Электромеханические характеристики трехфазного асинхронного двигателя при несимметрии обмотки статора




Скачать 252.27 Kb.
НазваниеЭлектромеханические характеристики трехфазного асинхронного двигателя при несимметрии обмотки статора
страница1/3
Дата07.10.2012
Размер252.27 Kb.
ТипАвтореферат
  1   2   3


На правах рукописи


Омон Александр Борисович


ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ НЕСИММЕТРИИ ОБМОТКИ СТАТОРА


Специальность 05.09.01 – Электромеханика и электрические аппараты


АВТОРЕФЕРАТ


диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук





Самара – 2009

Работа выполнена на кафедре «Электромеханика» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет».



Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Никиян Николай Гагикович



Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Высоцкий Виталий Евгеньевич


кандидат технических наук, доцент

Быковская Людмила Владимировна



Ведущая организация:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ивановский государственный энергетический университет»



Защита состоится «07» апреля 2009 г. в 10 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.217.04 ГОУВПО Самарский государственный технический университет (СамГТУ) по адресу: г. Самара, ул. Первомайская, д. 18, корпус №1, аудитория № 4 (учебный центр СамГТУ-Электрощит).


Отзывы по данной работе в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: Россия, 443100, г. Самара, Молодогвардейская ул. 244, Главный корпус, ГОУВПО Самарский государственный технический университет, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.217.04,

тел.: (846) 278-44-96, факс (846) 278-44-00, e-mail: aees@samgtu.ru.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СамГТУ, а с авторефератом на официальном сайте СамГТУ – www.samgtu.ru/disertac/d4.html


Автореферат разослан « 05 » марта 2009 г.


Ученый секретарь диссертационного

совета Д 212.217.04, кандидат

технических наук, доцент Е.А. Кротков


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность работы.

По данным статистики более половины случаев выхода из строя асинхронных машин (АМ) происходит из-за повреждений обмотки статора. Главной причиной является повреждение проводниковой и пазовой изоляции. Это может быть следствием как нарушений в технологии производства или ремонта двигателей, так и неправильной эксплуатации или длительной работы. В результате возникают короткие замыкания: междувитковые, междуфазные, на корпус. Об их наличии свидетельствуют повышение уровня шума и вибрации двигателя, возникает несимметрия фазных токов. В этом случае, как правило, машины должны быть отключены от сети и отправлены в ремонт. В настоящее время ограниченные средства на ремонт оборудования часто вынуждают промышленные предприятия сокращать объем ремонтных работ. Так, при выходе из строя нескольких секций обмотки статора асинхронных двигателей (АД), эти секции не извлекают из пазов, но исключают из схемы обмотки, а концы оставшихся секций соединяют в обход неисправных. В результате обмотка статора (ОС) становится несимметричной и двигатель в дальнейшем эксплуатируется с такой обмоткой. Несимметрия фазных токов приводит к отклонению характера магнитного поля в воздушном зазоре от кругового. В итоге в кривой поля появляются гармоники различных порядков, которые вызывают искажение формы кривых вращающих моментов и при значительной доле выведенных секций могут сделать невозможным пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Возникает необходимость определить допустимое число исключаемых секций, при котором искажения пусковых характеристик еще могут позволить эксплуатацию двигателя при требуемой нагрузке. Решение этой задачи сводится к расчету вращающих моментов асинхронной машины при несимметрии фазных обмоток трехфазной обмотки статора.

С помощью известных методик, приведенных в работах А. И. Адаменко, Т. Г. Сорокера и др., фазные токи при небольшой степени несимметрии фазных обмоток статора определяются достаточно точно, однако электромагнитный момент определяется без учета высших гармоник, возникших из-за несимметрии. Это вызывает значительную погрешность расчета величины момента. В известной литературе отсутствуют сведения о расчете гармоник МДС низшего и дробного порядков, возникающих при несимметрии фазных обмоток. Возникает задача разработки методики определения вращающих моментов с учетом высших гармоник МДС.

В связи с изложенным, задача расчета электромеханических характеристик асинхронных машин, при наличии несимметричной обмотки статора, сегодня является актуальной.

Цель работы – определение работоспособности и качества функционирования трехфазных асинхронных двигателей с несимметрией обмотки статора для продления срока эксплуатации.


Основные задачи исследования:

1) разработка математической модели асинхронной машины с несимметричными (усеченными) фазными обмотками в трехфазной системе координат;

2) усовершенствование существующей методики расчета электромеханических характеристик и определения вращающих моментов несимметричного АД с учетом высших гармоник МДС;

3) определение допустимой нагрузки асинхронного двигателя с усеченными фазными обмотками.

4) получение аналитических выражений для взаимоиндуктивностей несимметричных фазных обмоток и уединенных короткозамкнутых витков;

5) разработка математической модели асинхронной машины с короткозамкнутыми витками в фазных обмотках;

Объект исследования – несимметричная трехфазная асинхронная машина при усечении, либо коротком замыкании витков в фазных обмотках статора.

