Нехаева Мария Александровна
«Исследование влияния параметров режима работы асинхронного двигателя и питающей сети на его нагрев»
Содержание
Автореферат
Введение
Мощные
асинхронные двигатели (АД) с короткозамкнутым ротором работают в длительных режимах с пусками или с
групповыми самозапусками. В таких режимах возникают вопросы определения допустимого числа пусков или
самозапусков АД из условия нагрева обмоток, особенно в режимах, в которых происходит снижение напряжения
на зажимах АД во время пуска. Существующие методы расчета нагрева обмоток для таких режимов недостаточно
отработаны. Актуальной является задача определения влияния различных особенностей нагрузки АД на их
нагрев.
Вопрос точного нагрева обмоток АД является сложной задачей.
Нагрев обмотки статора и ротора в длительном режиме S1 зависит от многих факторов:
1. От величины потерь в обмотках статора и ротора, в сердечниках статора и ротора, дополнительных потерь;
2. От размеров (диаметров и длин) сердечников и размеров обмоток (количества и размеров пазов)
статора и ротора;
3. Коэффициентов теплопроводности материалов обмоток, изоляции, сердечников и корпуса;
4. От размеров и эффективности параметров системы охлаждения (в обдуваемых двигателях – типа и
размеров внешнего вентилятора и вентиляционной сетки, количества и размеров охлаждающих ребер на
корпусе двигателя и т.п.), что определяет эффективность теплоотдачи с охлаждаемых поверхностей.
В пусковых режимах нагрев АД дополнительно зависит от
длительности пуска, кратности пусковых токов и их изменения во времени на протяжении пуска;
продолжительность пуска зависит от величины напряжения на зажимах АД в каждый момент пуска, что в
свою очередь зависит от параметров системы электроснабжения.
Учитывая, что продолжительность жизни изоляции в большой
степени зависит от уровня нагрева обмотки статора, актуальными являются проблемы повышения точности
расчетов нагрева АД и дальнейшего изучения особенностей взаимного влияния параметров двигателя на
параметры питающей сети и наоборот в процессе работы.
Целью работы является определение расчетно-теоретическими
методами влияния отклонения параметров режимов работы закрытого АД на его нагрев в заданных режимах.
При этом решить следующие задачи:
1) При работе закрытого АД в кратковременном режиме – разработать математическую модель определения
допустимой токовой нагрузки в случае запуска не полностью охлажденного двигателя, а также при
переменной величине нагрузки;
2) При работе группы мощных АД в промышленном производстве – разработать основные положения
математической модели нагрева группы АД в пусковом режиме работы, а также в режимах самозапуска.
Научная новизна:
- будут разработаны алгоритмы определения допустимой по условиям нагрева токовой нагрузки закрытого
АД с начальным нагревом, при запусках через заданный интервал времени, а также при переменной
величине нагрузки;
- будет определено влияние параметров повторно-кратковременных режимов (S4) на допустимую полезную мощность;
- будут разработаны основные положения математической модели нагрева группы АД при отключении напряжения во
время работы в номинальном режиме, при подаче напряжения и самозапуске.
Вопрос точного нагрева обмоток АД является сложной задачей. Нагрев обмотки статора и ротора в длительном режиме S1 зависит от многих факторов:
1. От величины потерь в обмотках статора и ротора, в сердечниках статора и ротора, дополнительных потерь;
2. От размеров (диаметров и длин) сердечников и размеров обмоток (количества и размеров пазов) статора и ротора;
3. Коэффициентов теплопроводности материалов обмоток, изоляции, сердечников и корпуса;
4. От размеров и эффективности параметров системы охлаждения (в обдуваемых двигателях – типа и размеров внешнего вентилятора и вентиляционной сетки, количества и размеров охлаждающих ребер на корпусе двигателя и т.п.), что определяет эффективность теплоотдачи с охлаждаемых поверхностей.
В пусковых режимах нагрев АД дополнительно зависит от длительности пуска, кратности пусковых токов и их изменения во времени на протяжении пуска; продолжительность пуска зависит от величины напряжения на зажимах АД в каждый момент пуска, что в свою очередь зависит от параметров системы электроснабжения.
