CC BY
103
6. O l s e n, R. G. A comparison of exact and quasi-static methods for evaluating grounding systems at high frequencies / R. G. Olsen, M. C. Willis // IEEE Trans. Power Del. - 1996. -Vol. 11, № 2.-P. 1071-1081.
7. К а р я к и н, Р. Н. Удар молнии в протяженный неоднородный заземлитель / Р. Н. Карякин, В. Г. Лосев // Электричество. - 2009. - № 4. - С. 12-18.
8. L i u, Y. An engineering model for transient analysis of grounding system under lighting strikes : nonuniform transmission-line approach / Y. Liu, N. Theethayi, R. Thottappillil // IEEE Trans. Power Del. - 2005. - Vol. 20, № 2. - P. 722-730.
9. V e l a z q u e s, R. Analytical modeling of grounding electrodes transient behavior / R. Ve-lazques, D. Mukhedkar // IEEE Trans. Power Apparatus and System. - 1984. - Vol. PAS-103, № 6.-P. 1314-1322.
10. Э к с п е р и м е н т а ль н ы е исследования заземлителей молнезащиты при воздействии импульсных токов / Р. К. Борисов [и др.] // Электро. - 2004. - № 1. - С. 13-16.
11. Э л е к т р о м а г н и т н ы е характеристики заземляющих устройств опор высоковольтных линий при измерениях импульсным методом / В. Н. Боронин [и др.] // Известия РАН. Энергетика. - 2009. - № 2. - С. 11-20.
12. Г е р а с и м о в и ч, Д. А. Расчет электромагнитных характеристик уединенных вертикальных стержневых заземлителей конечной длины при стекании переменного тока промышленной частоты / Д. А. Герасимович, Е. А. Дерюгина // Энергетика... (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). - 2011. - № 2. - С. 22-29.
13. А н г о, А. Математика для электро- и радиоинженеров / А. Анго; пер. с фр. -М.: Наука, 1965.-780 с.
Представлена кафедрой
электрических станций Поступила 30.05.2011
УДК 621.313.333
АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ СО ВСТРОЕННЫМ КОМБИНИРОВАННЫМ ТОРМОЗНЫМ УСТРОЙСТВОМ НА БАЗЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ТОРМОЗА И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ МУФТЫ
Канд. техн. наук, доц. СОЛЕНКОВ В. В., канд. техн. наук БРЕЛЬ В. В.
Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого
Электродвигатели с тормозными устройствами широко используются в крановом электроприводе, конвейерах, лифтах, эскалаторах, электроприводе подач и других электроприводах, требующих быстрой и точной остановки. При этом электромеханические тормоза является относительно простым и дешевым средством для торможения электроприводов на базе асинхронных двигателей (АД) [1-3].
Они обеспечивают:
• наиболее быстрое торможение по сравнению с другими известными способами;
• надежное затормаживание при исчезновении напряжения сети, тогда как у остальных способов торможения в этих условиях тормозное действие прекращается.
Кроме того, очевидное преимущество механического торможения - отсутствие дополнительных потерь энергии в двигателе, что позволяет значительно увеличить число торможений привода в единицу времени, хотя долговечность фрикционных обкладок механического тормоза при этом снижается.
К недостаткам встроенных электромеханических тормозных устройств (ЭМТУ) следует отнести:
• износ фрикционных накладок, дисков или ленты;
• необходимость регулярного технического обслуживания их (особенно при большой частоте включений в единицу времени);
• возможность повреждения электрического оборудования абразивной пылью;
• большие токи и ударные моменты при срабатывании тормозного устройства.
Перечисленные факторы сдерживают применение электромеханических тормозов в электроприводах, требующих плавного и быстрого торможения.
Электромагнитные муфты (тормоза) скольжения также применяются для плавного торможения механизмов в электроприводах конвейеров, вентиляторных и насосных установках. Они выгодно отличаются от тормозных устройств фрикционного типа отсутствием быстроизнашивающихся элементов, возможностью плавного регулирования тормозного момента и работой с высокими частотами вращения, а также отсутствием дополнительных потерь в двигателе.
Недостатками электромагнитных муфт скольжения, в свою очередь, являются громоздкость конструкции, малый тормозной момент на низких скоростях ротора или повышенный нагрев тормоза скольжения при обеспечении требуемого тормозного момента на низких скоростях.
Из изложенного следует, что использование ЭМТУ для торможения АД перспективно в случае увеличения их износостойкости и плавности торможения. Плавностью торможения, как отмечалось, обладает электромагнитная муфта, а износостойкость (или допустимое число торможений) ЭМТУ можно увеличить, если торможение производить на пониженной скорости [4]. Естественным является стремление объединить электромагнитную муфту, которая обеспечивает большой тормозной момент и плавность торможения в диапазоне высоких скоростей, с электромеханическим тормозом, срабатывающим на пониженной скорости.
