Моделирование многофазных асинхронных двигателей в аварийных режимах работы

Глухов, Дмитрий Михайлович

Электромеханика и электрические аппараты

автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Моделирование многофазных асинхронных двигателей в аварийных режимах работы

кандидата технических наук: Глухов, Дмитрий Михайлович
город: Томск
год: 2005
специальность ВАК РФ: 05.09.01

Диссертация по электротехнике на тему «Моделирование многофазных асинхронных двигателей в аварийных режимах работы»

Автореферат диссертации по теме "Моделирование многофазных асинхронных двигателей в аварийных режимах работы"

На правах рукописи

Глухов Дмитрий Михайлович

МОДЕЛИРОВАНИЕ МНОГОФАЗНЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В АВАРИЙНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ

05.09.01 - «Электромеханика и электрические аппараты»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Томск 2005

Работа выполнена на кафедре электрических машин и аппаратов Томского политехнического университета

Научный руководитель:

- доктор технических наук, профессор Муравлёв Олег Павлович

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Бекишев Рудольф Фридрихович

- кандидат технических наук, доцент Орлов Юрий Александрович

Ведущая организация: ГНУ «Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при ТУСУР» (г.Томск).

Защита диссертации состоится «28» декабря 2005 г. в 15:00 часов на заседании диссертационного совета К 212.269.03 в 217 аудитории 8 корпуса Томского политехнического университета (634050, г.Томск, прЛенина, 30. ТПУ)

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ТПУ

Автореферат диссертации разослан «¿2» ноября 2005 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Ю.Н. Дементьев

Актуальность работы. Сегодня является очевидным то, что электроприводы (ЭП) постоянного тока уже не являются единоличными представителями регулируемых электроприводов (РЭП). Развитие науки, техники и технологии подошло к тому рубежу, когда стало возможным создание РЭП переменного тока вообще и регулируемых асинхронных ЭП в частности.

Преимущества РЭП - повышение качества обслуживаемого технологического процесса, реализация возможности энергосбережения за счёт экономии электроэнергии до 30% (в насосах и вентиляторах - до 50%) при оптимизации рабочего процесса механизма, снижение износа механического оборудования за счёт «мягкой» динамики и пр. - были, разумеется, известны специалистам ранее, однако его широкое применение сдерживалось отсутствием необходимой элементной базы. Развитие силовой электроники идёт ускоряющимися темпами -созданы высококачественные преобразователи частоты (ПЧ) для управления электродвигателями переменного тока. При этом ПЧ ещё достаточно дороги, так как в их создание вкладываются большие средства на разработку соответствующего программного обеспечения. В то же время, для полноценного функционирования питаемых асинхронных двигателей (АД) от ПЧ электромашиностроительные заводы вынуждены выпускать модификации и специализированные исполнения электрических машин (ЭМ). Отсюда очевидна необходимость совершенствования АД, в том числе и нетрадиционными способами.

Многофазный асинхронный двигатель (МАД) может являться альтернативой трёхфазным машинам при питании его от ПЧ. Но наиболее актуальным можно считать применение МАД в системах и комплексах, где требуется повышенная надёжность двигателя при низком уровне шума и вибрации. Преимущества многофазных машин и их свойства требуют дополнительных исследований в области моделирования их тепловых и магнитных полей, а также показателей надёжности. Для практического использования достоинств МАД необходимо провести дополнительные исследования в области моделирования тепловых, магнитных полей и надёжности, поэтому актуальность настоящей работы не вызывает сомнений.

Цель работы. Разработка математических моделей многофазных асинхронных двигателей: для расчёта теплового поля в установившемся и аварийных режимах работы, вероятности безотказной работы_многофазных асинхронных двигателей с расщеплёнными обмотками статора || Явкйнглццрс/Щ!^¿щТПлчисления параметров машины. | БИБЛИОТЕКА I

Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать математическую модель для исследования теплового поля машины в аварийных режимах работы.

2. Создать программу по проектированию многофазных асинхронных двигателей с расщеплёнными обмотками статора и учётом особенностей источника питания.

3. Смоделировать магнитное поле многофазного асинхронного двигателя для вычисления параметров машины.

4. Провести исследования в области надёжности многофазных асинхронных двигателей.

5. Изготовить экспериментальный образец многофазного асинхронного двигателя для оценки результатов исследований.

Работа выполнена по фанту Минобразования России РСЮ2 - 2.6 - 199.