Учитывая, что продолжительность жизни изоляции в большой степени зависит от уровня нагрева обмотки статора, актуальными являются проблемы повышения точности расчетов нагрева АД и дальнейшего изучения особенностей взаимного влияния параметров двигателя на параметры питающей сети и наоборот в процессе работы.
При этом решить следующие задачи:
1) При работе закрытого АД в кратковременном режиме – разработать математическую модель определения допустимой токовой нагрузки в случае запуска не полностью охлажденного двигателя, а также при переменной величине нагрузки;
2) При работе группы мощных АД в промышленном производстве – разработать основные положения математической модели нагрева группы АД в пусковом режиме работы, а также в режимах самозапуска.
- будут разработаны алгоритмы определения допустимой по условиям нагрева токовой нагрузки закрытого АД с начальным нагревом, при запусках через заданный интервал времени, а также при переменной величине нагрузки;
- будет определено влияние параметров повторно-кратковременных режимов (S4) на допустимую полезную мощность;
- будут разработаны основные положения математической модели нагрева группы АД при отключении напряжения во время работы в номинальном режиме, при подаче напряжения и самозапуске.
Содержание работы
В
глубокопазных роторах во время переходного процесса пуска превышение температур разных участков по
высоте стержня резко изменяется из-за неравномерной плотности потерь. Поэтому целесообразно разделить
время пуска на ряд интервалов, в пределах каждого из которых электромагнитные параметры и плотность потерь
в обмотках могут быть представлены их средними значениями. Это позволит рассчитывать нагрев обмотки ротора
на каждом интервале с усредненными значениями параметров схем замещения.
Расчет начинается с вычисления среднего значения тока статора
и потерь энергии, которые выделяются в обмотке ротора на данном интервале скольжения.
Токовую характеристику рассчитывают по формуле:
,
где 
- ток холостого хода;
- угловая частота роторного тока;
- критическая угловая частота (критическое скольжение).
При 
токовую характеристику рассчитывают по
эмпирическим зависимостям.
Время пуска, с:
;
где 
- момент инерции оборотных масс;
- угловая частота вращения;
- номинальное и текущее значения момента двигателя;
- текущее значения момента сопротивления.
Общее количество тепла, выделившееся в обмотке ротра за пуск, Вт-с:
,
Принимая на каждом интервале скольжения 
значения
моментов 
и 
равными их средним значениям, выполним расчет заменой
интегралов суммами.
В начале вычисляются коэффициенты:
При фиксированных значениях величины скольжения от 1 до
(для двигателей мощностью 
кВт при 
целесообразно выбирать 
). При этом моментная характеристика задается с
учетом реального изменения напряжения на зажимах двигателя при пуске. Тогда:
где 
- число интервалов скольжения 
;
- коэффициент пропорциональности 
.
Общее количество тепла в обмотке статора за пуск, Вт-с:
где 
- диаметр круговой диаграммы;
- сопротивления обмотки статора и ротора приведенное.
Интервал времени, на протяжении которого скольжение
изменяется на , с:
Время пуска, с:
Средний квадрат тока на i-ом интервале скольжения, о.е.:
Коеффициенты пропорциональности потерь, о.е.:
Количество тепла, которое выделилось в обмотках за
интервал времени 
(при расчете принимается допущение, что активные сопротивления
обмоток остаются постоянными, равными средним значениям за время пуска):
- в обмотке ротора, Вт с:
- в обмотке статора, Вт с:
Далее будет проведен расчет распределения потерь
по высоте стержня ротора и по узлам схемы замещения.
Расчет начинается с вычисления среднего значения тока статора и потерь энергии, которые выделяются в обмотке ротора на данном интервале скольжения.
Токовую характеристику рассчитывают по формуле:
,где
- ток холостого хода;- угловая частота роторного тока;- критическая угловая частота (критическое скольжение).
