РАЗРАБОТКА ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ АНАЛИЗА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ
Во второй четверти XIX столетия на смену паровому двигателю пришел электрический, который, в свою очередь, повысил на несколько порядков коэффициент полезного действия. А его экономичный, компактный и удобный мотор стал неким толчком для создания и налаживания практически любого производства.
Электромеханическая система представляет собой комплексную энергетическую, кинематическую, а также управляющую систему функционирования технологического оборудования. В наши дни успешно развивается частотно преобразовательная техника, которая основывается на микропроцессорном управлении. В связи с этим становятся все более популярными и востребованными электрические приводы, которые основываются на базе асинхронных короткозамкнутых электродвигателей.
Основное преимущество таких электродвигателей – это высокая надежность и их ремонтопригодность, которая обуславливается отсутствием в электрической машине скользящих электрических контактов, то есть коллектора и фазных колец, а также короткозамкнутой обмотки ротора. В связи с данными преимуществами асинхронные двигатели получили широкое распространение в областях производства, связанных с агрессивной взрывоопасной средой.
Конструкция асинхронных электродвигателей существенно не менялась с 1889 года, когда они были изобретены М.О. Доливо-Добровольским. До недавнего времени их широко использовали в системах нерегулируемых электроприводов. В силу ряда конструктивных преимуществ по отношению к приводам постоянного тока асинхронные двигатели использовались в лифтовых подъемных системах, ленточных конвейерных транспортных системах.
В настоящее время, в связи с развитием и значительным удешевлением полупроводниковых силовых элементов, асинхронный двигатель стал вытеснять приводы постоянного тока из традиционных сфер их применения за счет усовершенствования системы управления.
В связи с широким распространением частотно-регулируемых асинхронных электроприводов все более острым становится вопрос о диагностики их работоспособности. Подобная проблема становится еще более значимой с ростом мощности приводной установки.
Актуальным становится вопрос разработки недорогого портативного прибора, который позволил бы оценивать работоспособность асинхронного двигателя и формировать прогностическую оценку относительно оставшегося ресурса его бесперебойной работы, не выводя при этом его из рабочего режима.
Для разработки подобного прибора необходимо:
- проанализировать функциональные зависимости электромеханических параметров асинхронного двигателя;
- определить наиболее часто встречающиеся неисправности;
- выявить причины их возникновения и индикационные сигналы, по которым возможно сформировать прогностическую оценку дальнейшей бесперебойной работы электропривода.
В работе представлен обзор основных методов диагностики асинхронных электроприводов, разработан алгоритм проведения измерений и последующей обработки экспериментальных данных. Представлена блок-схема прибора контроля и диагностики работоспособности асинхронного электродвигателя, описаны основные режимы его работы.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ................................................................................................. 5
ГЛАВА 1 АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ: АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМОВ ЕГО РАБОТЫ 7
1.1 Конструктивные особенности асинхронного двигателя, анализ взаимозависимостей электромеханических параметров асинхронного электромеханического преобразователя....................................................................................... 7
1.2 Анализ основных неисправностей асинхронных двигателей, причин их возникновения и индикационных показателей наличия неисправностей в работе двигателя................................................................................................. 13
1.3 Анализ потерь в электромеханическом асинхронном преобразователе 21
Выводы к главе 1.................................................................................... 28
ГЛАВА 2 ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ И ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ............................................................................................ 29
2.1 Существующие методы к качеству преобразователей................... 29
2.2 Принципы выбора измерительных приборов для проведения измерения электрических величин........................................................................... 35
2.3 Современные средства измерений................................................... 36
Выводы к главе 2.................................................................................... 49
ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ АНАЛИЗА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ.................................................................................................................... 50
3.1 Информационно-измерительные системы....................................... 50
3.2 Аналитическая система для определения энергетических потерь. 53
3.3 Разработка и испытание систем автоматизированного электропривода 56
Выводы к главе 3....................................................................................... 59
ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................................................................... 60
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ......................................................................... 62
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гольдберг О.Д., Абдуллаев И.М., Абиев А.Н. Автоматизация контроля параметров и диагностика асинхронных двигателей/Под ред. О.Д. Гольдберга. -М.: Энергоатомиздат, 1991. - 160 е.: ил.
