автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Комплексная защита асинхронных электродвигателей

ДЕРЖАВНИЙ УШВЕРСИТЕТ "ЛЬВШСЬКА ПОЛ1ТЕХИ1КА"

РГ6 0«

- / Ь^И ¿«00

Башар Аль Мусса Мухамад

УДК 621.313.3

Комплексная захнст асинхронних електродвнгушв

Спещалыистъ: 05.14.02 - Електричш станцп, мереж! 1 системи

Автореферат дисертадц на здобуття наукового ступеня кандидата техшчних наук

Льв1в 2000

Дисертащею е рукопис

Роботу виконано на кафедр1 охорони пращ, безпеки житгед1ялытсп та правознавства (ОПБЖП) Вшницького державного техничного ушверситету

Науковий коровник: кандидат техшчних наук, доцент

Кобилянськин Олександр Володимирович Вшницький державний техшчний ушверситет Мшютерства осв1ти 1 науки Украши доцент кафедри ОПБЖП

Офщшш опоненти:

Доктор техшчних наук Назаров Володимир Васильевич

Технолопчний университет Подшля, м. Хмельницький науковий кер1вник лаборатори енерготехнолопй

Кандидат техшчних наук, доцент Рубаненко Олександр бвгенович Вшницький державний техшчний. ушверситет доцент кафедри електричних станцш та систем

Провщна установа:

Одеський державний полпехшчний ушверситет Мппстеретва осв!ти 1 науки Украши

со

Захиствщбудеться "¿3_" О 6 2000р. о \Ч годин! на зааданш спещал13овано1 вченоТради Д 35.052.02 в Державному ушверситет! "Львгвська полггехшка" за адресою 79013, м. Льв1в, вул. С. Бандери, 12, ауд. 114 г.к.

3 дисертащею можна ознайомитися у б1блютещ Державного ушверситету "Льв1вська пол1техшка" (м. Льв1в, вул. Професорська, 1)

Автореферат розюланий "22 " О5 2000р.

Вчений секретар спещалЬованог вчено!ради канд. техн. наук, доцент

В.1. Коруд

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальшсть теми

Найбшьше поширення в якосп електроприводу набули асинхронш електродвигуни, надшшсть робота яких внаслщок недосконалосп пристроТв захисту залюпаеться невисокою. До 15% ручного випуску основних тишв таких двигушв використовусться для замши пошкоджених.

Основними причинами виникнення аварш електродвигушв у сшьському господарств1 е: обрив фаз (40-50%), заклинювання робочоТ машини (20-25%), триваги навантаження (10-15%), пробитгя ¡золяцп статорно! обмотки шд час и зволоження (15-20%). Аналопчш результата було отримано у США. Майже 20% двигушв сшьськогосподарсысих машин виходить гз ладу внаслщок теплового переваитаження, хоча коефщкнти IX завантаження значно меннп одинищ.

Проведен! дослщження показали, що основними причинами вщмови електродвигушв можуть бути: вплив навколишнього середовища (зволоження 1 т.п.), вплив системи електропостачання (неповнофазш режими, перенавантаження, асиметрп I т.п.), вплив робочих машин (переваитаження, заклинювання) та шпи причини (старшня матер1ал1в, зношення деталей 1 т.д.).

При цьому найчаспше пошкоджуються статорш обмотки. Необхшю також вщзначити, що 25% випадмв пошкоджень виникали шд час навантажень значно менших номинального внаслщок несиметрп та зниження напру ги живлення. Бшышсть пошкоджень цих обмоток викликано м1жвитковими замиканнями внаслщок локалыгах перегр1в1в. Тут пщ час ремонту виймають всю обмотку. В електродвигунах старих серш зд1Йснити це нескладно, а в двигунах серш А2, А02 1 тим паче 4А — значно складшше. Пщ час усунення обмотки 31 статора необхщно лжвщувати всю ¡золящю, для чого застосовують и випалювання в глухих печах. Однак подальше зшмання обмотки е дуже трудомгстким процесом.

Потр1бно вщзначити, що шд час термшу служби двигуна необхщно як мш^мум один раз зам1нювати його обмотку. Високий р1вснь вщмов асинхрошшх двигушв викликае необхщшстъ подальшого вдосконалення способ1в 1 пристроУв захисту.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Дисертацш виконана за планом наукових дослщжень, ям виконуються кафедрою охорони пращ, безпеки житгсдаяльносп та правознавства у Вшницькому державному техшчному ушверситеп з держбюджетноУ теми "Розробка метод!в 1 засобт пщвшцення безпеки експлуатаци асинхронних електродвигу ш в".