При
токовую характеристику рассчитывают по
эмпирическим зависимостям.Время пуска, с:
; где
- момент инерции оборотных масс; - угловая частота вращения; - номинальное и текущее значения момента двигателя; - текущее значения момента сопротивления.Общее количество тепла, выделившееся в обмотке ротра за пуск, Вт-с:
,Принимая на каждом интервале скольжения
значения
моментов и равными их средним значениям, выполним расчет заменой
интегралов суммами.В начале вычисляются коэффициенты:
При фиксированных значениях величины скольжения от 1 до
(для двигателей мощностью кВт при
целесообразно выбирать ). При этом моментная характеристика задается с
учетом реального изменения напряжения на зажимах двигателя при пуске. Тогда:где
- число интервалов скольжения ;- коэффициент пропорциональности .Общее количество тепла в обмотке статора за пуск, Вт-с:
где
- диаметр круговой диаграммы; - сопротивления обмотки статора и ротора приведенное.Интервал времени, на протяжении которого скольжение изменяется на
, с:Время пуска, с:
Средний квадрат тока на i-ом интервале скольжения, о.е.:
Коеффициенты пропорциональности потерь, о.е.:
Количество тепла, которое выделилось в обмотках за интервал времени
(при расчете принимается допущение, что активные сопротивления
обмоток остаются постоянными, равными средним значениям за время пуска):- в обмотке ротора, Вт с:
- в обмотке статора, Вт с:
Далее будет проведен расчет распределения потерь по высоте стержня ротора и по узлам схемы замещения.
Заключение
Полученные и планируемые результаты
В результате проведенной работы ожидается найти решение
актуальных вопросов повышения точности расчета нагрева обмоток мощных АД с короткозамкнутыми роторами в
пусковых режимах и в режимах самозапуска группы двигателей, что при внедрении в существенной мере повысит
надежность и долговечность АД, работающих в электроприводах промышленных предприятий.
Основные результаты и выводы
Разработана комплексная методика расчета нагрева обмоток
АД в пусковом режиме, которая позволяет рассчитывать как величину напряжения на зажимах двигателя и
переменную температуру обмоток. При этом величины пусковых потерь в обмотках определяются с учетом реальных
величин момента двигателя в процессе разгона в зависимости от переменной величины напряжения.
Литература
1. Бурковский А.Н., Титкова Т.О., Канашенкова Т.П., Макеев В.В. Определение допустимого тока статора
взрывозащищенных асинхронных двигателей серии В, ВР в кратковременных режимах работы. //Электротехническая
промышленность. Серия «Электрические машины». Вып. 7 (89). 1978г. – с. 5-7.
2. Бурковский А.Н., Макеев В.В. Исследование и аппроксимация кривых нагрева обмоток статора взрывозащищенных
асинхронных двигателей в режимах S1, S2. //Техническая электродинамика. – 1982. №3 – с. 8-14.
3. Бурковский А. Н. Определение полезной мощности обдуваемых взрывозащищенных асинхронных двигателей в
нестандартных кратко- временных режимах. Взрывозащищенное электрооборудование: сборник научных трудов
УкрНИИВЭ. - Донецк, 1999. - с. 30-33.
4. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. – М.: Энергия, 1975. – 486 с.
5. Бурковский А.Н., Кублицкая Т.В., Родионенко Г.Я. Расчет нагрева обмоток глубокопазного асинхронного двигателя
в пусковом режиме // Техническая электродинамика. . -1984. №2 - с. 80-86.
6. Бурковский А.Н., Родионенко Г.Я., Паращенко Т.О. Вопросы тепловых расчетов взрывозащищенных асинхронных
двигателей в различных режимах работы. // Взрывозащищенное электрооборудование: Труды ВНИИВЭ. – Донецк:
ВНИИВЭ. – 1976. №. 12 – с. 15-21.
В результате проведенной работы ожидается найти решение актуальных вопросов повышения точности расчета нагрева обмоток мощных АД с короткозамкнутыми роторами в пусковых режимах и в режимах самозапуска группы двигателей, что при внедрении в существенной мере повысит надежность и долговечность АД, работающих в электроприводах промышленных предприятий.
Разработана комплексная методика расчета нагрева обмоток АД в пусковом режиме, которая позволяет рассчитывать как величину напряжения на зажимах двигателя и переменную температуру обмоток. При этом величины пусковых потерь в обмотках определяются с учетом реальных величин момента двигателя в процессе разгона в зависимости от переменной величины напряжения.