантаження (неси-метричного побутового) і симетричного трифазного навантаження (досліджуваний і інші асинх-ронні двигуни).

Несиметрія напруг у споживача залежить від несиметрії струмів ЛЕП, яка з’єднує даний споживач із джерелом живлення. У досліджуваному колі проведено еквівалентне перетворення:

–

–

Розрахункова схема після еквівалентного перетворення кола показана на рис.1. Введено на-ступні позначення:

; ; ; (4)

; ; , (5)

де Zад, Zвд, Zсд – комплекси повних фазних опо-рів досліджуваного двигуна, Ом.

Опори несиметричної еквівалентної ЛЕП у залежності від несиметрії напруг мережі ви-зна-чаються наступним чином:

ZелА = ; ZелВ = ; ZелС = . (6)

Використавши метод симетричних складових і розклавши напруги Aa, Bb, Cc на симет-ричні складові 1, 2, 0, прийнявши фазу А за основну для розрахункових схем прямої, зворо-тної і нульової послідовностей кола, складено систему рівнянь:

;

;

1+ 2 + 0 = ZелА ( 1 + 2);

а21+ а2 + 0 = ZелВ (а2 1 + а2);

а 1+ а22 + 0 = ZелС (а 1 + а22),

де – комплекс ЕРС фази джерела живлення, яка прийнята рівною за модулем номіналь-ній фазній напрузі асинхронного двигуна, В;

Z1, Z2 – повні опори обмоток асинхронного двигуна прямої й зворотної послідовностей, Ом;

а – фазний множник.

Визначивши із системи рівнянь (7) струми прямої 1 і зворотної 2 послідовностей, а також напруги прямої 1, зворотної 2 і нульової 0 послідовностей, знайдено сили фазних струмів ,, асинхронного двигуна:

= ; = ; = . (8)

При несиметрії напруг мережі фазні струми асинхронного двигуна різні,
тому використано середньоквадратичне значення фазного струму:

Iс.ф. = = , (9)

де Ii – сила струму у i-ій фазі двигуна, А;

n – кількість фаз.

Аналіз системи рівнянь (7) показав, що струми у фазах асинхронного двигуна залежать від несиметрії напруг мережі (симетричних складових напруг прямої U1 і зворотної U2 послідовнос-тей) і повних опорів обмоток (прямої і зворотної послідовностей), тобто:

I =f ( U1 , U2 , Z1 , Z2). (10)

У загальному випадку для обертових машин Z1 > Z2. Використавши параметри спрощеної Г-образної схеми заміщення, комплекси повних опорів струмам прямої й зворотної послідовностей визначено таким чином:

; , (11)

де Zm = r1 + j(х1 + хм); Zѕ = r1? + jх1' ; Zr1 = r2?/s + jх2? ; Zr2 = r2?/(2 - s) + jх2? . (12)

Повні опори фаз асинхронного двигуна є функцією ковзання s. Для визначення залежності ковзання від несиметрії напруг мережі прийнято:

М = М1 – М2; (13)

М = Мс, (14)

де М1, М2 – моменти, що залежать від напруг прямої Uґ1 і зворотної Uґ2

послідовностей, які прикладені до обмоток двигуна, Нм;

Мс – момент опору робочої машини, Нм.

Напруги прямої Uґ1 і зворотної Uґ2 послідовностей мережі, а також коефіцієнт несиметрії напруги по зворотній послідовності визначено так:

ґ1 =1/3( ab+a bc+a2 ca) ; (15)

ґ2 =1/3( ab+a2 bc+a ca) ; (16)

кU2%= (U2' /Uнл )100, (17)

де ab, bc, ca – комплекси лінійних напруг мережі, В;

Uнл – номінальна лінійна напруга мережі, В.

Рівняння системи “робоча машина – асинхронний двигун” має вигляд:

М1 – М2 , (18)

де М0 – момент опору тертя частин робочої машини, Нм;

Мс.н – номінальній момент опору робочої машини, Нм;

sн – номінальне ковзання;

kз – коефіцієнт завантаження;

х – коефіцієнт, що характеризує механічну характеристику
робочої машини.