Научная новизна. В результате выполнения работы получены следующие научные результаты:

1. Разработаны математическая модель теплового поля многофазного асинхронного двигателя, позволяющая исследовать его установившиеся и аварийные режимы работы, а также тепловую напряжённость отдельных участков статора и алгоритм и программа расчёта коэффициентов теплоотдачи оболочки электрической машины, предназначенная для интегрирования в полевую модель теплового состояния т-фазного асинхронного двигателя.

2. Создана математическая модель надёжности многофазных асинхронных двигателей для оценки их вероятности безотказной работы при использовании м-фазной расщеплённой конструкции обмотки статора.

3. Предложен алгоритм определения параметров АД на основе решения полевых задач электромеханики, позволяющий отойти от общепринятых в классической теории электрических машин допущений об электрической машине.

4. Усовершенствована математическая модель и создана программа расчёта т-фазных асинхронных двигателей с расщеплёнными обмотками статора, которая позволяет проектировать многофазные асинхронные двигатели на базе трёхфазных асинхронных двигателей общего назначения с учётом особенностей источника питания.

Практическая ценность. Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Разработана методика расчёта тепловых параметров многофазных асинхронных двигателей в установившихся и аварийных режимах работы, допустимого времени работы при обрыве фазы. Методика позволяет рассчитывать коэффициенты теплоотдачи с поверхности оболочки электрической машины для использования их в уточнённых расчётах тепловой напряжённости отдельных участков изоляции обмотки статора многофазного асинхронного двигателя.

2. Предложена методика расчёта вероятности безотказной работы многофазных асинхронных двигателей на основе метода аналогов и базовых показателей надёжности, которая позволяет оценить вероятность безотказной работы многофазной расщепленной конструкции обмотки статора.

3. Созданы алгоритм и программа расчета многофазных асинхронных двигателей с расщеплёнными обмотками статора, которые предназначены для создания современных высоконадёжных конструкций асинхронных двигателей с низким уровнем шума и вибрации для регулируемого электропривода. В этой программе использована методика расчёта параметров электрической машины на основе решения полевых задач.

Апробация. Результаты работы докладывались и обсуждались на Учёном Совете, заседаниях кафедры «Электрические машины и аппараты» и научных семинарах Томского политехнического университета (2002-2005 г.г.); на Международной научно-практической конференции «Сибирский Авиа Космический Салон» - САКС-2002, (СибГАУ, г.Красноярск 2002г.); на IX Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Современная техника и технологии» (г.Томск, 2003г.); на Международной научно-технической конференции «Электроэнергетика, электротехнические системы и комплексы» (г.Томск, 2003г.); на The IEEE-Siberian Conference on Control and Communications SIBOTN-2003 PROCEEDINGS (Tomsk, 2003); на X Юбилейной Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Современная техника и технологии» (г.Томск, 2004г.); на XI Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Современная техника и технологии» (г.Томск, 2005г.); на Международной научно-технической конференции «Электромеханические преобразователи энергии» ЭПЭ-2005, Томск, 2005.

Публикации по работе. По результатам проведённых исследований опубликовано двенадцать печатных работ.

Методы исследования При проведении исследований использовались: теория электрических машин; метод конечных элементов для расчета тепловых и магнитных полей; методы исследований температурных полей в электрических машинах; методы математического моделирования, математической статистики и экспериментальные исследования.

Все исследования проведены с использованием современных программных продуктов на базе ПЭВМ.

Реализация результатов работы. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований, а также выработанные рекомендации переданы для внедрения в ОАО «СКБ Сибэлектромотор» (г.Томск) и будут использованы при разработке многофазных асинхронных двигателей для высоконадёжных регулируемых электроприводов переменного тока. На основе расчётов автора изготовлен экспериментальный образец шестифазного шестиполюсного асинхронного двигателя с расщеплённой обмоткой статора мощностью 1,1 кВт. Разработанные алгоритмы, программы расчёта и математические модели используются в учебном процессе - при изучении курсов «Электромеханика» и

«Качество и надежность электрических машин», а также при дипломном и курсовом проектировании студентов и магистрантов.

Содержание работы. Диссертационная работа состоит из пяти разделов и заключения, изложена на 230 страницах машинописного текста, содержащих 28 иллюстраций, 13 таблиц, список литературы из 143 наименования литературы и приложений.

В первом разделе обоснована актуальность задач по исследованию и проектированию многофазных высоконадёжных АД для РЭП. Сформулированы цели работы, научная новизна, практическая ценность диссертационной работы и представлена реализация результатов работы.

