CC BY
16
УДК 621.3
B.C. Березовский, V.S. Berezovsky, e-mail: beiezovsky.vSad@gmati.co7n E.B. Птщына, E. V. Ptitsyna, e-mail: evpTitsyna($yandex.nj М.Ю. Николаев, M.Yu. Nikolaev, e-mail: tmmp@yandex.ru Ю.В. Сиромаха, Yu. V. Siromacha
Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk State Technical University. Omsk, Russia
К ВОПРОСУ О ПОВЫШЕНИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ МОНИТОРИНГА АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ЧАСТОТНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ ОБОРОТОВ
ТО THE QUESTION OF INCREASING THE MONITORING OF VARIABLE FREQUENCY DRIVES' EFFICIENCY
В статье рассматриваются вопросы повышения эффективности мониторинга асинхронных двигателей с частотным регулированием оборотов, предназначенных для работы в сети с частотой 50 Гц.
The article considers the questions of increasing the efficiency of monitoring of induction motors with frequency regulation of speed, designed to operate in a network with the frequency of 50 Hz.
Ключевые слова: преобразователь частоты, асинхронный двжателъ, превышение температуры нагрева магншпопровода, частота
Keywords: frequency converter induction motor, exceeding the temperature of the magnetic circuit, frequency
Одним из важнейших научных направлений для современной энергетики являются исследования в области развития технологий энергетической эффективности. В России проведение мероприятий по энергосбережению и повышению энергоэффективности носит обязательный характер, что закреплено соответствующими нормативными актами [1]. ежегодный мониторинг мероприятий по энергосбережению предполагает экономию энергетических ресурсов - 3%.
Поскольку основную долю электроприёмников в энергосистеме составляет асинхронная нагрузка, то наиболее предпочтительна разработка мероприятий по рациональному ис-
212
пользованию энергоресурсов именно для данного вида нагрузки [2.3]- Развитее приводной техники обеспечивает наиболее эффективное использование асинхронных двигателей при их частотном регулировании (ЧРП).
Однако на предприятиях после энергоаудита существует проблема мониторинга эффективности установки ЧРП. это связано с трудностями количественной оценки потерь энергии в двигателе до и после установки преобразователей частоты (ПЧ).
При частотном регулировании двигателей, предназначенных для работы в сети с частотой 50 Гц, в них возникают дополнительные потери, что снижает экономический эффект от применения ПЧ и надёжность работы не только привода, но и агрегата в целом. Известны различные способы оценки потерь в регулируемом двигателе [4.5]:
1 Расчёт тепловых полей асинхронного двигателя с применением программного обеспечения, например, продуктов таких разработчиков, как ANS YS, ELCUT и др. Однако для применения подобных продуктов необходимо построение модели двигателя, что требует исчерпывающих сведений о геометрии всех машин находящихся в эксплуатации на рассматриваемом предприятии.
На каждом конкретном производстве или электростанции в параллельной работе находятся десятки двигателей с различными параметрами, а значит, мониторинг их эффективности может занять слишком много времени, а информация, содержащая обмоточные данные и геометрию пазов, как правило, недоступна;
2.Существуют методы моделирования тепловых полей на основе развёрнутых тепловых схем замещения или методы конечных элементов, которые также характеризуются необходимостью задавать геометрию как активных, гак и конструктивных частей АД, и значительных затрат времени для реализации расчётов
В результате цепного моделирования определяются установившиеся значения превышения температуры в основных элементах машины для конкретных значений частоты вращения и нагрузки, что характеризует их недостоверность в отношении регулируемых приводов с достаточно переменной нагрузкой:
3 Инженерные методы, построенные на базе метода эквивалентных потерь, позволяют оценивать как средние значения превышения температуры в основных элементах машины, так и допустимые нагрузки. Однако эти методы, во-первых, носят лишь оценочный характер, во-вторых, непригодны для анализа теплового режима в широком диапазоне изменения частоты вращения ротора и требуют знания точных значений ряда коэффициентов, получаемых экспериментально [б].
Таким образом, анализ существующих методов показал, что они сложны и неудобны для реализации, а так же требуют апробации. Поэтому целесообразно принять во внимание методику тепловизионного контроля, которая позволяет получить точные данные о превышении температуры нагрева асинхронных двигателей, работающих при частотах отличных от 50 Гц.
Данная методика оценки тепловых потерь в ЧРП реализуется на основе тепловизионного оборудования в сочетании с применением анемометра для исследования скорости воздушных потоков и вычисления коэффициента теплоотдачи.
Тепловизионное исследование позволяет быстро и эффективно определить превышения температуры нагретых частей машины при работе на ра зличных частотах и изменении коэффициента теплоотдачи. Тепловизор обеспечивает бесконтактный контроль, что исключает нарушения технологического процесса, в котором задействован исследуемый привод агрегата.