Таким чином:

s = f (U1 , U2 , М0 , Мс.н., sн , х). (19)

Для дослідження залежності (19) було лініаризовано робочі ділянки механічних характерис-тик: 1) при номінальній напрузі мережі; 2) при симетричній складовій напруги прямої послідовно-сті; 3) при симетричній складовій напруги зворотної послідо-вності (рис.2) і визначено моменти М1 і М2 :

; (20)

М2 = МП2 (щ 0 – щ) / щ 0 = МП2 s, (21)

де . (22)

Одержано такі рівняння ковзання у фун-кції несиметрії напруг мережі і коефіцієнта заванта-ження робочої машини:

при

х = 0:

; (23)

х = 1:

; (24)

х = 2:

s1, 2 = , (25)

де d = ; в = ; с = ;

; ; ; ; . (26)

Швидкість теплового зносу ізоляції асинхронного двигуна в сталому режимі роботи зале-жить від несиметрії напруг мережі, технічних даних двигуна і робочої машини, коефіцієнта заван-таження робочої машини, виду її механічної характеристики, температури навколишнього середо-вища. Таким чином:

е = (Uґ1, Uґ2, B, Ин , ср , фн , а , , r'1, r2?, x1', x2?, sн , sк , кз , М0, Мс.н., х). (27)

Отримано залежності Iс.ф. = f(кU2%, кз) і е = f(?U2%, кз) для асинхронного двигуна 4А90L4У3 (рис.3).

Аналіз залежностей показав, що швидкість теплового зносу ізоляції асинхронного двигуна залежить від механічної характеристики робочої машини, коефіцієнту не-симетрії напруги по зво-ротній послідовності та коефіцієнту завантаження робочої машини. На-приклад, гранично припус-тиме значення коефіцієнта несиметрії напруги по зворотній послідовно-сті для досліджуваного асинхронного двигуна дорівнює 6 %, якщо він працює з коефіцієнтом за-вантаження 0,8.

Розроблено також математичну модель теплових процесів в асинхронному двигуні при гли-бокій несиметрії напруг і різному завантаженні робочої машини в залежності від її механічної ха-рактеристики. У випадку глибокої несиметрії напруг мережі (обриву проводу ЛЕП) ковзання дви-гуна залежить від кратності напруг прямої u1, зворотної u2 послідовностей, коефіцієнта заванта-ження кз та технічних даних двигуна (кратності максимального моменту mк, критичного ковзання sк , номінального ковзання sн при номінальних напрузі і циклічній частоті).

Ковзання двигуна при даному режимі роботи визначено, використавши метод ітерацій, за формулою:

. (28)

Прийнявши А = 1 + 2 = 0 для системи рівнянь (7), визначено сили
фазних струмів асинхронного двигуна при глибокій несиметрії напруг мережі:

; . (29)

Таким чином, при глибокій несиметрії напруг мережі для еквівалентного
кола (рис.1) сила струмів прямої і зворотної послідовностей, а також сила фазних струмів двигуна в неушкоджених фазах рівні за модулем. Це призводить до
зниження обертаючого моменту і зростання сили фазних струмів, що супроводжується підвище-ним нагріванням обмоток і підвищеним тепловим зносом ізоляції асинхронного двигуна (рис.4).

У третьому розділі “Аналіз режиму роботи асинхронного двигуна при глибокій несиме-трії напруг мережі і з’єднанні нульових точок джерела живлення і обмотки статора” проана-лізовано зміну сили середньоквадратичних фазних струмів і швидкості теплового зносу ізоляції двигуна при роботі в даному режимі в порівнянні з режимом роботи двигуна при глибокій несиме-трії з ізольованою нульовою точкою.