2. Гутов И.А. Прогнозирование состояния электродвигателей на основе использования многофакторных моделей старения изоляции: Дис . канд. техн. наук: 05.20.02. Защищена 26.12.97: Утв. - Барнаул, 1997. - 259 л.: ил.
3. Хомутов О.И. Система технических средств и мероприятий по повышению надёжности электрооборудования: Учеб. пособие/Алт. политехи, ин-т им. И.И. Ползунова. Барнаул: Б.и., 1989. - 95 с.
4. Хомутов О.И. Диагностика изоляции электродвигателей в условиях эксплуатации: Учеб. пособие / Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. -Барнаул, 1993.- 120 с.
5. Хомутов О.И., Сташко В.И., Хомутов С.О. Эксплуатация, диагностика и ремонт изоляции электрических машин: Учеб. пособие для студентов вузов.- Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 1999. 146 с.
6. Контроль технического состояния асинхронных электродвигателей/ Геращенко В.В., Яскевич М.Я., Серков А.В.//Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1999. - №11. - С. 16-17.
7. Слоним Н.М. Испытание асинхронных двигателей при ремонте. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1980. - 88 е.: ил.
8. Технология производства асинхронных двигателей: Специальные процессы/В.Г. Костромин, С.Б. Бронин, В.А. Дагаев и др.; Под ред. В.Г. Костромина. М.: Энергоиздат, 1981. - 272 е.: ил.
9. Статические характеристики асинхронного вентильного каскада с последовательным возбуждением двигателя / М.Б. Диперштейн, Е.И. Медведев, А.В. Исаев, М. Смондель // Автоматизация технологических процессов в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ. - Волгоград, 1997. - C. 10-14.
10. Диперштейн, М.Б. Алгоритм расчёта электромагнитных рабочих процессов в асинхронном двигателе при последовательном возбуждении в схеме АВК / М.Б. Диперштейн, Е.И. Медведев, А.В. Исаев // Автоматизация технологических процессов в машиностроении: межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ. - Волгоград, 1998. - C. 3-7.
11. Диперштейн, М.Б. Выбор параметров двигателя в схеме АВК с последовательным возбуждением / М.Б. Диперштейн, Е.И. Медведев, А.В. Исаев // Автоматизация технологических процессов в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ. - Волгоград, 1998. - C. 8-12.
12. Математический анализ экспериментальной зависимости момента от тока ротора для системы асинхронного вентильного каскада / М.Б. Диперштейн, Е.И. Медведев, В.Ф. Исаев, А.В. Исаев // Автоматизация технологических процессов в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ. - Волгоград, 1999. - C. 3-8.
13. Диперштейн, М.Б. О возможности промышленного применения электропривода системы асинхронного ветильного каскада при последовательном возбуждении двигателя / М.Б. Диперштейн, Е.И. Медведев, А.В. Исаев // Прогрессивные технологии и их применение в решении проблем региона и г.Камышина: Тез.докл. регион. межвуз. науч.-практ. конф. 28-29 янв.1999г / Камышин. технолог. ин-т ВолгГТУ. - Камышин, 1999. - C. 49-50.
14. Диперштейн, М.Б. Разработка структуры лабораторного стенда для исследования статистических характеристик системы АВК / М.Б. Диперштейн, Е.И. Медведев, А.В. Исаев // Автоматизация технологических процессов в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ. - Волгоград, 1999. - C. 9-13.
15. Медведев, Е.И. Статические характеристики асинхронного двигателя в режиме последовательного возбуждения / Е.И. Медведев, А.В. Исаев // Прогрессивные технологии и средства автоматизации в промышленности: Матер. межрегион. науч. - техн. конф., 11-14 сент. 1999 г. / ВолгГТУ и др.. - Волгоград, 1999. - C. 42-44.
16. Диперштейн, М.Б. Экспериментальное исследование асинхронного вентильного каскада при последовательном возбуждении двигателя / М.Б. Диперштейн, Е.И. Медведев, А.В. Исаев // Прогрессивные технологии и их применение в решении проблем региона и г.Камышина: Тез.докл. регион. межвуз. науч.-практ. конф.28-29 янв.1999г. / Камышин. технолог. ин-т ВолгГТУ. - Камышин, 1999. - C. 48-49.
17. Экспериментальные исследования системы асинхронного вентильного каскада / Е.И. Медведев, А.В. Исаев, А.С. Галыч, С.В. Прилепов // Автоматизация технологических процессов в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ. - Волгоград, 1999. - C. 13-22.
18. Исаев, А.В. Использование ЭВМ в лабораторном курсе по специальности «Электропривод» / А.В. Исаев // Информатика. Образование. Экология и здоровье человека : тез. докл. V междунар. конф. (г. Астрахань, 25-30 сент. 2000 г.). - Астрахань, 2000. - C. 88.
19. Исаев, А.В. Применение системы асинхронного вентильного каскада с последовательным возбуждением двигателя в системах водоснабжения / А.В. Исаев, Е.И. Медведев // Энергосбережение в Поволжье. - 2000. - Вып.3. - C. 69-71.
20. Медведев, Е.И. Расчет статических характеристик электропривода по системе АВК ПВ / Е.И. Медведев, А.В. Исаев // Автоматизация технологических процессов в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2000. - C. 105-109.
21. Исаев, А.В. Электропривод в энергосберегающих технологиях / А.В. Исаев, Е.И. Медведев // Проблемы экономии топливно - энергетических ресурсов на предприятиях и ТЭС: Межвуз. сб. науч. тр. / С.-Петерб. гос. техн. ун-т и др. - СПб., 2001. - C. 304-308.
22. Муха, Ю.П. Перспективы развития измерительно-вычислительных комплексов для разработки и испытания систем автоматизированного электропривода / Ю.П. Муха, А.В. Исаев // Вопросы физической метрологии: Вестник Поволжского отд-ния Метрологической академии России / Поволж. отд. МАР. - Волгоград, 2004. - Вып.6. - C. 45-51.
23. Исаев, А.В. Измерительно-вычислительные комплексы для испытания автоматизированных электроприводов / А.В. Исаев // Инновационные технологии в обучении и производстве: матер. III Всерос. конф., г.Камышин, 20-22 апреля 2005 г. / КТИ (филиал) ВолгГТУ и др. - Камышин, 2005. - Т.1. - C. 148-151.
24. ГОСТ Р МЭК 60034-2-1–2009.Машины электрические вращающиеся. Часть2-1.Стандартные методы определения потерь и коэффициента полезного действия по испытаниям (за исключением машин для подвижного состава). Введ.2011-01-01.М.: Стандарт-информ, 2011. 58 с.
25. Дюбей Гопал К. Основные принципы устройства электроприводов. М.: Техносфера, 2009. 480 с.
26. Ильинский Н.Ф.,Козаченко В.Ф. Общий курс электропривода. М.: Энергоатомиздат, 1992. 544 с.
27. Пар И.Т.,Захарова З.А. Энергосберегающие микропроцессорные регуляторы напряжения для асинхронного привода // Электротехническая промышленность. Сер. 08. Электропривод. 1990. Вып. 28. С. 1–44.
28. Фираго Б.И.,Павлячек Л.Б. Регулируемые электроприводы переменного тока. Минск.: Техноперспектива, 2006. 363 с.
29. Исаев, А.В. Электромеханические системы. Электропривод: учеб. пособие / А.В. Исаев, Г.А. Косулин; ВолгГТУ. - Волгоград: РПК "Политехник", 2005. - 104 с.
30. Исаев, А.В. Электротехника. Лабораторный практикум: учеб. пособие / А.В. Исаев, А.Н. Шилин, С.Вл. Поляков; ВолгГТУ. - Волгоград: РПК "Политехник", 2005. - 80 с.
31. Исаев, А.В. Интегрированные системы автоматизации научных исследований электроприводов / А.В. Исаев // Перспективные проекты и технологии в энергетике: сб. науч. ст. межрегион. юбил. н.-пр. конф., Волжский, 27-30 сент. 2005 / Филиал МЭИ (ТУ) в г. Волжском. - Волжский, 2006. - C. 129-134.
