Реферат за темою випускної роботи
Зміст
- Вступ
- 1. Актуальність теми
- 2. Мета і задачі дослідження
- 3. Аналіз попередніх досліджень
- 4. Матеріали і результати дослідження
- Висновки
- Перелік посилань
Вступ
Найбільш поширений вид електрообладнання-трифазні асинхронні електродвигуни. Їх частка становить близько 85% всіх електричних машин. Вони дуже прості і надійні, що робить їх гарним вибором для приводу механізмів промислових підприємств і системи власних потреб електростанцій. Незважаючи на те, що їх Конструк проста і надійна, пошкоджуваність електродвигунів досягає 25% від загального числа працюючих двигунів на рік, що в свою чергу, веде до великих ремонтних робіт. В даний час все більшу кількість підприємств приділяють підвищену увагу розробці, виробництву і установці релейного захисту та автоматики, виконаної на мікропроцесорній базі.
Вважається, що нормальний термін служби асинхронного електродвигуна-15 років за умови нормальної експлуатації, проте, є ряд чинників, істотно знижують цей показник: погана якість напруги живлення, підвищена температура, вологість. В результаті несприятливих впливів близько 10% електродвигунів виходять з ладу.
Аварії, причиною яких є поломка електродвигунів, зазвичай призводять до великого матеріального збитку через простій всього технологічного процесу. Саме для цього з'явилася необхідність в пристроях захисту і моніторингу стану асинхронних електродвигунів.
Сучасні стандарти більшості країн світу, в тому числі і України, пред'являють все більш високі вимоги до технічної експлуатації електроустановок. Необхідність в постійному моніторингу роботи дорогого устаткування підсилює потребу у використанні високоякісної, надійної і комплексного захисту електродвигунів.
1. Актуальність теми
Асинхронні електродвигуни (АЕД) з короткозамкненим ротором (КЗР) є основним типом машин змінного струму, що використовуються для приводу механізмів власних потреб електростанцій і промислових підприємств. Даний тип АЕД становить майже 95% від усієї кількості електроприводних двигунів у промисловості і споживає при цьому понад половину всієї виробленої електроенергії. До переваг АЕД відносяться простота конструкції, надійність експлуатації. Однак, незважаючи на переваги асинхронних електродвигунів в порівнянні з іншими електричними машинами, відсоток їх пошкоджуваності досить високий і становить близько 20-25% на рік від загального числа АЕД, що знаходяться в експлуатації. Приблизно половина ушкоджень пов'язана з недостатньою досконалістю існуючих пристроїв релейного захисту та автоматики, які особливо незадовільно захищають двигун в анормальних режимах, пов'язаних з тепловим перегрівом. У зв'язку з цим розробка більш досконалих захистів з використанням мікропроцесорних систем є актуальною.
2. Мета і задачі дослідження
Ця робота присвячена вдосконаленню теплового захисту короткозамкненого ротора асинхронного електродвигуна на основі контролю параметрів поточного режиму (миттєві значення фазних струмів, фазних напруг і ковзання), придатної для коректної роботи при несиметрії напруги живлення.
Основні задачі дослідження:
- За допомогою математичної моделі провести дослідження різних режимів роботи асинхронного двигуна з контролем температури обмоток статора і ротора.
- Розробка принципів дії і алгоритмів досконаліших захистів.
- Перевірка за допомогою математичної моделі ефективності алгоритмів захисту.
3. Аналіз попередніх досліджень
В даний час мікропроцесорним пристроям релейного захисту та автоматики приділяють досить багато уваги. У терміналах в основному використовується стандартна захисна логіка, рекомендована ПУЕ [1]. Проте стосовно АЕД, вона не забезпечує надійний захист при пошкодженні стрижнів короткозамкненого ротора, при перегріві обмоток статора і ротора, викликаних несиметрією живлячої напруги, при несправності в системі охолодження і технологічних перевантаженнях, при несиметрії повітряного зазору, викликаного виробленням підшипників, при заклинюванні ротора, при перегрівах від гармонік, викликаних тиристорними перетворювачами частоти. Також має місце низька чутливість при замиканнях на землю всередині обмотки статора.
В якості захисту від перевантаження АЕД в більшості сучасних мікропроцесорних захисних пристроях або терміналах використовується інтегральна залежність струму статора в функції часу [2]. Використовувана інтегральна залежність струму статора в функції часу не дозволяє контролювати температуру нагріву обмоток статора і ротора АЕД, а також відключати машину у разі перегріву обмоток, викликаного, наприклад, багаторазовими пусками поспіль.
Мікропроцесорні пристрої, засновані на застосуванні псевдотеплової моделі, також нечутливі при несиметрії живлячої напруги, викликаної нерівномірним навантаженням фаз мережі або обривом фази через перехідний опір [3]. Доповнення цих захистів сигналами від теплових датчиків або термодатчиків (ТД), що вбудовуються в обмотку, не усувають недоліки через їх інерційність.
Головним недоліком захистів, що випускаються провідними підприємствами, є відсутність контролю температури нагріву обмотки короткозамкненого ротора. Відомі факти того, що в режимі роботи (S4) температура стрижнів ротора може досягати температури плавлення з обмоткою ротора, виконаної з алюмінію [4]. Оплавлення стрижнів обмотки ротора АЕД обумовлено неможливістю існуючих захистів своєчасно виявляти і усувати такий вид ушкоджень.