Таким образом, в электроприводах малой и средней мощности для быстрого, точного, надежного и плавного торможения следует считать перспективным встраиваемое (в асинхронный двигатель) комбинированное тормозное устройство (ВКТУ), включающее электромагнитную муфту скольжения и нормально замкнутый электромеханический тормоз.
Современное состояние разработки, исследования и применения асинхронных двигателей со встраиваемыми тормозными устройствами показывает, что промышленность нуждается в простых, надежных и долговечных конструкциях АД с ВКТУ для электроприводов с частыми пускотормоз-ными режимами.
Функциональная схема АД с ВКТУ представлена на рис. 1.
В общем случае АД с ВКТУ содержит:
• асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором;
• электромеханический нормально замкнутый тормоз;
• электромагнитную муфту скольжения;
• схему управления.
Формирование тормозной механической характеристики происходит следующим образом. После отключения двигателя от сети форсирующее напряжение подается на электромагнитную муфту скольжения. Двигатель начинает тормозиться электромагнитным полем, создаваемым вихревыми токами в тормозном диске, который жестко связан с валом двигателя. Чем больше скорость вращения вала двигателя, тем больший тормозной момент создает электромагнитная муфта. В процессе торможения скорость вала замедляется, и при достижении заданной скорости включения ювкл схема управления размыкает электромеханический тормоз. С этого момента на вал двигателя действует суммарный тормозной момент от муфты и электромеханического тормоза. Скорость включения ювкл определяется необходимой тормозной механической характеристикой электропривода и задается изначально в схеме управления. Требуемая тормозная механическая характеристика для электропривода определяется в ходе исследования или экспериментально.
К достоинствам предложенной конструкции АД с ВКТУ следует отнести:
1) малый износ фрикционных накладок тормоза за счет того, что механическое торможение происходит на пониженной скорости. Допустимое число торможений обратно пропорционально квадрату изменения частоты вращения ротора в начале торможения [4], т. е. если частоту вращения ротора в начале торможения для электромеханического тормоза уменьшить в два раза (т. е. ювкл = 0,5юн), то допустимое число торможений для фрикционной накладки увеличится в 4 раза
* 1
2
Ювк
где N - допустимое число торможений (гарантированное число торможений новых фрикционных накладок до их полного износа); Ювкл - скорость вращения ротора в начале торможения фрикционной накладкой (или скорость, при которой происходит включение электромеханического тормоза);
2) плавность торможения за счет использования электромагнитной муфты скольжения, обладающей мягкой тормозной характеристикой. В общем случае АД с ВКТУ позволяет формировать семейство тормозных механических характеристик, подобных динамическому торможению АД с фазным ротором. Это является существенным достоинством, так как становится возможным использовать АД с короткозамкнутым ротором там, где до этого использовались АД с фазным ротором в режиме динамического торможения;
3) наличие тормозного момента при нулевой скорости (торможение на упор). Такое торможение необходимо для поддержания рабочих органов и грузов в заданном положении согласно технологическому процессу, а также в целях безопасности при отключении питающего напряжения сети. При необходимости может быть предусмотрено механическое расторма-живание;
4) уменьшенные тепловые потери в самом электродвигателе по сравнению с электрическими способами торможения. Необходимый тормозной момент в АД с короткозамкнутым ротором часто может обеспечиваться лишь за счет перегрева двигателя. Данная проблема особо актуальна для цехов с повышенной температурой окружающей среды (литейно-формо-вочные, кузнечные, горячей прокатки и т. п.). Зачастую в летнее время при повышенной температуре окружающей среды выходит из строя коммутационная аппаратура и перегревается двигатель. Особенно это касается механизмов, работающих в повторно-кратковременном режиме;
5) возможность встраивания в базовый асинхронный двигатель (со стороны вентилятора), основанная на использовании электромагнитов постоянного тока с форсировкой, а также оптимизации параметров электромагнита и электромагнитной муфты скольжения [5];
6) возможность встраивания ТУ в АД в обычном электроремонтном цехе в связи с конструктивной простотой. В определенной мере АД с ВКТУ является альтернативой применению динамического торможения в АД с фазным и с короткозамкнутым ротором.
Несмотря на перечисленные достоинства конструкции АД с ВКТУ, по-прежнему остаются актуальными проблемы влияния ТУ на работу АД, увеличения срока службы тормозных накладок, уменьшения габаритных размеров ТУ, расхода активных материалов и создания схем управления [6].