При глибокій несиметрії напруг мережі і з’єднанні нульових точок джерела живлення і об-мотки статора одночасно із симетричними складовими струмів прямої і зворотної послідовностей є складові струмів нульової послідовності, що викликають появу пульсуючого магнітного поля. Комплекс повного опору нульової послідовності двигуна визначено таким рівнянням:

Z0 = r1'+ k(jx1' + jx2?), (30)

де k – коефіцієнт, що враховує взаємний індуктивний зв’язок обмоток статора.

Ковзання при даному режимі роботи, використавши метод ітерацій, знайдено за рівнянням:

. (31)

Для визначення симетричних складових фазних струмів складено систему
рівнянь:

; ;

; (32)

= ZелВ( ; = ZелС( ; .

Вирішив систему рівнянь відносно 1, 2, 0, знайдено комплекси фазних струмів , і :

= + = 0; = + ; = + ; (33)

= . (34)

На рис.4 приведено порівняння графічних залежностей Iс.ф = f (кU,, кз) і
е = f (кU, кз) асинхронного двигуна 4А90L4У3 при глибокій несиметрії напруг
мережі з ізольованою нульовою точкою і при з’єднанні нульових точок обмотки статора і джерела живлення (де кU – відношення лінійної напруги відносно номінального значення).

Встановлено, що сила фазних струмів при глибокій несиметрії і з’єднанні
нульових точок джерела живлення і обмотки статора двигуна при коефіцієнтах завантаження кз = 0,4 – 0,6 зменшується в порівнянні зі струмами в аналогічному режимі роботи двигуна з ізольова-ною нульовою точкою на 12 – 18 %. Відповідно знижується швидкість теплового зносу ізоляції обмотки статора на 40 – 60 %. Тому режим роботи асинхронного двигуна при глибокій несиметрії і об’єднанні нульових точок обмотки статора та джерела живлення при порівнянні з аналогічним його режимом роботи з ізо-льованою нульовою точкою є більш сприятливим для досліджуваного асинхронного двигуна з то-чки зору витрати ресурсу ізоляції.

У четвертому розділі “Експериментальне дослідження режимів роботи асинхронного двигуна при несиметрії напруг мережі” викладено програму дослідження, якою передбачено експериментальне дослідження впливу коефіцієнта завантаження і напруги на швидкість тепло-вого зносу ізоляції асинхронного двигуна при роботі в наступних режимах: несиметричному пов-нофазному, при глибокій несиметрії в автономному режимі, а також при глибокій несиметрії і з’єднанні нульових точок обмотки статора і джерела живлення;

Дослідження режимів роботи асинхронного двигуна типа 4А90L4У3 проведено на установці, що складалася із силового трансформатора, генератора постійного струму, що виконував функцію робочої машини, досліджуваного двигуна, вимірювальних приладів, а також споживачів електри-чної енергії: освітлювальної установки і нагрівальних елементів.

Розроблено методику дослідження режимів роботи асинхронного двигуна:

–

–

–

При опрацюванні результатів досліджень проведена статистична оцінка отриманих результа-тів. В підсумку виявлено наступне: коефіцієнт варіації середньоквадратичного значення сили фаз-ного струму для досліджуваного двигуна не перевищує 1,9 %, а швидкості теплового зносу ізоля-ції не більш 4,92 %.

Ряди розподілу швидкості теплового зносу ізоляції і середньоквадратичних значень сили фа-зного струму при зміні кU2% і кз для асинхронного двигуна є майже симетричними (As < 0,385 для швидкості теплового зносу ізоляції і As < 0,371 для середньоквадратичного значення сили фазного струму, де As – коефіцієнт асиметрії), розподіл за формою близький до нормального.

Дослідження зв’язків між швидкістю теплового зносу ізоляції, коефіцієнтом завантаження асинхронного двигуна і коефіцієнтом несиметрії напруги по зворотній послідовності виявило на-явність сильного позитивного кореляційного зв’язку, що підтверджено кореляційними відношен-нями з = 0,94 – 0,97.

Порівняння теоретичних і експериментальних залежностей Iс.ф. = f (кU , кз) при глибокій не-симетрії напруг мережі представлено на рис.5.