Прямий контроль температури нагріву обмотки ротора з використанням ТД(термодатчик) складний і дорогий через складнощі його встановлення, а також знімання сигналу в процесі обертання валу двигуна. Саме тому найбільше поширення отримали алгоритми непрямого визначення температури ротора. До таких алгоритмам відносяться:
- Захисти, засновані на псевдотеплових моделях з використанням теплових схем заміщення АЕД і сигналів ТД, що дозволяють розраховувати температуру нагріву елементів машини (обмотка статора, ротора, корпус) знаючи величину струму статора [5]. До недоліків таких захистів слід віднести складнощі, пов'язані з визначенням параметрів теплових схем заміщення, а також їх коригуванням в процесі роботи, що відображається на похибці і адекватній роботі захисту. Також слід зазначити факт відсутності обліку несправностей в системі охолодження АЕД в тепловій моделі, що відображається на бездіяльності чи сповільненій реакції захисту при таких видах пошкоджень.
- Захисти, розглянуті в [6,7], призначені для контролю температури нагріву ротора, виконаного зі стрижнями, в яких відсутній ефект витіснення струму. Підхід заснований на рішенні рівняння теплового балансу за даними обчислення електромагнітного моменту на основі вимірювання фазних струмів і напруг статора, а в [7] заснований на вимірюванні тих же величин та додаткового контролю кутової частоти обертання ротора. Ключовим недоліком теплового захисту [6], є велика похибка у визначенні температури нагріву обмотки ротора на основі непрямого обчислення ковзання. Недоліками двох підходів є відсутність врахування ефекту витіснення струму в роторі, а отже неможливість їх використання на машинах потужністю 200 кВт і вище напругою статора 6 або 10 кВ.
Найбільш перспективним є підхід [8], заснований на непрямому визначенні температури нагріву ротора за даними вимірювань параметрів поточного режиму (миттєві значення фазних струмів, фазних напруг і ковзання). Метод придатний для глубокопазних електродвигунів на основі врахування впливу ефекту витіснення струму в роторі на його опору. Однак питання, пов'язані з коректною роботою даного алгоритму захисту в несиметричних режимах, вимагають додаткового розгляду.
4. Матеріали і результати дослідження
Блок цифрової фільтрації виконується на основі виділення першої гармоніки з використанням фільтра Фур'є.
Активна і реактивна складові фільтрованої величини Х розраховуються по [1] в залежності від кількості виміряних значень N за період T.
де N - кількість точок вимірів, які направляються на фільтрацію; Х - значення фільтрованої величини (фазний струм або напруга) .Таким чином, в блоці цифрової фільтрації обчислюються в реальному часі активні і реактивні складові фазних напруг і струмів, амплітудні і ефективні (діючі) значення фазних напруг і струмів. Формується масив розрахованих величин прямує на вхід блоку обчислень з дискретністю кроку розрахунку h = T / N.
Захист короткозамкненою обмотки ротора від теплового перевантаження (ТЗВ) є ключовою авторською розробкою і доповнює стандартні модернізовані захисту асинхронної машини. Виконується на основі контролю величини температури нагріву короткозамкненою обмотки ротора аед. Розрахунок температури нагріву виробляється в реальному часі на основі визначення активного опору ротора і його порівняння з відомим значенням холодного стану.
Обчислення температури нагріву ротора грунтується на використанні схеми заміщення аед з двома роторними контурами (для обліку скін-ефекту) і контуром втрат в сталі (див. Мал.1.).
В процес налагодження розробленого захисту входять попередні операції. До них відносяться:
- проведення дослідів холостого ходу і короткого замикання, подачі на статор трифазної напруги різної частоти при нерухомій машині, вимірювання початкової температури холодного стану [9];
- визначення за даними дослідів опорів обмоток статора (RS, XσS), контуру втрат в сталі (RFE, XσFE), опору взаємоіндукції (Xμ), опорів двох контурів ротора (RR1, XσR1, RR2, XσR2).
Результати попередніх операцій (параметри схеми заміщення, каталожні дані асинхронного електродвигуна) заносяться в блок констант для подальшого використання в процесі необхідних обчислень.
Мал. 1. Схема заміщення аед з короткозамкненим ротором з двома контурами на роторі і контуром втрат в сталi
- Операції, вироблені в реальному часі за один робочий такт:
- вимір фазних струмів (ia, ib, ic) і напруг (ua, ub, uc);
- обчислення ковзання s на основі виміру за допомогою ДПР кута положення ротора γ;
- вимір температури нагріву обмотки статора TS за допомогою ТД;
- Фільтрація виміряних фазних струмів і напруг в блоці цифрової фільтрації;
Обчислення результуючого активного опору ротора RRісх (s) залежить від поточного значення ковзання s.
- Визначення фазних величин вхідних активного (RBX.A, RBX.B, RBX.C) і індуктивного (XBX.A, XBX.B, XBX.C) опорів АЕД.
- де IA, UA, - активні складові фазного струму і напруги розраховуються; IP, UP, - реактивні складові фазного струму і напруги розраховуються.
- Коригування активного опору обмотки статора АЕД:
- Обчислення поточного значення температури нагріву ротора АЕД:
Після обчислення температури ротора асинхронної машини в блоці обчислень, розраховане значення порівнюється з уставкою спрацьовування теплового захисту в блоці уставок. У разі перевищення температурної уставки захист спрацьовує, запускаючи витримку часу і світлозвукову сигналізацію перегріву обмотки ротора АЕД. Після закінчення витримки часу проводиться автоматичне відключення електродвигуна від мережі живлення.
Приклад моделювання роботи теплового захисту аед з короткозамкненим ротором проведений для двигуна серії АВ, потужністю 630 кВт і напругою статора 6 кВ.
Результати математичного моделювання процесу накинув навантаження показані на Рис.2 у вигляді осцилограм струму фази А АЕД, кутовий частоти обертання, температури нагріву ротора і сигналу спрацьовування ТЗВ від часу.
