Актуальность темы

Асинхронные двигатели (АД), составляющие основу электропривода в промышленности, работают в различных режимах, основные из которых введены в ГОСТ 183-74. Для стандартных режимов отработаны методы определения допустимой мощности по условиям нагрева обмоток; однако на практике возникают вопросы, которые не вошли в ГОСТ; в частности, работа в кратковременном режиме S2 с заданной продолжительностью нагружения предусматривает, что двигатель должен полностью остыть, допустимый уровень нагрузки не полностью остывшего АД (что бывает необходимо на практике) неизвестен; неизвестно также, какие уровни нагрузки в S2 можно считать допустимыми, если нагрузка переменная; в повторно—кратковременных режимах недостаточно точно известны допустимые пределы изменения чисел включения и маховых масс вращающихся частей; в ГОСТ не рассмотрены и недостаточно отработаны методы определения допустимой мощности АД в режимах с несимметричным напряжением сети. АД повышенных мощностей в ряде производств работают в групповом электроприводе (в химической промышленности, в приводах собственных нужд электростанций и т.д.). При перерывах питания и последующих самозапусках в некоторых случаях возможны повышения напряжения на обмотках, приводящие к кратковременному увеличению тока обмотки статора (до 2х-3х кратных и более значений) во время разгона; вопросы нагрева обмоток в таких режимах недостаточно изучены. Поэтому актуальной является задача определения влияния различных особенностей нагружения АД на их нагрев и допустимую полезную мощность.

Цель работы

Определить расчетно-теоретическими методами влияние отклонения параметров режимов работы закрытого АД на их нагрев и допустимую полезную мощность. При этом решить следующие задачи:

• при работе закрытого АД в кратковременном режиме: разработать математическую модель определения допустимой токовой нагрузки в случае запуска не полностью остывшего двигателя, а также при переменной величине нагрузки;
• определить влияние параметров повторно-кратковременных режимов (S4) на полезную мощность закрытого АД;
• определить влияние несимметрии питающего напряжения на нагрев и полезную мощность АД в режиме S1;
• при работе группы мощных АД в промышленном производстве: разработать основные положения математической модели нагрева группы АД в продолжительном режиме работы—при отключении напряжения—при подаче напряжения и самозапуске.

Научная новизна

Научная новизна работы состоит в следующем:

• 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 сомозапуске.

Практическое значение работы

Будут выданы практические рекомендации по определению полезной мощности в кратковременных режимах S2 для АД с начальным нагревом, при запусках через определенный интервал времени, а также при переменной величине нагрузки; для работы закрытого АД в повторно-кратковременных режимов (S4) будут разработаны рекомендации по определению предельных параметров режима (число включений в час, допустимая мощность); будет определена допустимая мощность взрывозащищенных АД в продолжительном режиме S1 при несимметрии сети. Будут получены расчетно--теоретические оценки нагрева обмоток двигателей группового привода при отключении напряжения и самозапуске.

Содержание работы

Разработана методика определения допустимого тока статора закрытого АД в кратковременных режимах с различными величинами начального нагрева.

Коэффициент допустимого увеличения суммы потерь в двигателе с начальным нагревом можно определить по выражению:

  (1)

где -- начальное превышение температуры обмотки статора, которое получит обмотка при остывании после кратковременного режима на протяжении времени tост; а1, а2, Т1, Т2 -- коэффициенты и постоянные времени разложения кривой остывания на две экспоненты; T0=TнДі/Да -- начальная постоянная времени нагрева обмотки статора; Тн -- постоянная времени нагрева при номинальной нагрузке; Ді, Да -- диаметры расточки и наружный диаметр сердечника статора; РS2-t-- коэффициент допустимого увеличения суммы потерь в двигателе при пуске с холодного состояния в стандартном режиме S2 с заданной продолжительностью работы:

В таком случае допустимый ток обмотки статора (или пропорциональная ему мощность при неизменном напряжении) определяется по выражению:

  (2)

где Pгр, Рст -- сумма греющих потерь в номинальном режиме S1 и потери в стали соответственно.

Для взрывозащищенного АД типа В100L4 (P2H(S1)=4 кВт) определен допустимый ток при времени работы t=10 мин: а) с холодного состояния IS2-10 =13,99 А (на опыте—13,48 А); б) при остывании после режима S2-10 мин на протяжении tост=30 мин: IS2-10 =11,3 А.

При работе закрытого АД в кратковременном режиме с переменной нагрузкой, диаграмма которой преобразуется в многоступенчатый график, что для того, чтобы превышение температуры не выходило за допустимый предел, необходимо учитывать величину начального нагрева на каждой ступени нагружения. Коэффициент допустимого увеличения потерь на каждой последующей ступени нагружения определяется по формуле (1), что позволяет по формуле (2) рассчитать допустимый ток на любой ступени нагружения.

При постоянном характере нагрузки в режиме S2 ее допустимая величина при различной продолжительности нагружения может быть определена по формуле (2).

Для четырех различных типоразмеров взрывозащищенных АД в диапазоне мощностей до 110 аВт выполнены расчеты допустимого тока нагрузки при различной продолжительности нагружения. Обобщение полученных результатов в виде относительной величины тока (, где Iн - номинальный ток в режиме S1) позволяет получить допустимый ток в режиме S2 для любого обдуваемого взрывозащищенного двигателя серии В, ВР (с полученными отклонениями от средних величин).

Таблица 1

t, мин	10	30	60	90
Kis2	1,50,12	1,340,075	1,220,05	1,10,03

Будет проведен расчетно-теоретический анализ и обобщение экспериментальных данных по определению влияния несимметрии напряжения на нагрев и допустимую мощность взрывозащищенных АД в продолжительном режиме работы S1.

Будут разработаны основные положения математических моделей мощных закрытых АД в режиме S1 - отключение напряжения (выбег) - самозапуск.

Основные результаты и выводы

1. Разработаны методы определения допустимого тока статора (полезной мощности) закрытого АД в кратковременных режимах:
   • при переменной нагрузке;
   • с начальным нагревом обмотки статора.
   Выполнено ряд контрольных расчетов для взрывозащищенных АД.
2. Определен допустимый уровень токовой нагрузки обмотки статора для серии взрывозащищенных АД в кратковременных режимах (при неизменном характере нагрузки) с различной продолжительностью нагружения.
3. Определено влияние параметров повторно-кратковременного режима S4 на допустимую полезную мощность закрытого АД.
4. Определено влияние несимметрии напряжения и допустимой полезной мощности закрытого АД.
5. Отработаны основные положения определения теплового состояния АД в режиме S1—отключение напряжения (выбег)—самозапуск.

Перспективные задачи

Исследовать нагрев АД средней и большой мощности в различных режимах работы электрической сети, в том числе аварийных.

1. Бурковский А.Н. и др. Определение допустимого тока статора взрывозащищенных асинхронных двигателей серии В, ВР в кратковременных режимах работы.//Электротехническая промышленность. Электрические машины.-1979.-№7(89) -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. Справочник по автоматизированному злектроприводу. Под ред. Елисеева В.А. и Шинянского А.В. М.: Энергоатомиздат. 1983.—616 с.
5. Шуйский В.П. Расчет электрических машин.-Л.:Энергия,1968.-732 с.
6. Федоров М.М., Денник В.Ф., Алексеев Е.Р., Карась С.В. Прогнозирование динамики тепловых процессов в сборочных единицах электрических машин по экспериментальным кривым нагрева и охлаждения //Взрывозащищенное электрооборудование. Сборник научных трудов УкрНИИВЭ.—Донецк.—1998.—с.42-50.