Мета й задач1 дисертацн

Метою дисертащ'1 с розробка комплексного способу захисту асинхрошшх електродвигушв вщ аваршних 1 анормальних режтпв та реал1защя вщповщного пристрою на сучаснШ технолопчнш баз!.

Основш задач^ що визначаються поставленою метою:

- дослщження об'екта захисту й ощнка впливу на нього зовниншх чиншшв;

- дослщження { теоретичне обгрунтування комплексного методу захисту асинхронних електродвигушв вщ аварШних 1 анормальних режтпв;

- теоретичне й експериментальне дослщження основних особливостей тепловых процеив в ¡золяцп електродвигушв при вплши р1зномаштних чиншшв, що випливають на неТ;

- дослщження I розробка структурно! 1 принципових схем пристро'Гв захисту асинхронних електродвигушв;

- розробка, дослщження 1 впровадження пристро'Гв захисту асинхронних електродвигушв.

Наукова новизна одержаних результатов Основш результата, що становлять наукову новизну, таю:

- розроблено математичну модель електродвигуна для розрахунку параметр1в спрацювання його захисту та мюць встановлення дaвaчiв;

- розроблено сшхлб комплексного захисту електродвигушв та визначення постшного '¿х техшчного стану;

- розроблено алгоритм функцюнування комплексного захисту;

розроблено структурну схему комплексного захисту електродвигушв.

Практичне значения одержаних результатов

Практична щпшсть робота полягае в тому, що розроблеш:

- алгоритм 1 програмне забезпечення математачшм модел1 асинхронного електродвигуна з термодатчиком для визначення струм1в I тсмпсратурних уставок спрацьовування захисту;

- структурш схеми пристрою комплексного захисту асинхронних електродвигушв вщ аваршшх 1 анормальних режим1в;

- методика контролю параметр1в електродвигуна та програмне забезпечення пристрою комплексного захисту;

- принципов! схеми та здШснено практичну реал1зацно пристрою комплексного захисту.

Особнстий внесок здобувача

У роботах, написаних у сшвавторстш, автору належать: [1] -розроблення математично\' модел! для розрахунюв уставок за струмом 1 температур! захисту електродвигушв; [2] - проведения статистики их дослщжень основних причин вщмов двигушв г розроблення программ роботи пристрою захисту; [3] - розроблення математичноТ модел! асинхронного електродвигуна з термодатчикам для розрахунку диферешцйнош температурного захисту; [4] - розроблення пршщиповоТ схеми блока керування захисту асинхронних електродвигушв; [5] -розроблення принциповоТ схеми блока керування захисту й алгоритм функцюнування клав!атури; [6] - розроблення схеми виконання

температурного захнсту з лшшним давачем; [7] - здшснення анал1зу нормативноТ лггератури пщвшцешм електробезпеки; [8] - розроблення алгоритму функщонування пристрою захисту асинхронних елеетродвигушв.

Апробащя результате днсертацн

Основ!» положения дисертацп та результата дослщжень доповщалися й обговорювалися на:

- МЬкнароднш науково-техтчнш конференцн "Контроль 1 управлшня в техшчних системах" (Вшниця - КУТС, 1997);

- Друпй республшанськш науково - техшчнш конференцп "1ндивщуальний житловий будинок" (Вшниця, Континент - ПРИМ 1998);

- У1-науково-техшчнш конференцп "Вим1рювальна та обчислювальна техшка в технолопчних процесах" (Хмелышцький 1999);

Щор1чних науково-техшчних конференщях професорсько-викладацького складу державного техшчного унтерснтету (Вшниця. -1996-1999).

Публ1кац1Т

Результата дисертаца опублковано в 5 статгях у наукових журналах 1 3-х зб1рниках наукових праць.

Структура й обсяг дисертацЙ

Робота складасгься ¡з вступу, чотирьох роздшв, висновшв, списку використаних джерел у кшькосп 119 найменувань 1 чотирьох додатив. Основннй текст робота займае 125 сторшок та метить 54 рисунки 1 4 таблищ.

ОСНОВНИЙ ЗМ1СТ РОБОТИ

У встут обгрунтовано актуальшсть проблеми, визначено мету й задач! дослщжень, визначено наукову новизну та практачне значения робота, наведено основш положения, яга виносяться на захист, а також вщомосп про структуру робота та п апробацш.

У першому роздип подано аналлз наявних метхуцв 1 засоб1в захисту асинхронних елеетродвигушв, яга контролюють електричний режим, ефективно працюють в аваршних режимах, але не здатш захищати електродвигун вщ перевантажень, що виникають пщчас несиметричних I пускових режим1в робота. Цю проблему намагаються розв'язата за рахунок використання засоб1в температурного захисту, як!, в свою чергу, за потужнос-п двигушв бшьше 10 кВт не здатш захистити IX вад аваршних режим1в.