В моменты пуска и торможения встраиваемое комбинированное ТУ оказывает влияние на электромеханические переходные процессы, происходящие в приводе. Наличие дополнительного тормозного момента на валу и несимметрии в статорной цепи (в случае несимметричных схем управления) обусловливают определенные различия в характере протекания процессов в АД с ВКТУ по сравнению с процессами в обычном АД. Кроме того, АД с ВКТУ предназначены в основном для повторно-кратковременных режимов работы, где значительную часть в общей длительности циклов работы составляют электромеханические переходные процессы. Поэтому также необходимо математически описать и исследовать электромеханические переходные процессы, протекающие в АД с ВКТУ.
Конструкция АД с ВКТУ состоит из электромеханического тормоза и электромагнитной муфты скольжения, которые встраиваются в базовый АД со стороны вентилятора. На рис. 2 приведены конструкция электромеханической части АД с ВКТУ и ее фотография.
Рис. 2. Конструкция АД с ВКТУ (а) и ее фотография (б)
В момент пуска АД с короткозамкнутым ротором 3 схема управления формирует форсирующее напряжение, которое подается на электромеханический тормоз 1. Тормозные накладки размыкаются, и двигатель начинает вращаться. Через небольшой промежуток времени после срабатывания электромеханического тормоза напряжение на обмотке электромагнита снижается до напряжения удержания.
В момент начала торможения АД схема управления формирует форсирующее напряжение, которое подается на электромагнитную муфту 2. Двигатель затормаживается, и в определенный момент времени (при пониженной скорости вращения АД) схема управления обесточивает электромагнит, и тормозные накладки, замыкаясь, создают дополнительный тормозной момент.
На рис. 3 представлена механическая характеристика спроектированной муфты скольжения для двигателя АИР90 (пн = 1420 об/мин).
На рис. 4 показана механическая характеристика АД с ВКТУ (при
Ювкл = 0,5юн).
со, о. е. 1,1 т
-1,0
0,5 М, о. е. 0
ю, о. е. 1,1
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3 0,2
0,1
-1,5
-1,0 М, о. е. -0,5
Рис. 3. Механическая характеристика муфты скольжения для двигателя АИР90
Рис. 4. Механическая характеристика АД с ВКТУ
б
а
В Ы В О Д
Разработанная конструкция АД с ВКТУ, являясь относительно простой и дешевой, обладает рядом достоинств. В лаборатории кафедры «Теоретические основы электротехники» Гомельского государственного технического университета имени П. О. Сухого изготовлена конструкция АД с ВКТУ (рис. 2). Экспериментальные исследования АД с ВКТУ подтвердили правильность разработанных инженерных методов расчета и проектирования. Это позволило внедрить АД с ВКТУ в электропривод накопителя шасси с мостами № 101.12.24.000000 в филиале РУП «Гомсельмаш» «ГЗСК».
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. С о л е н к о в, В. В. Асинхронные двигатели с электромеханическими тормозными устройствами / В. В. Соленков, В. В. Брель // Энергетика... (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). - 2004. - № 4. - С. 28-32.
2. Г у с е л ь н и к о в, Э. М. Самотормозящиеся электродвигатели / Э. М. Гусельников, Б. С. Цукерман. -М.: Энергия, 1971. - 96 с.
3. K a г l, E. Biinkmann GmbH. Electromagnetic technology - www.keb.de. 2010. - № 8. - 52 с.
4. А л е к с а н д р о в, М. П. Тормозные устройства / М. П. Александров, А. Г. Лысяков. -М.: Машиностроение, 1985. - 312 с.
5. С о л е н к о в, В. В. Оптимизация параметров электромагнита в двигателях с тормозными устройствами / В. В. Соленков, В. В. Брель // Вестник ГГТУ имени П. О. Сухого. -2004.-№ 3.-С. 33-36.
6. С о л е н к о в, В. В. Бесконтактные схемы форсировки в тормозных устройствах асинхронных двигателей / В. В. Соленков, В. В. Брель // Энергетика. (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). - 2009. - № 4. - С. 31-36.
Представлена кафедрой теоретических основ электротехники Поступила 25.05.2011
УДК 621.019
КОМПЬЮТЕРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОЦЕНКИ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ОТКЛЮЧЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ НА КАПИТАЛЬНЫЙ РЕМОНТ
Докт. техн. наук, проф. ФАРХАДЗАДЕ Э. М., кандидаты техн. наук МУРаДаЛИЕВ А. З., РАФИЕВА Т. К., инж. ИСМАИЛОВА С. М.
АзНИПИИ энергетики (Баку, Республика Азербайджан)
Проблема оптимального восстановления износа силовых трансформаторов и автотрансформаторов (далее - трансформаторов), срок службы которых превышает нормативное значение, относится к числу наиболее важных и трудных. Процесс старения оборудования естествен и характерен не только для трансформаторов (ТР). Поэтому выработанные практикой