Предмет исследования – электромагнитные и электромеханические процессы при несимметрии фазных обмоток статора и эксплуатационные характеристики АД.

Методы исследования. Теоретические исследования проведены с использованием методов анализа электрических и магнитных цепей, магнитосвязаных контуров, метода симметричных составляющих. Достоверность результатов подтверждается сопоставлением расчетных и экспериментально полученных данных. Экспериментальные исследования проводились в лаборатории посредством методов испытания электромашинных систем.

Научная новизна заключается в следующем:

1) разработана математическая модель трехфазной АМ в трехфазной вращающейся системе координат с несимметричными (усеченными) фазными обмотками с использованием метода вращающихся магнитных полей;

2) уточнен существующий способ определения составляющих вращающих моментов с помощью пространственно-временных эпюр МДС обмотки статора;

3) получены аналитические выражения для главных индуктивностей частей фазных обмоток и взаимных индуктивностей между ними;

4) разработана математическая модель трехфазной АМ в трехфазной системе координат с короткозамкнутыми витками в фазных обмотках;

5) предложен принцип работы устройства для обнаружения междувиткового короткого замыкания в обмотке статора на ходу машины.

Практическая значимость работы:

1) разработана методика и компьютерная программа расчета характеристик АМ с усеченными фазными обмотками;

2) разработана методика определения допустимой нагрузки АД при усеченных фазных обмотках;

3) разработана методика расчета токов в фазах АД при коротком замыкании части витков.

На защиту выносятся:

а) математические модели трехфазной АМ с усеченными, либо частично закороченными фазными обмотками;

б) усовершенствованная методика расчета вращающего момента АМ с усеченными фазными обмотками с учетом моментов от высших гармоник поля;

в) аналитические выражения для главных и взаимных индуктивностей несимметричных фазных обмоток и их частей.

Реализация результатов работы. Методика расчета характеристик АМ с несимметрией обмотки статора используется на Газоперерабатывающем заводе ООО «Газпром добыча Оренбург».

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на семинарах кафедры «Электромеханика» ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет». Результаты исследований по этапам докладывались на ежегодных Всероссийских научно-практических конференциях (Оренбург, 2006, 2007, 2008 г. г.), на Всероссийской научно-технической конференции (Оренбург, 2007 г.), на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием (Оренбург, 2007 г.). По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 2 в периодических научных изданиях из перечня ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 56 наименований, 5 приложений на 25 страницах и содержит 156 страниц машинописного текста, 74 рисунка, 11 таблиц.


ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы исследования, изложены цель работы, научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

Первый раздел диссертации посвящен анализу состояния исследуемого вопроса по литературным источникам. Приводится обзор методов расчета характеристик АМ с электрической несимметрией. Большой вклад в разработку теории и исследование несимметричных АМ внесли А.И. Адаменко, Т.Г. Сорокер, Е.И. Ефименко, Н.Г. Никиян, А.С. Падеев. Показана необходимость в разработке и усовершенствовании известных методик расчета электромеханических характеристик АМ при несимметрии ОС.

Второй раздел посвящен разработке математической модели АМ с несимметрией ОС, вызванной исключением части витков. Описаны физические модели АМ с исключением части витков фазных обмоток.

Условия рассмотрения и допущения

В качестве исходной рассматриваем симметричную асинхронную машину с одинаковыми числами витков в фазных обмотках . Отключенное из фазной обмотки (например, фазы А) число витков обозначим . В дальнейшем АМ эксплуатируется с числами витков в фазах соответственно , и .

Для схемы соединения в звезду и изолированной нейтральной точке сумма фазных токов равна нулю

. (1)

Уравнения ЭДС в дифференциальной форме

Обмотку статора (ОС) рассматриваем пофазно, обмотку ротора (ОР) – в целом, ввиду ее симметричности. Для общего случая (в том числе при несимметрии фазных обмоток) уравнения ЭДС имеют следующий вид:

, (2)

, (3)

, (4)

, (5)

где – активное сопротивление исправной части обмотки фазы А, и  – активные сопротивления обмоток фаз В и С, – активное сопротивление фазы ротора.