Во втором разделе проведён анализ существующих методов по исследованию АД для РЭП, приведены особенности в работе регулируемых асинхронных машин, а также особенности эксплуатации таких двигателей. Приведены принципы и законы управления АД. Определены основные задачи исследования.

РЭП завоевывают области применения нерегулируемых ЭП как для обеспечения технологических характеристик, так и с целью энергосбережения. Причем предпочтение отдается именно машинам переменного тока - асинхронным и синхронным двигателям, так как они имеют лучшие массогабаритные показатели, более высокую надежность и срок службы, проще в обслуживании и ремонте, по сравнению с коллекторными машинами постоянного тока. Даже в такой традиционно области, как электрический транспорт, машины постоянного тока уступают место частотно-регулируемым двигателям переменного тока, и это признано генеральным направлением развития тягового электропривода на ближайшие десятилетия.

Интерес к АД для РЭП значительно возрос, поскольку в последние годы как в нашей стране, так и за рубежом проводится широкий комплекс работ по созданию серий двигателей, предназначенных для работы в самых различных регулируемых системах, которые используются в промышленности, сельском хозяйстве, на транспортных, самоходных, строительных и дорожных машинах, буровых станках передвижных и подвижных устройствах различного назначения и т.д. Применение РЭП обусловлено повышением производительности труда, осуществлением задач экономии электроэнергии при оптимизации рабочего процесса и организации новых технологических процессов, созданием целого ряда изделий с улучшенными техническими характеристиками.

Условия эксплуатации АД для РЭП имеют существенные отличия от машин общего назначения, обусловленные спецификой работы. Регулируемые машины работают при изменяющихся в заданных диапазонах, а часто и по заданным законам значениях частоты вращения, частоты тока, напряжения. В подавляющем большинстве случаев рассматриваемые машины работают совместно с различного рода полупроводниковыми управляющими устройствами. Переходные процессы в таких машинах во многих случаях носят не эпизодический, а непрерывный характер, вследствие чего их можно считать нормальными рабочими процессами, которыми необходимо управлять.

АД общего назначения малой и средней мощности выпускаются, как правило, с самовентиляцией, поэтому при снижении частоты вращения снижается до-

пустимый длительный момент двигателя. Очевидно, что в случае необходимости работы АД в широком диапазоне скоростей и отсутствии независимой вентиляции, его установленная мощность должна быть значительно увеличена.

Таким образом, для получения качественного ЭП при питании АД от ПЧ необходимо создавать двигатели, специально адаптированные к новым условиям работы, связанные, в частности, с частотным управлением и постоянно изменяющимися условиями работы. При этом необходимо на начальном этапе учитывать предъявляемые к машине требования.

В течение последних 10 лет РЭП получили широкое распространение за рубежом. Основные работы ведутся в применении либо общепромышленных, либо специально разработанных для РЭП трёхфазных АД. МАД находят широкое применение и применяются в текстильной промышленности и других отраслях, где требуется стабильная скорость вращения в пределах одного оборота вала. Актуальным можно считать применение МАД в вентиляторных установках повышенной надёжности.

Особенности эксплуатации электрических машин в РЭП, накладывая определённые требования к их конструкции, требуют иные подходы к их проектированию. Разработана усовершенствованная методика расчёта МАД, учитывающая количество фаз расщеплённой обмотки статора на отдельные трёхфазные группы. Методика реализована в среде МаЙСАЭ 2001.

В третьем разделе приведены результаты исследований двухмерных тепловых полей поперечного сечения МАД в различных режимах их работы.

Температурный анализ играет заметную роль при проектировании многих механических и электромагнитных систем. Анализ методов моделирования тепловых полей в электромеханических системах показал, что для численного решения задач теплопередачи наиболее простым в реализации и удовлетворительным по скорости сходимости и точности решения является метод конечных элементов (МКЭ). Данный метод очень широко применяется в современных прикладных программных продуктах (типа А^У8, РЕММ, ЕЬСиТ) для моделирования тепловых, электромагнитных и других полей.

Для моделирования теплового поля МАД в нормальных (симметричных) и аномальных (несимметричных, сопровождающихся обрывом фазы) режимах ра-

боты была предложена следующая математическая модель (1). Где Т - температура; I - время; А.х(у,г,г) - компоненты тензора теплопроводности; А. - теплопроводность материала; ч - удельная мощность тепловыделения; с - удельная теплоемкость материала; р - плотность материала.

Здесь п - число лучей многолучевой звезды, интерпретирующей предложенную математическую модель геометрически, которое равно числу пазов и зубцов машины, так как нам необходима подробная картина теплового поля.