Экспериментальные исследования выполнены в лабораторных условиях ОмГТУ на асинхронном двигателе с преобразователем частоты, имеющих следующие паспортные данные [7]:
Тип электродвигателя - 4А80А2УЗ, номинальное напряжение - 3x220/380 В, номинальная мощность - 1,5 кВт, номинальный ток - 8,2/4,64 А, номинальная частота напряжения питания - 50 Гц, номинальная частота вращения ротора - 2835 об/мак, номинальный КПД - 80%, номинальный коэффициент мощности - 0,87:
Модель 114 - fr-s520se-1.5kbt, мощность - 1,5кВт, входной ток - 17 4а. напряжение сети - 220-240В, количество фаз на входе - 1, частота входного напряжения - 50Гц. входной ток - 7А (шах), выходное напряжение - 20Q-24ÜB. количество фаз на выходе - 3, частота входного напряжения - 0,5-120 Гц. В преобразователе частоты реализован закон регулирования постоянства магнитного потока U/f = cansí.
В качестве нагрузки АД использован автомобильный генератор тока типа 3212.3771000 с параметрами: номинальная мощность 1258Вт, выпрямленный ток не менее -65А, обороты < 2130 об/мин, минимальная частота вращения генератора, при которой выходное напряжение достигает номинального - 1400 об/мин. Возбуждение генератора регулировалось реостатом и поддерживалось равным 1,2А.
Использованные приборы: тепловизор, амперметр USB-осциллограф (совместимый с ПК). Модель тепловизора Testo 885-2, тип детектора - 3200x240 пике., температурная чувствительность <30 Мк, спектральный диапазон — 8-14, температурный диапазон - -20еС -100ЭС (0еС +350е). измерение высоких температур - +350, погрешность - ±2СС (±2%).
При выполнении экспериментальных исследований измеряли тепловые поля электродвигателя в установившемся режиме при работе асинхронного двигателя на различных частотах Диапазон изменения частоты в эксперименте варьировался от 20 Гц до 60 Гц. Использовалась репликация опытов. Исследования выполнены с постоянной нагрузкой на валу двигателя при неизменном расстоянии между двигателем и тепловизором (1 м) и температуре окружающего воздуха (+25 °С).
На рис. 1-3 представлены снимки изменения температуры нагрева поверхности АД при его работе на частотах 20 Гц, 50 Гц и 60 Гц.
¡-4S ■
Н-41
ИЛ'Е
Рнс. 1. Тепловвзиокный снимок поверхности Рис. 2. Тепловнзионный снимок поверхности
двигателя при частоте 20 Гц. Точка Н52- Зб,2°С двигателя при частоте 50 Гц. Точка Н!52 - 40,4аС
На рис. 4 показан характер возрастания температуры при частотном регулировании оборотов асинхронного двигателя
Экспериментальными исследованиями подтверждено, что работа асинхронного двигателя на повышенных частотах вызывает дополнительное увеличение температуры нагрева магнитопровода, что обусловлено увеличением потерь в стали на частотах выше 50 Гц.
Рис. 3. Тепловшнонный снимок поверхности двигателя при частоте 60 Гц. Точка HS2 -43,7°С
Результаты опытов совпадаютс выводами [8], однако с увеличением мощности машины потери энергии возрастают, а теплоотдача ухудшается, что обуславливает возможный перегрев конструктивных частей двигателя. Поэтому требуется проведение исследований и апробопия данной методики в промышленных условиях
Библиографический список
1 Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации: Федеральный закон Российской Федерации от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ, 56 с.
2_ Николаев М.Ю Контроль метрологических параметров и вибродиагностика электрических комплексов для определения состояния оборудования тепло станции / М.Ю. Николаев, Е.В. Николаева, B.C. Березовский, Е.В. Никитин // Энергобезопасность и энергосбережение. - 2013. -№ 4. - С.22-25.
3 Николаев М.Ю. Применение современных методов вибродиагностики и метрологического контроля в системах электроснабжения собственных нужд ТЭС / М.Ю Николаев, B.C. Березовский, Е.В. Николаева, Е.В. Никитин // Технические науки - от теории к практике.-2013.-^ 21- - С. 51-57.
4. Тубис Я.Б. База знаний «Тешювентнляционный расчёт асинхронных двигателей» как составная часть расчётной подсистемы интеллектуатьной САПР АЭД / Я.Б. Тубис, А.Э. Кравчик, А С Кобе лев // Электротехника. - 2004. - № 5.
5. Зайцев A.M. Новая серия частотно-регулируемых асинхронных двигателей общего применения разработки ОАО «НИПТИЭМ» ! A.M. Зайцев, А В. Захаров, А С Кобе лев, О В Крутиков V Электротехника. - 2008. - № 9.
6 Захаров А.В Определение превышений температуры и допустимых нагрузок закрытых асинхронных двигателей с короткозамкнугым ротором, эксплуатируемых в широком
диапазоне частоты врашения ! A.B. Захаров, A.C. Кобе лев. C.B. Кудряшов // Электричество. -2010 -№ 12. - С. 35-42.
7. Попов А.П Частотное регулирование оборотов асинхронного двигателя : методические указания к лабораторной работе / А.П. Попов, А.И. Батрак. - Омск: Изд-во ОмГТУ. -2009.-25 с.
8. Сыромятников И.А Режимы работы синхронных и асинхронных двигателей / Под ред. Л.Г Мамиконянца. - 4-ое изд. - М.: Энергоагомиздат, 1984. - 240 с.