Проблему можна розв'язати лише за умови використання комплексного захисту, але вщом1 пристроУ, що контролюють 2-3 основних параметри елеетродвигушв, не дозволяють здшснити надайний захист асинхронних електродвигушв.

У другому роздып аналЬуються умови експлуатаци пристроУв захисту електродвигушв г вплив на них зовшшшх чиншшв. Виходячи з того, що електродвигуни до введения в експлуатацпо псвний час збер!гаюгься у р1зних умовах, потр1бно здайснювати передпусковий контроль у вцщовщносп з прогнозованим ршнем опору ¡золяцп. В процес1 експлуатаци необхщно враховувати вплив коливань частота та напруги живлення, несинусощносп та несиметрп ще\" напруги. В таких режимах у 25% випадшв пошкодження електродвигушв вщбуваеться за коефвдента завантаження меншому одинищ. Сильний вплив на температурш перевантаження мають повторно-короткочасш режими робота тощо. Розглянено також вплив на електродвигуни тяжких пуск1в 5 самозапусыв, крутих фронттв перенапруг.

Протягом осганшх 12 роив на шдприемствах Вшницятешюкомуенерго здШснюегься модершзащя засоб1в автоматики та захисту. В цшому по обласп експлуатуеться бшьше 2500 електродвигушв, по мюту Вшнищ - майже 800 шт. (розподш вщношень потужностей (кВт) до кшькост! за шлужностями (кВт): вад 0,2 да 4 - 1241,5/363; 4,5...22 - 3966/332; 30...90 - 4482/81; 160...600 - 2610/8; загальна потужшсть -12299,5 кВт).

Даш щодо виходу з ладу наведено в табл. 1. ____Таблиця 1

Причина / PiK 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999

Пошкодження 180 117 145 109 63 72 106 73 92 35 32 29

двигуна, шт. 119 82 89 91 50 45 58 38 65 27 26 26

Залитий водою, шт. 121 206 124 142 105 73 50 62 38 44 31 28

80 132 90 102 66 59 42 0 34 41 25 23

Загальна кшьюсть, 301 323 269 251 168 145 156 135 130 79 63 57

шт. 199 214 179 193 116 104 100 100 99 68 51 49

Потужшсть дшггушв - - 2600 2380 1600 1520 1482 1369 1109 1403 1156 1620

що вийщли з ладу, 1700 1830 1100 1120 950 1125 836 1354 986 1482

кВт

Прим1тка: В цшому по обласп / по м. В1нниця.

Широке впроваджешш засоб1в захисту почалося у 1990-1991 роках, що призвело до значного пщвшцення надшносп двигушв вже в настушюму рощ. Постшний нагляд за роботою пристроТв захисту дозволив також значно скоротити i кшьисть ушкоджень у результат! заливания двигушв водою. В останш роки пристрш захисту встановлюються на двигунах потужшстю до 4 кВт.

Як показав досвщ експлуатаци, надШшсть електродвигушв вдалося шдвшцити в деюлька разш за рахунок одночасного використання на одному двигуш р1зних тишв цих пристршв, що реагують на струм, реле захисту EJI-13 (180 шт.), фазочутл1Ш пристроТ захисту електродвигушв ФУЗ-М (501 шт.) та ФУКС-6 (460 шт.), прйстрш аварийного захисту ПАЗ-3, ПАЗ-4 (бшьше 1000 шт.), а також температурйого захисту.

Необхщно звернути увагу на те, що в раз1 зменшення кшькосп пошкоджених двигушв у деюлька раз ¡в, \х потужшсть зменшилась лише у два рази (з 15% до 7% вщ загально! потужносп). Це вказуе на те, що дан! пристроТ ефективш лише для захисту двигушв невелико! потужносп, а велию двигуни надШно не захищеш навпъ у випадку одночасного використання засоб1в захисту р1зних тишв. ПристроГ зд1йснюють вимкнення електродвигушв вщ мереж1 в раз1 перевантаження, перекосу фаз, короткого замикання, змешпешп опору ¡золяцн менше 0,5 МОм.

Загальними недолками цих пристроТв е складшсть пщ час налагодження, вщсутня заборона (10 с) на повторне вп1мкнення електродвигуна теля спрацьовування захисту для запоб1гання тер\пчного ушкодження, велию габарита, велика юльюсть елементтв 1 значне енергоспоживання.

