CC BY
20
УДК 621.313
ИССЛЕДОВАНИЕ НАГРЕВА ОБМОТОК СИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ БОЛЬШОЙ
МОЩНОСТИ ПРИ ПРЯМОМ ПУСКЕ
Ш.Т. Дадабаев
В статье выявлены основные негативные факторы, влияющие на пусковые режимы синхронных электроприводов насосных агрегатов, а также приведены основные причины нагрева обмоток мощных синхронных двигателей, выполнено компьютерное моделирование синхронного электропривода при прямом пуске, смоделирован нагрев синхронного двигателя при прямом пуске, результаты моделирования приведены в виде графиков переходных процессов в относительных единицах.
Ключевые слова: насосные агрегаты, синхронный электродвигатель, пусковые токи, нагрев двигателя, прямой пуск, моделирование.
В электрических двигателях процесс преобразования энергии всегда вызывает потери, которые превращаются в тепло, т.е. машины будут нагреваться при работе. Тем выше температура машины при работе, тем быстрее она теряет свои свойства изоляции и тем самим быстро сокращается срок службы оборудования. Значимые изменения нагревов электродвигателей наблюдаются в переходных режимах, когда значения электрических параметров машины изменяются большими скачками [3]. Поэтому вопрос исследования нагрева электродвигателей при переходных режимах и их устранения является актуальным вопросом. Технический ресурс электрооборудования всегда зависит от его правильного использования, т.е. от его эксплуатации. Оптимальное использование электрооборудования приводит к увеличению технического ресурса электродвигателя и всего электрооборудования в целом.
В данной статье объектом для исследований был принят высоковольтный синхронный электродвигатель (СЭД) насосного агрегата оросительной насосной станции первого подъема. Возмущающие воздействия на объект было принято режим прямого пуска двигателя и нагрев его обмоток. С учетом этих факторов, исследование проводился на оросительной насосной станции АНС-1 расположенной в Аштском районе Согдийской области Республики Таджикистан. Электроприводом насосных агрегатов АНС-1 служит явнополюсные вертикальные СЭД, а регулированием производительности насосных агрегатов выполняются путем включения или отключения агрегатов [1, 2, 4]. Данный метод является неэффективным и опасным, так как каждый пуск высоковольтного СЭД проходит многократными скачками токов двигателя и нагревом двигателя [1, 2, 8]. Для детального анализа данного вопроса выполнено компьютерное моделирование синхронного электропривода насосных агрегатов АНС-1 на базе программы МАТЬАВ/БтиИпк. В АНС-1 используется СЭД мощностью 8000 кВт и частотой вращения 375 об/мин. На рис. 1 приведена математическая модель СЭД в операторной форме в системе координат ё-д в относительных единицах [7].
Рис. 1. Математическая модель СЭД в операторной форме в системе координат в о.е
213
Известия ТулГУ. Технические науки. 2019. Вып. 12
Результаты моделирования прямого пуска синхронного двигателя приведены на рис. 2.
Рис. 2. Графики переходных процессов при прямом пуске синхронного электродвигателя серии
ВДС2-325/69-16
Как видно из графиков, при пуске момент изменяется в больших кратностях с знакопеременным значением [3, 5]. Это обстоятельство приводит к возникновению выбрации в механических частях электрооборудования, так как момент и ток в электродвигателях пропорциональны друг-другу, тогда нагрев тоже при прямом пуске будет иметь место [1, 3, 5].
Для моделирования нагрева СЭД, формулу количество теплоты Q преобразеум в дифференциальное уравнение следующего вида [3, 8]:
Ш = | Я1 ■ 12 йг, (1)
где К1 - активное сопротивление проводника, Ом; I - ток, проходящий через проводник, А.
