Автор: Мартынюк Л.В., Маренич К.Н.
Источник: Автоматизація технологічних об’єктів та процесів. Пошук молодих. Збірник наукових праць ХІІ науково-технічної конференції аспірантів та студентів в м. Донецьку 17–20 травня 2012 р.–Донецьк, ДонНТУ, 2012.–300 c.
Мартынюк Л.В., Маренич К.Н. Исследование возможности электропоражающего фактора отключенной обмотки двухскоростного асинхронного двигателя при его эксплуатации в шахтной электросети. Проанализирована работа двухскоростного асинхронного двигателя в трехфазной электросети. Рассмотрена ситуация работы скребкового конвейера при номинальной скорости. Учтено наличие активных и емкостных проводимостей изоляции гибкого кабеля. Промоделирована усовершенствованная схема компьютерной модели исследования тока утечки на землю в отключенной обмотке пониженной скорости двухскоростного АД. Сделаны соответствующие выводы.
Двухскоростной асинхронный двигатель (АД) применяется в составе различных технологических установок. В горной промышленности такие двигатели используются в электроприводе скребковых конвейеров (СК). Что позволяет получать два уровня фиксированной скорости (номинальную и пониженную). Номинальная скорость применяется в нормальном режиме работы СК, а пониженная скорость необходима для доставочных операций.
Наличие двух статорных обмоток с разным числом полюсов на одном магнитопроводе АД создает предпосылки появления трансформаторного эффекта при включении одной из обмоток, что создает потенциально опасные состояния.
В условиях лабораторного стенда осциллографированием выявлены параметры ЭДС в отключенной обмотке статора при подключении к сети другой статорной обмотки (рис. 1). Так при работе АД с номинальной скоростью в обмотке пониженной скорости генерируется трехфазная ЭДС частотой 1650 Гц, а при подключении к сети обмотки пониженной скорости, в обмотке номинальной скорости генерируется ЭДС частотой 650 Гц.
Рисунок 1 – Осциллограммы ЭДС статора асинхронного двигателя на неподключенных обмотках «пониженной скорости» (а) и «номинальной скорости» (б)
Специфическим условием эксплуатации двигателя в шахте является наличие активных и емкостных проводимостей изоляции гибкого кабеля, что создает опасность электротравматизма при касании человеком фазы сети с изолированной нейтралью. Интерес представляет изучение процесса формирования ЭДС в отключенной обмотке статора при условии применения наиболее распространенных марок кабеля с учетом их длины, сечения и возможных активных сопротивлений изоляции. Емкостные сопротивления изоляции в данном случае определяются сечением и протяженностью конкретного кабеля.
Рассмотрим ситуацию, когда СК работает на номинальной скорости, т.е. в обмотке пониженной скорости возникает ЭДС частотой 1650 Гц, марка кабеля КГЭШ сечением 25–70 мм² и длиной 10–300 м. Активные сопротивления изоляции зависят от ее физического состояния. Примем такие их значения: 100 кОм/фазу (идеальное состояние кабеля), 50 кОм/фазу и 31 кОм/фазу (предельно допустимое сопротивление изоляции в сети 660 В).
Исходя из анализа формы ЭДС (рис. 1), процесс формирования трехфазной ЭДС отключенной обмотки статора можем представить в виде последовательного соединения соответствующих фазных источников электропитания с различной частотой. Этим будет моделироваться воздействие на процесс зубцовой ЭДС ротора. Примем активное сопротивление утечки тока равное 1 кОм. Структура компьютерной модели процесса представлена на рис. 2.
Рисунок 2 – Структура компьютерной модели исследования тока утечки на землю в отключенной обмотке пониженной скорости двухскоростного АД
Виртуальный осциллограф отображает следующий результат (рис. 3).
ЭДС состоит из двух составляющих: несущей частоты и частоты заполнения. Измеряя параметры по осциллограмме, вносим их в структуру модели и получаем следующие обобщенные данные (рис. 4).
Рисунок 3 – Фрагмент осциллограммы с виртуального осциллографа
Рисунок 4 – Результирующий график утечки тока
Анализ результатов моделирования позволяет сделать вывод об опасности электропоражения человека при касании к фазе отключенной обмотки пониженной скорости работающего двухскоростного АД. Существенное влияние на процесс оказывают емкостные проводимости изоляции кабеля.