Уравнения ЭДС АМ в установившемся режиме работы

Уравнения (2) ÷ (5) записаны в неподвижных фазных осях и поэтому имеют периодические коэффициенты. Чтобы получить уравнения с постоянными коэффициентами, запишем их в системе осей, вращающихся с синхронной скоростью. Уравнения установившегося режима записываются в символической форме только для синусоидально изменяющихся периодических величин. Однако при несимметрии фазных обмоток статора в воздушном зазоре возникает также поле обратной последовательности, которое индуцирует в роторе ток обратной последовательности. Поэтому допускаем, что на роторе существует не только реальный контур тока, индуцированного полем прямой последовательности (его частота ), но и условный контур тока, индуцированного полем обратной последовательности (его частота ). Допускаем, что условный контур ротора не имеет электрической и электромагнитной связи с контуром прямой последовательности ротора, но связан электромагнитно с фазными обмотками. Потерями в стали ротора пренебрегаем ввиду их малости. Поэтому можно считать, что взаимоиндуктивности контура тока обратной последовательности с контурами статора (фазные обмотки) равны соответственно взаимоиндуктивностям контура тока прямой последовательности. Принимаем также, что активное сопротивление и индуктивности контура тока обратной последовательности равны соответствующим параметрам контура тока прямой последовательности.

Для установившегося режима работы из уравнений (2) ÷ (5) получаем:

(6)

(7)

(8)

Для короткозамкнутого ротора уравнение имеет следующий вид:

(9)

Уравнение напряжений контура тока обратной последовательности на роторе имеет следующий вид:

(10)

Уравнения (6) ÷ (10) в комплексной форме образуют систему, из которой по параметрам контуров и приложенным фазным напряжениям можно определить токи контуров в различных режимах работы. Эта система в виде матричного уравнения записывается как


(11)


Расчет и экспериментальное определение электромагнитных характеристик асинхронных двигателей. По изложенной выше методике было создано программное обеспечение на языке программирования Delphi 7.0. Решение матричного уравнения (11) позволяет получить токи контуров в комплексной форме. Расчет токов в фазах статора выполнялся для значений скольжения для построения рабочих характеристик, а также – для пусковых характеристик. Значения токов в фазах статора представлены на рисунке 1 для двигателя АИР100S4 (3 кВт). Расчеты выполнялись для случаев симметричных и несимметричных фазных обмоток статора.

Математическая модель позволяет рассчитать токи в контурах статора и ротора в комплексной форме. Действующие значения токов близки к измеренным величинам, полученным на физических моделях (максимальная погрешность не превышает 6 %).


  1   2   3

Похожие:

Электромеханические характеристики трехфазного асинхронного двигателя при несимметрии обмотки статора iconИспытание трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором
Цель работы: Снятие рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором методом торможения генератором постоянного...
Электромеханические характеристики трехфазного асинхронного двигателя при несимметрии обмотки статора iconЛогико-командный регулятор асинхронного двигателя с фазным ротором
Используя паспортные данные двигателя, рассчитать номинальные значения скольжения, момента, активные и реактивные сопротивления обмоток...
Электромеханические характеристики трехфазного асинхронного двигателя при несимметрии обмотки статора iconГуляева Анна Афанасьевна студент группы ау-б-08 Московский государственный горный университет
Моделирование электропривода на основе трехфазного асинхронного двигателя с частотным управлением
Электромеханические характеристики трехфазного асинхронного двигателя при несимметрии обмотки статора icon«Анализ характеристик асинхронного двигателя»
Формировать знания об основных характеристиках асинхронных двигателей, особенность параметров рассматриваемых электрических машин...
Электромеханические характеристики трехфазного асинхронного двигателя при несимметрии обмотки статора iconА. А. Пугачев синтез передаточной функции асинхронного
Приведен синтез вида и параметров передаточной функции асинхронного электропривода, управляемого углом поворота статора
Электромеханические характеристики трехфазного асинхронного двигателя при несимметрии обмотки статора iconЕлектромеханічні системи та автоматизація
Целью работы является анализ возможности повышения управляемости ад путем улучшения характеристик регулирования скорости и момента...
Электромеханические характеристики трехфазного асинхронного двигателя при несимметрии обмотки статора icon5. 7 Применение асинхронного двигателя с фазным ротором для привода шахтной подъёмной установки
Применение асинхронного двигателя с фазным ротором для привода шахтной подъёмной установки
Электромеханические характеристики трехфазного асинхронного двигателя при несимметрии обмотки статора iconДвухобмоточный асинхронный генератор в двухфазном исполнении с емкостным возбуждением
Ратора выполнены по различным схемам соединения обмоток статора. Путём выбора числа витков фаз обмоток статора выполненные на различное...
Электромеханические характеристики трехфазного асинхронного двигателя при несимметрии обмотки статора iconThe Optimum ann to Study The Induction Motor Working with Random Load Антоненков А. В., начальник онти зао нпп «иста-см», к т. н
Оптимальная искусственная нейронная сеть для исследования асинхронного двигателя, работающего со случайной нагрузкой
Электромеханические характеристики трехфазного асинхронного двигателя при несимметрии обмотки статора iconИнструкция по эксплуатации 2 Использование по назначению
Запуск двигателя возможен только при нейтральном положении рукоятки управления скоростью движения, наклоненной в сторону оператора...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница