CC BY
148
УДК: 621.313/314:66.047
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СПОСОБА ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Р.В. БАНИН, кандидат технических наук, доцент Челябинская ГАА E-mail: barom@mail.ru
Резюме. Статья посвящена повышению эксплуатационной надежности асинхронных электродвигателей в сельском хозяйстве путем увеличения работоспособности их изоляции. Предложены способ токовой сушки изоляции обмоток и устройство для его реализации. Приведены результаты экспериментальных исследований процесса сушки изоляции асинхронного двигателя сельскохозяйственного исполнения.
Ключевые слова: асинхронный двигатель, изоляция, эксплуатационная надежность, работоспособность, устройство сушки.
Большинство электроустановок в сельском хозяйстве оснащены асинхронными электродвигателями. По данным [1] и других исследователей, их эксплуатационная надежность остается низкой. Сегодня в аграрном секторе России эксплуатируется более 4 млн электродвигателей [2]. Ежегодно из строя выходит 20.. .25 % их парка, что приводит к ущербу более чем 500 млн руб. Среди основных причин отказов многие авторы [3, 4] называют снижение сопротивления изоляции обмоток асинхронных двигателей вследствие увлажнения.
Из литературных источников [3, 5] известно, что повысить эксплуатационную надежность асинхронных двигателей можно путём профилактической сушки изоляции их обмоток перед включением в работу.
Наиболее перспективное направление повышения эксплуатационной надежности асинхронных двигателей - токовая сушка. Ее использование ограничивает слабое развитие технических средств для реализации этого способа. В частности, наиболее распространены стационарные сушильные установки, транспортировка которых к месту сушки электродвигателя затруднена. Кроме того, они не обеспечивают стабилизации тока в процессе сушки, что служит ключевым параметром ее качества. Сушка изоляции, как правило, проводится путем подачи на обмотки переменного напряжения, величина которого сопоставима с номинальным напряжением электродвигателя. Это чревато возможными пробоями изоляции при сушке и выходом электродвигателя из строя.
Важным обстоятельством служит то, что токовая сушка предусматривает изменение штатной схемы соединения обмоток электродвигателя на последовательное, параллельное или смешанное. Современные серии асинхронных двигателей, особенно средней и большой мощности, все чаще выпускают со схемой соединения «звезда» без возможности изменения ее для конкретных условий эксплуатации. Поэтому схема соединения обмоток при сушке, как правило, последовательно-параллельная, что негативно сказывается на ее времени и равномерности.
Цель наших исследований - поиск новых путей повышения работоспособности асинхронных двигателей с использованием токового способа сушки изоляции их обмоток.
Условия, материалы и методы. Мы разработали
Рисунок. Схема электрическая принципиальная устройства сушки.
Достижения науки и техники АПК, №10-2010 ________________________________________________ 71
Таблица. Результаты экспериментального исследования процесса суш-
ки изоляции асинхронного двигателя
Номер точки изме- рения Корпусное сопротивление фаз А, В, С двигателя, МОм Термограмма
традиционный токовый способ разработанный способ традиционный токовый способ разработанный способ
А В С А В С
1 0,20 0,22 0,21 0,13 0,14 0,20
2 0,22 0,22 0,22 0,15 0,15 0,2
3 0,30 0,29 0,28 0,21 0,16 0,21
4 0,30 0,30 0,30 1,10 1,00 1,30
5 0,39 0,39 0,40 1,60 1,90 2,10
способ сушки изоляции обмоток постоянным пульсирующим током постоянной амплитуды и устройство для его реализации. Их использование предусматривает сушку без изменения действующей схемы соединения обмоток и обеспечивает равномерность распределения теплоты внутри машины, качество сушки, минимизацию ее времени и подаваемого на обмотки напряжения. Проведенные расчеты показали, что напряжение сушки электродвигателей наиболее распространенной серии 4А в диапазоне номинальных мощностей от 0,37 до 22 кВт не превышает 30 В, что в 10 раз и более ниже номинального.
Основу предлагаемого устройства сушки составляет обратноходовой импульсный преобразователь, работающий на частоте 132 кГц (см. рисунок). Высокая частота преобразования позволила получить КПД трансформатора около 96 %, а преобразователя более 85 %, что значительно превосходит показатели других аналогичных устройств. Управление преобразователем осуществляет контроллер DA1 широтно-импульсной модуляции семейства TopSwitch-GX фирмы Power Integration. Высокая степень интеграции кристалла в корпус Т0-220-7С позволила добиться минимальных габаритов, массы и стоимости устройства.
Качество и минимальное время сушки обеспечивает введение узла стабилизации тока на микросхеме DA2. Стабилизация основана на измерении падения напряжения на шунте R14 и подаче управляющего сигнала на вывод «С» контроллера DA1. Повышение КПД достигается путем минимизации потерь мощности на шунте R14 за
счет уменьшения его сопротивления до величины 20 мОм. Для управления контроллером требуется усиление сигнала с шунта, которое осуществляет операционный усилитель DA2.2. На элементе DA2.1 собран компаратор, который совместно с резистором R11 регулирует ток сушки.
Мы разработали алгоритм подачи постоянного пульсирующего напряжения на обмотки электродвигателя, в соответствии с которым достигается равномерность распределения тепла в корпусе машины. Управляет переключением обмоток контроллер DD1 семейства AVR Tiny модели 2313 фирмы Atmel. Разработанная программа управления контроллером позволяет изменять алгоритм работы устройства сушки с учетом особенностей любого электродвигателя современной серии.
При определении эффективности разработанного способа и устройства сушки изоляции асинхронного двигателя использовали электродвигатель марки 4А80В4БСУ1 сельскохозяйственного исполнения. Сушку проводили в течение 1 ч традиционным токовым и предложенным способами. Динамику процесса оценивали по изменению сопротивления корпусной изоляции обмоток двигателя для каждой из фаз. Сопротивление изоляции измеряли мегаомметрами М4100/3, включенными между корпусом и выводами каждой из фаз обмотки испытуемого электродвигателя. Время измерения составляло 60 секунд.
Равномерность распределения теплоты в корпусе машины определяли на основе результатов термографической съемки статора электродвигателя в процессе сушки.
Результаты и обсуждение. Мы установили, что при традиционном токовом способе сушки имеют место локальные перегревы отдельных областей обмотки (см. табл.). Для обеспечения нормативного срока службы изоляции при сушке следует ориентироваться по наиболее нагретым участкам. В этом случае процесс занимает продолжительное время. При несоблюдении такого условия перегрев обмотки негативно скажется на сроке службы изоляции.
При использовании нового способа сопротивление изоляции по истечении эксперимента достигло регламентированного ПУЭ предела в 0,5 МОм и значительно превысило его. При сушке традиционным способом величина этого показателя была ниже 0,4 МОм.
Необходимо отметить, что результаты выполненной работы носят оценочный характер и требуют продолжения исследований. Направление дальнейшей работы - совершенствование разработанного устрой__ Достижения науки и техники АПК, №10-2010
ства сушки и определение его влияния на параметры сушки. Применение микроконтроллера для реализации
технического состояния изоляции и надежность асин- алгоритма переключения фаз в процессе сушки обес-
хронных двигателей. печивает равномерное распределение теплоты в кор-
Выводы. Предложенный способ токовой сушки по- пусе машины. Использование сушки постоянным пуль-
зволяет повысить работоспособность асинхронных дви- сирующим током позволило сократить продолжитель-
гателей за счет обеспечения нормативного сопротив- ность этого процесса и повысить эксплуатационную
ления корпусной изоляции фаз и снижения напряжения надежность асинхронных двигателей.
Литература.
1. Гутов И. А. Прогнозирование состояния электродвигателей на основе использования многофакторных моделей старения изоляции: дис. ... канд. техн. наук: 05.04.97 : защищена 26.12.97 : утв. 15.04.98. - Барнаул, 1998. - 259 с.
2. Вузовская наука - региону: Материалы четвертой всероссийской научно-технической конференции. - Вологда: ВоГТУ, 2006. - Т. 1. - 543 с.
3. Оськин С.В. Методы и средства повышения эксплуатационной эффективности нерегулируемых электроприводов для кормоцехов и предприятий по переработке с.х. продукции [Текст]: дисс. ...докт. техн. наук. Челябинск, 1998. - 379 с.
4. Буторин В.А. Обеспечение работоспособности электрооборудования сельскохозяйственных предприятий: Дисс. докт. техн. наук. Челябинск, 2002. - 279 с.
5. Ерошенко Г.П., Медведько Ю.А. Таранов М.А. Эксплуатация электрооборудования сельскохозяйственных предприятий. - Ростов на Дону: ООО «Терра», 2001. - 592 с.
IMPROVEMENT - METHOD TO RAISE THE EXPLOITED RELIABILITY OF SYNCHRONICALLY
ELECTROMOTOR IN AGRICULTURE.
R.V. Banin
Summary. This article is devoted to the problem of exploited reliability of synchronically electromotor in the way of raising the capacity (serviceability) of its insulation. It is offered the way of current dry of insulation winding with the help of constant pulsatory current. It is represented the system for the realization of this method. The article presents the results of experimental research of drying with the help of thermo graphical shooting (filming).
Key words: induction motor, isolation, operational reliability, operability, drying device
УДК: 631.589.2
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УЛЬТРАЗВУКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЕРМИРАСТВОРА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЗЕЛЕНОГО КОРМА
Ю.Б. ЧЕТЫРКИН, кандидат технических наук, ректор, Е.М. БАСАРЫГИНА, доктор технических наук, профессор,
Е.И. СТОЛБОВАЯ, ассистент
Челябинская ГАА
E-mail: kf@agroun.urc.ac.ru
Резюме. Предложено использование ультразвуковой обработки при приготовлении вермирастворов в технологии производства гидропонного зеленого корма. Установлено, что в этом случае содержание калия в растворе увеличивается на 20 %, серы - на 30, фосфора -на 40, кальция - на 48, магния - на 47, меди - на 18, цинка - на 37, железа - на 58 % и др.
Ключевые слова: ультразвуковая обработка, гидропонный зеленый корм, вермираствор.
Одна из ценных, богатых витаминами и минеральными элементами кормовых добавок, которые хорошо усваиваются всеми видами сельскохозяйственных животных и птицы, - гидропонный зеленый корм (ГЗК) [1, 2]. Однако его производство сопряжено со значительными затратами, в связи с чем разработка технических средств для повышения эффективности гидропонного кормопроизводства - актуальная задача.
В этом плане нам кажется перспективным использование ультразвука для приготовления поливных Достижения науки и техники АПК, №10-2010 __
растворов на основе гумусосодержащих веществ.
Цель наших исследований - разработать технологическую схему получения поливного раствора на основе вермикомпоста для выращивания гидропонного зеленого корма.
Условия, материалы и методы. Объект исследований поливной раствор, приготовленный на основе вермикомпоста. Ультразвуковую обработку осуществляли с помощью установки УЗДН-1.
Технологическая схема выращивания гидропонного зеленого корма с использованием вермирастворов (рис. 1) предусматривает последовательное выполнение следующих операций:
приготовление компоста на основе продуктов жизнедеятельности и органических наполнителей (соломы, ботвы, картона и пр.);
заселение субстрата (компоста) дождевыми червями, жизнеспособными в местных климатических условиях (мы использовали владимирский гибрид «Старатель»);
вызревание вермикомпоста;
приготовление раствора на основе вермикомпоста; выращивание ГЗК из семян зернофуражных культур; скармливание ГЗК.
Один из основных технологических этапов выращивания гидропонного корма - подготовка вермираство-ра. Обычно она осуществляется путем замачивания вермикомпоста в воде с последующим отделением жидкой