Необхщне використання чутливого комплексного пристрою захисту електродвшушв. Для йога розроблення дослщжено зв'язок характерних пошкоджень електродвигушв з Ух основними шформативними параметрами, що контролюються пристроями захисту (табл. 2). Жоден 1з параметр{в, що розглядаються, не е ушверсальним, тобто критичним до вах причин. Так, вщом! як ушверсальш параметри 0 та I мають стшкий зв'язок титьки з 30% причин.

Таблиця 2

Причина Юлыасть Вщмов, % Параметри, що контролюються

I © Ф м Коб и

Зволоження 20 0 0 0 0 1 0

Перенапру га 5 0 0 0 0 0-1 0-1

Неповнофазний режим 20 0-1 0-1 1 0 0 1

Знижена напруга 5 0-1 0-1 0 0 0 1

Перевантаження 20 1 1 1 1 0 0-1

Заклинювання 10 1 1 1 1 0 0-1

Старшня 5 0 0-1 0 0 1 0

Зношування 7 0 0-1 0 0 0-1 0

1нпи 8

Як видно ¡з табл. 2, для здШснення надойного захисту, необхщно однозначно контролювати не менше 5 параметров у вах передпускових й експлуатацшних режимах робота електродвигушв.

Трети! розд1п присвячено дослщженню математичних моделей. Наявш декшька пщход1в до моделювання електричних двигушв: на баз! теори юл та поля, а також комбшований метод.

Пщ час застосування комбшованого гадходу поеднуютъся р'тнянпя кш, теори поля, коли, виходячи з картини поля у повпряному пром1жку електродвигуна, записуються р1вняння напруг, а через струми чи

потокозчеплення - р1вняння електромагштного моменту та розглядаеться 1деал1зована електрична машина - електромагштний перетворювач, який мае р1вний повпряний пром1жок, сталев1 дшянки з нульовим магштним опором та синусш обмотки. BiaoMi р1вняння тако!" асинхронно! машини в координатах a, ß, 0 мають вигляд:

dV,

dt

sß

dt

- иsß ~ Rsß'jß>

(l)

dt

-<ory/rß\

dV,

= Urß ~ KßKß - 0>rVr<*,

TT D ,

ru rar а

де Tjp, Ч'гц, Ц'ф - потокозчеплення статора i ротора в координатах a, ß, 0; Usa, usß, Ufa, U,p - проекци напрут статора i ротора на ßici координат a, ß, 0; isa, iSß. ira, irß - струми в обмотках статора i ротора; R«, R,p, Rra, Rrp -aKTUBHÎ опори статора та ротора; <и, - кутова швидость обертання ротора. Потокозчеплення в (1) мають виглад:

Vsа ~~ ^saha ^т^га '

Vsß ~ Kßhß + Lm'rß> ф

Vra ~ Ц-a'ra +

~ Lrß'rß +Lm'sß>

де Lsa, Lsp, Lra, Lrp - 1ндуктивносп обмоток статора й ротора; Lm - взаемна ¡ндукщя М1ж обмотками статора й ротора.

Приймаючи узвичасш допущения: Ls = Lsa = Lsp; Lr = Lrct = Lrp; Rs = Rsa = Rjp; Rr = Rra = R,p - i поставивши (2) в (1), отримаемо:

Dsa =Rs'ai +

U4B =Rs'sp+^(Ls<sp) + |f(Lmîrp);

d d ^^ tira =Rrïra +^(LritU) + ^(Lmira) + Wr(Lrirp + Lmisp);

Urp =Rrîrg +^(Lrirp) + ^(Lmirp)-Wr(Lfira +Lmis=i> р1вшння руху ротора електродвшуна мае вигляд

де Ме - електромагштний момент електрично! машини, який визначаеться р1внянням:

М0- момент опору на валу; момент шерцй ротора; т- юлыисть фаз; Р - юлыасть пар полюет.

Для визначення температуря обмоток шд час робота двигуна у р1зних режимах користуються р1внянням нагр^ву-остигання,

С~-+КТО-т = Р, (5)

ш

де С - теплоемшсть; Кто - тепловщцача,

а загалып втрати в електродвигуш Р визначаються ршшпшям: Таким чином, ртняння нагр!ву-остигання можна записати

Де Т =

Л Т

С

Р

--г

\кто

(6)

Кто

Тепло вщ нагрггого двигуна передаеться на давач. Р1вняння нагр1ву давача мае вигляд:

л~тд

(ёс-в-г\ (7)

де Тд - стала часу давача; - температура середовища, з урахуванням

допущень, що розподш температуря за об'емом давача р^вном^рний, тепло давачу В1Д нагр1того середовища передаеться тшьки за рахунок теплопровщносп, теплопередача вад давача у навколишне середовище вадсутня, питома теплоемшсть та теплопровщшсть матер1алу не залежать В1д температури.

ПроБ1Вши вдаговщш математичш перетворення у (3), (6) I (7), запишемо систему р!внянь у матричной формк

•ш

Ки

=

X

Q

~ RJ<«)- ¡-K(u,a - Kha + + Khf)) \Lr{u* - RJsf)-Ц^г/, - KKp + + Ал«))

" L~{vsa - RJsa)-L,{ura - R,ira +cor{Lrirfi + tJsp))

- к{иф - Khe)-L.ty,, - Rrirp + <»,(i,i„ + lj,a))

j(Me - M0)

■K ■K ■K ■K

(8)

Де K = -

1

Для практичного використання результате моделювання тд час визначення уставок температурного та струмового захисттв, що реагують на струм анормального режиму, потр1бно врахувати мкце розташування давача та перейти В1Д р1внянь струм!в у розрахункових координатах а, р, О до дшсних А, В 1 С за вщомими матридями переходу.

При розташуванш давача на лобових частицах електродвигуна, температура яких перевищуе температуру обмоток у залежноеи вад типорозм1ру та навантаження до 10°С потр1бно вводити коефнуенти теплово! корекцн Ктк.. Тод1 дшсна температура двигуна в раз1 розташування давача на лобовШ частиш визначаеться:

е

а

к,

(9)

тк

де Ктк = 1,06 - 1,14 - вщношення температури лобово!' частини до температури двигуна (в pa3i розташування давача на обмотщ двигуна К-1).

Було розроблено алгоршшчне забезпечення для розв'язання системи диференщйних р1внянь з урахуванням наведених доповнень за допомогою методу Рунге-Кутта 4-го порядку. На його ochobî розроблена програма на MOBi Turbo Pascal для 1ВМ-сумкних комп'ютер!в, яка дозволяе визначйти струми у ротор! та cïaTopi, тешкш втрати, температуру обмоток, а при Héo6xioHocri - мехаШчш характеристики. У nporpaMi використаш також стандартш пакета для граф1чно1 побудови результате математачного моделюванйя.

Вйзначення кривих нагр}ву двигуна та давача^ а не тшьки максимальной) значенйя температури стае особливо у нагода шд час

розрахунку уставки спрацювашм диференщйного температурного захисту, який реагуе на швидисть наростання температури.

Наяпшсть кривих нагуиву електродвигуна та давача дозволяе визначати також динам1чну похибку давача.

На рис. 1-4 наведет графики основних розрахункових парамстр!в для виконання температурного та струмового захиспв для двигуна А4-71.

Для забезпечення ефективного захисту електродвигушв необхщно вмонтовувати по одному давачу на найбшьш нагртй лобовш частит кожно'1 фази електродвигуна пщ час його виготовлення чи шд час каштальних ремонтов. У ран виконання цих роб1т в експлуатацШпих умовах е ймовфшсть пошкодження ¡золядп провдапшв, яка з часом втрачае свою еластичшсть.

Рис. 3. Рис. 4.

Часткова несиметрш HarpiBy статора до 4% (за рахунок HepiBHOMipnoi вентиляцц пщ час обертання ротора) не може суттево вплинути на надшшсть спрацьовування захисту.

У четвертому роздии запропоновано пристрш, який дозволяе контролювати струми та напруги Bcix фаз, опори обмоток J i'x температуру та швидмсть "й зростання. Пристрш розроблено на баз1 м1кроконтролера й складаеться з блок! в керування 1 й аналогових дава'пв 2

Блок керування 1 (рис. 5) складаеться: з М1кроконтролера Р1С16С74, елемента динам1чноТ ¡ндикаци з п'яти семисегментних inmucatopiB AJIC333, восьми свклодюдов AJ1307 ERROR, юкииатури з клав™ "F","+", "-", транзисторного ключа управЛшня тиристорами.

Рис. 5. Блок керування 1

Блок аналогових давач!в 2 (рис. 6) складаеться з трьох давач^в струму СОЫТ I, трьох давашв напруги ССЖТ и, давача температури СОЫТ1, давача опору СОЫТ И, оптотиристор1в управлшня пускачем Р(3 та джерела живлення +5У.

Рис. 6. Блок аналогових давач1в 2

Електродвигун пщ'еднаний до мереж! живлення через трансформатори струму CONT I та пускач PQ. Ыапруга фази А через кнопку STOP шсля натискання кнопки PYSK забезпечуе появу сигнала СИНХР. Виконуеться алгоритм подготовки до пуску двигуна.

Контроль напруг здшснюеться в мереж1 живлення до пускача PQ, а також контролюеться onip ¡золяци М1Ж обмотками двигуна та Ух температура. За наявноеп напруг ycix фаз та вщповщноеп опору й температури уставкам, шсля опитування стану електродвигуна (пщ час аварШного вимкнення повторний пуск здШсшоеться з затримкою часу), мкроконтролер вщпрацьовуе сигнал керування захистом ПУСК, вимикаючи котушку пускача PQ через оптотиристори.

Пщ час пуску контролюються швидккть зростання струму та температури, ям в пускових режимах значно нижч1, нш в аваршних. Якщо вщбуваеться перевищення цих швидкостей, то двигун вимикаеться захистом. По закшченш нормального пуску в усталеному режим! здшснюеться контроль струм1в, напруг i температури та пор!вияиня з вщповщними уставками, з записом вим1ряних значень у пам'ять даних за кшьцевим циклом.

У раз1 перевищення значень параметров, контрольованих уставок спрацювання, контролер вимикае сигнал ПУСК i зупиняе процес вшмрювання та записування в пам'ять, формуе код помилки та вмикае вщповщний св1тлодюд ERROR.

Клав1атура призначена для контролю вим!ряних парам етр1в XXX, програмування уставок YYY та зчитування того, що м¡стать пам'ять даних ZZZ. Значения, що розглядаються, вибирають за допомогою клавш1 "+", та "F".

Програмуються уставки нормального режиму за значениями напруги (U>1,1U„0M та U<0,95UHOH). Перевищення уставок призводить до появи номера аваршноУ ситуацн та спрацювання св1тлодюда ПНР (порушення нормального режиму).

Анормальний narpie двигуна фксусгься як за абсолютним значениям температури 0, так i за швидшстю ii зростання А9. Здшснюеться шдикац1я перевищення допустимоУ температури перегр!ву 0i (0! = 80°С для ¡золящУ класу А, 85°С - В тощо) в пусковому (ППР) та робочому (ПРР) режимах, коли двигун продовжуе працювати з пришвидшеним зношуванням ¡золяцн, та вимикання (neperpie) - за перевищення гранично допустимоУ температури neperpiey 62 (62 = 185°С - А, 215°С - В тощо).

За значениям робочого струму нормального режиму, який вим1рюеться шсля пуску, зд1Йсшосться програмування уставок спрацювання за струмом в режимах перевантаження та пщ чае коротких замикань. Причина аваршноУ ситуацп, що виникла, фшсуетъся на inoHKaTopi, та спрацьовуе вщповщний свЬлодюд (КЗ, I - О, перевантаження).

У ргш аваршного вимкнення двигуна зберкаються значения параметр1в иередаваршного режиму, що дозволяе дослщжувати причини вадмови. Також забороняеться повторне вмикання двигуна, який був вимкнений у зв'язку з аваршною ситуащею.

Основш результати та висповки

Робота охоплюе анал1з ¡снуючих метод!в та засоб1в захисту, розробку та дослвдження математичноТ модел1 для визначення оптамальних мкць встановлення термодавачлв та значень струму 1 температури спрацювання, синтез структурних 1 принципових схем пристроТв захисту та & практичну реал1защю для вдосконалення комплексного захисту асинхронних електродвигушв, з метою пщвищення надшносп його робота та забезпечення захисту 1 контролю основннх параметр1в електродвигушв в передпускових, пускових та експлуатащйних режимах.

Найбшьш важлив! результати, огримаш в дисертацй:

1. Проведено аналаз кнуючих метод!в та засоб1в захисту вщ анормалышх I аваршних режим1в, в результа-п якого встановлено, що 1х застосування не забезпечуе достатню надшшсть роботи, а найбшьш ефективними е комплексш пристроТ захисту.

2. Проведено анализ зв'язку нараметр1в, що контролюються пристроями захисту, з основними видами пошкоджень 1 вибрано комплексний захист, який контролюе не менше 5 найбшьш шформативних параметр1в електродвигуна: напруги та опори фаз, струми аваршних I нормальних режим5в та швидость зростання 1 пopoгoвi значения температури.

3. Запропоновано споаб комплексного захисту асинхронних електродвигушв, що значно шдвшцуе надшшсть роботи електродвигушв за рахунок постшного контролю IX основних параметр1в у передпускових, пускових \ експлуатащйних режимах.

4. Обгрунтовано математичну модель асинхронного електродвигуна з термодавачем, що дозволяе дослщжувати змши електричних 1 температурних параметрш електродвигушв в р1зномаштних режимах експлуатацй" для розрахунку уставок спрацьовування струмового 1 температурного оргашв захисту.

5. Опттпзовано точку встановлення термодавача на обмотщ статора електродвигуна.

6. Розроблено методику контролю основних шформативних параметр1в електродвигуна 1 програмне забезпечення пристрою комплексного захисту.

7. ЗдШснено синтез структурних схем пристрою комплексного захисту асинхронних електродвигушв ввд аваршних 1 анормалышх режишв.

8. Розроблено принципов! схеми та практично реашзовано пристро'1 комплексного захисту асинхронних електродвигушв.

9. Пщтверджено слушшсть основних теоретичних положень i результат пракгичних дослщжень впровадженням розроблених пристроив комплексного захисту на електродвигунах HacociB та компресор1в шдприемств В}нницятеплокомуненерго та ПМВМ "Елна-сервю" у 1999 рощ.

ОСНОВШ ПОЛОЖЕНИЯ ДИСЕРТАЦЙ ОПУБЛПСОВАШ В ТАКИХ ПРАЦЯХ:

1. Аль Мусса Башар, Кобилянський О.В. Математична модель для розрахунку захисту асинхронних двигушв // BicifflK ВП1. - 1998. — № 4. — С. 34-38.

2. Кобилянський О.В., Аль Мусса Башар. До захисту асинхронних електродвигушв в1д перевантажень // Вим^рювальна та обчислювальна техника в технолопчних процесах (Технолопчний ушверситет Подшля, м. Хмельницький). - 1998. - № 2. - С. 152-153.

3. Кобилянський О.В., Аль Мусса Башар. Про розробку диференцШного температурного захисту асинхронних електродвигушв // Вим1рювальна та обчислювальна технша в технолопчних процесах (Технолопчний ушверситет Подшля, м. Хмельницький). — 1998. — № 3. -С. 165-170.

4. Башар Аль Мусса, Кобылянский A.B. Устройство защиты асинхронных электродвигателей от повреждений // Вим!рювальна та обчислювальна техшка в технолопчних процесах (Технолопчний ушверситет Подшля, м. Хмельницький). - 1999. -№ 2. - С. 148-152.

5. Аль Мусса Башар, Кобилянський О.В. Комлексний захист асинхронних електродвигушв вщ анормалышх режим ¡в // Вкник ВШ. -1999,-№6.-С. 32-36.

6. Башар Аль Мусса, Кобылянский A.B. Температурный контроль изоляции электродвигателей // Книга за матерками четверто'1 м1жнародно'1 НТК "Контроль i управлшня в техшчних системах (КУТС -97)", том 3. - Вшниця: Ушверсум-Вшниця, 1997. - С 44-47.

7. Кобилянський О.В., Аль Мусса Башар. Про застосування пристроТв захисного вщюпочення // Книга за матер1алами друго! республкансько!' науково-техшчноТ конференци "1ндивщуальний житловий будинок", 36ipKa. - Вппгаця: Континент - ПРИМ, 98. - С 188— 191.

8. Кобылянский А.В, Башар Аль Мусса. Защита асинхронных электродвигателей от перегрузок И Збфник науковИх праць Вим1рювалЬна Та обчислювальна TexHiKa в технолопчних процесах. - Хмельницький: ТУП, 1999.-С. 151-154.

АНОТАЦН

Аль Мусса Б.М. Комплсксинй захист асинхрошшх електродвигушв. -Рукопис.

Дисертацш на здобуття вченого ступеня кандидата техшчних наук за спещалынстю 05.14.02 - електричш станцн, мереяа i системи. - Державний ушверситет "Льв^вська полггехшка", JlbBie, 2000.

В дисертацн запропоновано вдосконалений комплексний метод захисту асинхронних електродвигушв, а також синтезовано i реал!зовано пристроТ, яю дозволяють здшснити захист i контроль основних параметр1в електродвигушв в пускових, аваршних та анормальних режимах. За допомогою розроблених математичних моделей можливе визначення оптимального мюця встановлення давача i параметр1в спрацювання струмового та температурного оргашв захисту.

Розроблено методику контролю i комплексного захисту i вщповщне програмне забезпечення.

Подано результата моделювання, а також зроблено висновки за результатами проведених дослцркень.

Ключов1 слова: анормальш та аваршш режими, захист електродвигушв, синтез, математачне моделювання комплексний захист.

A1 Moussa В.М. Complex protection of asynchronous electric engines. -

The manuscript.

The dissertation for obtaining the scientific degree of the candidate of engineering science on the specialty 05.14.02 - electric stations, networks and systems - State university " the Lvivska politechnica", Lviv, 2000.