Таким образом с помощью дифференциального уравнения можно преобразовав в операторный вид, смоделировать на MATLAB и получить график изменения количество теплоты выделямые в обмотках СЭД. С этой целью в модели используемые для исследования прямого пуска СЭД, добавим дополнительные звенья описивающие уравнения 1. Общий вид полученной компьютерной модели, которая было смоделирована в программе МАТЪАВ, приведен на рис. 3.
*(<«са** ситом
оипммАвС
■Ьвг»кятв1ст еле) СО
¡афгл^'.рр«!
Рис. 3. Компьютерная модель для исследования нагрева СЭД
Результаты моделирования при прямом пуске приведены на рис. 4.
Рис. 4. График нагрева обмотки статора СД при прямом пуске
214
Результат моделирования показывают, что при прямом пуске, количество теплоты симметрично возрос до определенного значения, и стабилизировался на отметьке 0,76 в о.е. Поскольку нагрев обмоток двигателя на прямую зависить от тока проходящего через него и при прямом пуске значение токов как показано на рис. 2 имеет пятикратное значение, тогда нагрев и количество теплоты тоже увеличиваются в значительном темпе. Поэтому выбор точного и оптимального значения ограничения пускового тока является весьма трудной задачей, поскольку для каждого электродвигателя это значение может быть разным.
Список литературы
1. Дадабаев Ш.Т. Исследование пусковых переходных процессов высоковольтного синхронного электропривода с учетом нагрева и жаркого климата // Энергетические системы. Сборник трудов II Международной научно-технической конференции. Ответственный редактор П.А. Трубаев. Белгород: Изд-во БГТУ, 2017. С. 179-184.
2. Дадабаев Ш.Т. Перспективы внедрения регулируемых электроприводов в насосных агрегатах большой мощности. Энергетик, 2015. № 2. С. 31-33.
3. Дадабаев Ш.Т. Компьютерное моделирование нагрева синхронных электроприводов насосных агрегатов при различных способах пуска // Перспективные информационные технологии (ПИТ 2017). Труды Международной научно-технической конференции. Самара: Издательство Самарского научного центра РАН, 2017. С. 76-80.
4. Дадабаев Ш.Т. Моделирование режимов пуска высоковольтного синхронного электропривода с устройством плавного пуска // САПР и моделирование в современной электронике. Сборник научных трудов I Международной научно-практической конференции; под ред. Л. А. Потапова, А.Ю. Драки-на. Брянск: БГТУ, 2017. С. 91-94.
5. Дадабаев Ш.Т. Оптимизация пусковых режимов работы высоковольтных электроприводов оросительной насосной станции с учетом жаркого климата // Известия высших учебных заведений. Электромеханика, 2018. Т. 61. № 2. С. 86-91.
6. Донской Н.В. Регулируемые электроприводы переменного тока. Чебоксары: Изд-во Чуваш. Ун-та, 2007. 204 с.
7. Калинин А.Г. Исследование и разработка энергоэффективных режимов электроприводов в системах электроснабжения. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Чебоксары,2011.
Дадабаев Шахбоз Толибджонович, старший преподаватель, shahbozdadoboev@,mail. ru, Таджикистан, Худжанд, Худжандский политехнический институт таджикского техничесого университета имени академика М.С. Осими
RESEARCH HEA TING OF HIGH-POWER SYNCHRONO US ELECTRIC MOTOR A T DIRECT START
Sh.T. Dadabaev
The article identifies the main negative factors affecting the starting conditions of synchronous electric drives of pumping units, as well as the main reasons for heating the windings of powerful synchronous motors, provides computer simulation of a synchronous electric drive with direct start, simulates the heating of a synchronous motor with direct start, the simulation results are shown in graphs transients in relative units.
Key words: pumping units, synchronous electric motor, starting currents, motor heating, direct start,
modeling.
Dadabaev Shakhboz Tolibjonovich, senior lecturer, shahbozdadoboev@mail. ru, Tajikistan, Khujand, Khujand Polytechnic Institute of the Tajik Technical University named after academician M.S. Osimi