Аналіз залежностей (рис.3, 5) показав адекватність математичних моделей режимів роботи асинхронного двигуна при несиметрії напруг мережі та при полегшенні його режиму роботи при глибокій несиметрії реальним режимам (відхилення даних експериментальних досліджень від тео-ретичних не перевищує 5 %).

У п’ятому розділі “Розробка пристрою контролю, діагностування та захисту групи аси-нхронних двигунів” за результатами теоретичних і експериментальних дослі-джень про вплив не-симетрії напруг мережі і коефіцієнта завантаження робочої машина на швид-кість теплового зносу ізоляції асинхронного двигуна, зокрема, на температуру його обмотки, роз-роблено технічні ви-моги до пристрою контролю, діагностування режимів роботи і захисту групи асинхронних двигу-нів:

–

–

–

–

–

Блок-схема пристрою діагностування, що дозволяє контролювати режим роботи чотирьох двигунів, показана на рис.6.

Датчик контролю анормального режиму роботи асинхронного двигуна – аналог лямбда-діода, який складається з комплементарної пари польових транзис-торів із каналами р- і n-типів, включених за схемою з об’єднаними витоками (рис.7).

Проведено дослідження вольт-амперних характе-ристик (ВАХ) аналога лямбда-діоду, які показали мож-ливість зміни його ВАХ у широких межах за рахунок підключення затворів польових транзисторів до резис-тивних дільників напруги та зміни напруги Uз2 на затворі польового транзистора VT2, який приєд-наний до вихідного затискача фільтру на-пруги зворотної послідовності, що здійснює контроль не-симетрії напруг на асинхронному двигуні. Підбором параметрів резисторів R1 – R4 формується необхідна ВАХ аналога лямбда-діода, що за-безпечує необхідну температуру спрацьовування при-строю. Первинними перетворювачами тем-ператури в датчику анормальних режимів є позистори, встановлені в обмотці асинхронного дви-гуна. Датчики контролю
анормального режиму роботи, які встановлюються на асинхронних двигунах потокової технологі-чної лінії та приєднуються до пристрою за допомогою одного загального про-воду.

Проведено оцінку показників надійності пристрою діагностування: імовірність безвідмовної роботи пристрою складає 0,986, середній час безвідмовної роботи стано-вить 17 500 год.

Виробничі випробування пристрою діагностування проведено на технологічній лінії змішу-вання кормів СКО-Ф-3 у кормоцеху СВК “Преслав” Приморського району Запорізької області. Річ-ний економічний ефект від використання пристрою діагностування режимів роботи на лінії СКО-Ф-3 склав 107 грн., згідно з техніко-економічними розрахунками термін окупності капітальних вкладень становить 1,7 року.

ВИСНОВКИ

1. В результаті аналізу методів і засобів діагностування асинхронних двигунів встановлено, що існуючі технічні засоби не дозволяють об’єктивно оцінювати режими роботи двигунів при не-симетрії напруг мережі. На основі проведених в роботі теоретичних і екс-периментальних дослі-джень зазначених режимів роботи, в тому числі і при їх полегшенні, запро-поновано новий метод і пристрій діагностування та полегшення режимів роботи асинхронних дви-гунів.

2. Отримано математичну модель теплових процесів в асинхронному двигуні з короткозам-кнутим ротором при несиметрії напруг мережі, при різному завантаженні ро-бочих машин у залеж-ності від їх механічних характеристик. Встановлено, що витрата ресурсу ізо-ляції асинхронного двигуна перевищує номінальні значення при коефіцієнті несиметрії напруги по зворотній послідо-вності рівним 6 % і більше, при коефіцієнті завантаження робочої машини 0,8 і вище.

3. Отримано математичну модель теплових процесів в асинхронному двигуні з короткозам-кнутим ротором при глибокій несиметрії напруг мережі при різному завантаженні робочих машин у залежності від їх механічних характеристик. Встановлено, що при цьому витрата ресурсу ізоля-ції перевищує номінальне значення при коефіцієнті завантаження 0,4 і вище.

4. Отримано математичну модель теплових процесів в асинхронному двигуні з короткозам-кнутим ротором при глибокій несиметрії напруг мережі і з’єднанні нульової точки обмотки ста-тора двигуна з нульовою точкою джерела живлення. Встановлено, що в цьому випадку витрата ресурсу ізоляції зменшується на 60 % в порівнянні з аналогічним режимом при ізольованій нульо-вій точці обмотки статора двигуна (при коефіцієнті завантаження 0,4).

5. Експериментальні дослідження показали адекватність математичних моделей режимів роботи асинхронного двигуна при несиметрії напруг мережі та при полегшенні його режиму ро-боти при глибокій несиметрії реальним режимам (відхилення даних експериментальних дослі-джень від теоретичних не перевищує 5 %)

6. Розроблено пристрій контролю, діагностування, полегшення режимів роботи і захисту асинхронних двигунів потокової технологічної лінії при несиметрії напруг мережі.

7. Дослідження і експериментальні випробування пристрою діагностування режимів роботи асинхронних двигунів довели, що імовірність безвідмовної роботи пристрою складає 0,986, серед-ній час безвідмовної роботи становить 17 500 годин.

8. Річний економічний ефект від впровадження пристрою діагностування режимів роботи електродвигунів лінії змішування кормів СКО-Ф-3 складає 107 грн., термін окупності капіталовк-ладень дорівнює 1,7 року.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

АНОТАЦІЯ

Попова І.О. Контроль режимів роботи асинхронних двигунів при
несиметрії напруг мережі. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.16 – електротехнології та електрообладнання в агропромисловому комплексі. – Таврійська державна агротехнічна академія, Мелітополь, 2003.

Робота присвячена підвищенню експлуатаційної надійності асинхронних двигунів при не-симетрії напруги сільської мережі. Розроблено математичну модель режимів роботи асинхронного двигуна при несиметрії напруг сільської мережі, яка дозволяє за коефіцієнтом несиметрії напруги по зворотній послідовності, коефіцієнтом завантаження робочої машини, з урахуванням особливо-стей електроприводу оцінювати швидкість теплового зносу ізоляції асинхронного двигуна. Одер-жано математичну модель режимів роботи асинхронного двигуна при глибокій несиметрії і по-легшенні режиму за рахунок об’єднання нульових точок обмотки статора двигуна і джерела жив-лення на час завершення технологічного процесу. Запропоновано пристрій, що діагностує режими роботи групи асинхронних двигунів при несиметрії напруг мережі за рахунок контролю напруги зворотної послідовності і температури обмотки статора кожного асинхронного двигуна. Він забез-печує включення симетруючого пристрою при досягненні несиметрії напруги по зворотній послі-довності обґрунтованого граничного значення, а також включення полегшуючого режиму роботи для кожного двигуна при глибокій несиметрії на час завершення технологічного процесу. Викори-стання діагностуючого пристрою дозволяє зменшити швидкість теплового зносу ізоляції асинх-ронних двигунів потокової технологічної лінії, які працюють при несиметрії напруги мережі та підвищити їх термін використання.

Ключові слова – витрата ресурсу ізоляції, тепловий знос ізоляції, асинхронний двигун, не-симетрія напруг мережі, коефіцієнт напруги по зворотній послідовності, симетрична складова напруги, сила струму, пристрій діагностування режимів роботи.

АННОТАЦИЯ

Попова И.А. Контроль режимов работы асинхронных двигателей при несимметрии напряжений сети. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.16 – электротехнологии и электрооборудование в агропро-мышленном комплексе. – Тавриче-ская государственная агротехническая акаде-мия, Мелитополь, 2003.

Работа посвящена повышению эксплуатационной надежности асинхронных двигателей, работающих в условиях несимметрии напряжения сельских сетей. На основе анализа методов ис-следования режимов работы асинхронных двигателей, обобщения и классификации существую-щих устройств диагностирования и защиты их при несимметрии напряжений сети поставлена за-дача исследования режимов работы асинхронных двигателей при несимметрии напряжений сети и сформулированы требования к устройству контроля, диагностирования, облегче-ния режима ра-боты и защиты группы двигателей поточной технологической ли-нии.

Разработана математическая модель скорости расхода ресурса изоляции асинхронного дви-гателя при несимметрии напряжений сети и разной загрузке рабочих машин в зависимости от их механических характеристик. Установлено, что скорость теплового износа изоляции асинхронного двигателя превышает номинальное значение, если коэффициент несимметрии напряжения по об-ратной последовательности больше 6 % при коэффициенте загрузки рабочей машины 0,8 и выше.

Установлено, что при глубокой несимметрии напряжений сети скорость расхода ресурса изоляции асинхронного двигателя превышает номинальное значение при коэффициенте загрузки 0,4 и выше.

Получена математическая модель тепловых процессов в асинхронном дви-гателе с коротко-замкнутым ротором при глубокой несимметрии напряжений сети и соединении нулевой точки об-мотки статора асинхронного двигателя с нулевой точкой источника питания. Ус-тановлено, что в этом случае при одном и том же коэффициенте загрузки (кз = 0,4) скорость теплового износа изо-ляции асинхронного двигателя уменьшается на 60 % по сравнению с аналогич-ным режимом и изолированной нулевой точкой обмотки статора.

Экспериментальными исследованиями подтверждена адекватность полученных математи-ческих моделей реальным режимам (отклонение экспериментальных данных от теоретических не превышает 5 %).

Обоснованы технические требования к устройству контроля, диагностирова-ния, сигнализа-ции, включения облегчающего режима на время завершения технологического процесса и защиты группы двигателей поточной технологической линии при несимметрии напряжений сети. Разрабо-таны блоки устройства диагностирования, а также датчик анормального режима и исполнитель-ный орган для включения облегчающего режима асинхронного двигателя при глубокой несиммет-рии напряжения сети.

В качестве датчика анормальных режимов использован аналог лямбда-диода, который со-стоит из комплементарной пары полевых транзисторов с каналами р- и n-типов, включенных по схеме с объединенными истоками, вольт-амперная характеристика которого формируется подбо-ром параметров резистивного делителя напряжения и напряжением на затворе одного из полевых транзисторов.

Производственные испытания устройства диагностирования проведены на асинхронных двигателях линии смешивания кормов СКО-Ф-3 в кормоцехе СПК “Преслав” Приморского района Запорожской области. Вероятность безотказной работы устройства – 0,986. Среднее время безот-казной работы – 17 500 ч.

Применение данного устройства позволяет повысить эксплуатационную надёжность асин-хронных двигателей поточной технологической линии, работающих при несимметрии напряже-ний сети.

Ключевые слова – расход ресурса изоляции, тепловой износ изоляции, асин-хронный двига-тель, несимметрия напряжения, коэффициент напряжений по об-ратной последовательности, симметричная составляющая напряжения, сила тока, устройство диагностирования режимов работы.

SUMMARY

Popova I.A. The control of the operation modes of induction motors under voltage asymmetry in electrical grid. – Manuscript.

Thesis for a candidate of technical science degree in specialty 05.09.16 – electrotechnology and electric equipment in agriculture. – Tavria State Agritechnical Academy, Melitopol, 2003.

The work is devoted to the increase of operational reliability of induction motors at village grid voltage asymmetry. The mathematical model of operation modes for induction motor is developed at village grid voltage asymmetry , which allows to estimate speed of the thermal deterioration of the in-tion motor isolation on the factor of a voltage asymmetry on a return sequence, the factor of loading of the working machine, in view of features of the electric drive. The mathematical model of operation modes of induction motor is received at deep asymmetry and facilitating mode at the expense of associa-tion of zero points of a winding stator of motor and power supply on time for end of technological procThe device which diagnoses thef operation modes for the induction motor group of a grid asymme-try at the expense of the control of a voltage of return sequence and temperature of a winding stator of each induction motor is offered. It provides the inclusion of the is offered symmetrical is offered at achieve-ment of