In the dissertation the advanced complex method of protection of asynchronous electric engines is suggested.

There has been synthesized and realized the devices, which allows to provide the protection and control of the main parameters of electric engines in starting, emergency and abnormal regimes.

With the help of the developed mathematical models the determination of the optimal place of sensor fixing and the parameters of operation of currents and temperature units of protection.

The methods of control and complex protection as well as the appropriate software are developed.

The modelling results are given, and the conclusions has been made according to the results of carried out researches.

Key words: abnormal and emergency regimes, protection electric engines, synthesis, mathematical modeling, complex protection.

Аль Мусса Б.М. Комплексная защита асинхронных электродвигателей. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.02 - электрические станции, сети и системы. Государственный университет "Львивська политэхника", Львов, 2000.

Диссертация посвящена вопросам усовершенствования защит асинхронных электродвигателей в различных режимах эксплуатации.

Проведенный анализ существующих методов и способов защиты позволил установить, что использование как токовых, так и температурных устройств защиты, как по отдельности, так и вместе, не позволяет достаточно надежно защитить мощные асинхронные двигатели (более 10 кВт).

Необходимо использование комплексной защиты, осуществляющей контроль не менее 3 наиболее информативных параметров двигателя, имеющих устойчивую связь с основными видами повреждений.

Анализ условий эксплуатации двигателей и их защит показал, что они разнообразны и существенно изменяются с течением времени. Перед вводом электродвигателей в эксплуатацию необходимо осуществлять предпусковой контроль их в соответствии с прогнозируемым сопротивлением изоляции. В процессе эксплуатации необходим учет колебаний (отклонений) напряжения и частоты, несинусоидальности и несимметрии напряжения. Особое внимание должно уделяться температурным пере1рузкам при повторно-пусковых режимах работы, тяжелых пусках и самозапусках.

Широкое внедрение известных защит двигателей существенно повысило надежность их работы, уменьшило количество повреждений. Однако, эти защиты оказались эффективными для двигателей только малой мощности. Кроме того, недостатками этих защит являются: сложность наладки, значительные габариты, существенное электропотребление и т.д. В связи с этим актуальной является задача разработки чувствительного комплексного устройства защиты на базе современных технологий.

Проведено исследование режимов работы электродвигателей на математических моделях, созданных на основе комбинированного подхода. Суть его состоит в том, что используются уравнения цепей и теории поля, а двигатель рассматривается как идеализированная электрическая машина - электромагнитный преобразователь, который имеет равномерный воздушный промежуток, стальные участки с нулевым магнитным сопротивлением и синусные обмотки. Уравнения машины записаны в координатах а, Р, 0.

Особое внимание уделено вопросам определения температуры обмоток во время работы двигателя в различных режимах. При этом приняты следующие допущения: распределение температуры по объему

датчика равномерное, тепло датчику от обмоток передается только за счет теплопроводности, теплопередача от датчика - в окружающую среду отсутствует, удельные теплоемкости и теплопроводность материала не зависят от температуры.

На основе результатов моделирования выбраны уставки тепловой и токовой защит и предложено место установки датчика температурной защиты. Наиболее целесообразным местом установки датчиков являются лобовые части электродвигателя. Датчики целесообразно монтировать по одному на каждую фазу во время изготовления двигателей или капитальных ремонтов.

Предложено комплексное устройство защиты на базе контроллера, который состоит из блоков управлений и аналоговых датчиков. Устройство позволяет контролировать токи и напряжения всех фаз, сопротивления обмоток и их температуру, а также скорость ее нарастания.

Разработана методика контроля указанных параметров, реализовано соответствующее программное обеспечение. Так во время пуска двигателя контролируются скорости нарастания тока и температуры, а по окончании нормального пуска осуществляется контроль величин токов, напряжений и температуры, которые сравниваются с соответствующими уставками. Уставки нормального режима программируются в соответствии с нормами, например, ЬШном^сО^ином, 0=8(Ь-85°С для соответствующего класса изоляции и т.д. В случае аварийного отключения двигателя сохраняются значения параметров предаварийного режима и запрещается повторное включение двигателя до выяснения причин аварийной ситуации.

Осуществлена практическая реализация предложенных устройств и их внедрение на электродвигателях привода насосов и компрессоров на предприятиях Винницатеплокоммупэнерго и ЧМПП "Элна-сервис".

Ключевые слова: анормальные и аварийные режимы, защита электродвигателя, синтез, математическое моделирование, комплексная защита.

Автор выражает благодарность д.т.н., проф. Лежнюку П.Д. за оказанную помощь в работе над диссертацией.