В качестве инструмента конечно-элементного моделирования полевых задач на основе предложенной математической модели нами использован российский пакет ЕЬСиТ 4.2Т, который позволяет производить линейный и нелинейный температурный анализ в плоской и осесимметричной постановке. Формулировка задачи основывается на уравнении теплопроводности с граничными условиями радиационного и конвективного теплообмена. Результаты моделирования получены в виде картин распределения теплового поля в сечении статора (рис.1):

Темпере

Т<К)

Рис. I. Фрагмент теплового поля девятифазного АД с номинальной мощностью 5,5 кВт в симметричном режиме.

Для исследования использовались данные геометрии магнитных систем статоров трбхфазных АД для изготовления на их базе многофазных (т=9) АД с номинальной мощностью: 1,5 кВт; 3,0 кВт; 4 кВт; 5,5 кВт; 7,5 кВт; 11,0 кВт; 15,0 кВт и 18,5 кВт с числом полюсов 2р^4.

Данные моделирования температурных полей МАД для компактности сведены в табл.1, где приводятся значения превышения температуры в сечении сердечника статора в установившемся режиме работы.

Таблица 1

Мощность, кВт 1,5 3,0 4,0 5,5 7,5 11,0 15,0 18,5

Прев температуры, "С 93 84 98 92 94 91 ПО 102

Анализ данных табл.1 показывает, что в целом, температурная напряжённость МАД, построенных на базе трёхфазных АД находится в допустимых пределах. При проектировании МАД мы использовали стандартные сердечники статоров и роторов, поэтому число фаз двигателя в каждом габарите определяется числом пазов и числом пар полюсов. Для МАД мощностью 15,0 кВт и 18,5 кВт число пазов статора стандартного сердечника позволило спроектировать их двенадцатифазными.

С учётом особенностей работы МАД в аварийных режимах при обрыве одной или даже нескольких фаз интерес представляет уже динамика теплового процесса, так как рост тока в оставшихся фазах приводит и к росту температуры обмоток МАД. В этом случае имеет место нестационарный режим нагрева двигателя. Особенностью нестационарных тепловых режимов, или тепловых переходных процессов, в ЭМ является их инерционность, проявляющаяся в значительном отставании изменений других факторов, послуживших причиной изменения температурного поля. Благодаря этому, ЭМ могут выдерживать в течение некоторого времени воздействие перегрузок, токов короткого замыкания и других ненормальных условий.

Для исследования нестационарных тепловых процессов использовали ряд девятифазных АД: мощностью 1,5 кВт; 3,0 кВт; 4 кВт; 5,5 кВт; 7,5 кВт; 11,0 кВт с числом полюсов 2р=4 и 2р=б при различных значениях мощности на валу МАД: Р2 = 1Р2н; 0,9Р2в; 0,8Р2в и 0,7Р2н.

Для нормального режима и режимов с обрывом фаз девятифазного МАД с номинальной мощностью 5,5 кВт процессы нестационарного нагрева представлены на рис.2. Из таких графиков необходимо определить постоянные времени нестационарного теплового режима МАД - Т^ф, Т^ф, которые согласно свойству экспоненты для произвольной точки равны подкасательной на линии 0=0^ значения установившихся температур для моделируемых режимов работы МАД - Онори, вобР1ф> 0обр2ф- Для нормального (полнофазного) режима работы МАД 5,5 кВт - вм>ри= в,= 92 "С. При обрыве 1 фазы - Т,„-,ру=1950 секунд в=в,=99 °С % При обрыве 2-х фаз - '/„,-,Р2ф - /175 секунд в=в,=119'С. После того, как мы полу-

чили эти данные, можно вычислить допустимое время работы /,„,„/,/, и 1л„2ф МАД при обрыве, соответственно, одной или двух фаз.

Ограничением продолжительности работы МАД в аварийном режиме служит максимально допустимое превышение температуры самой нагретой точки изоляции обмотки статора для принятого класса изоляции. Для изоляции класса принимаем (-),,,„ - 95 °С

—Без обрыва —Обрыв 1 фазы —Обрыв 2-х фаз

О 2500 5000 7500 Время работы при Р=Ри, сек

Рис.2 Нестационарный нагрев многофазного двигателя мощностью 5,5 кВт.

Время 1доп |ф или 1ддп2ф для режима работы с обрывом одной фазы определяется из уравнения вида:

0<кт=етрм+в^ф(\-е ). (2)

Допустимое время работы ^^ф из уравнения (2), сек.:

= |п

(3)

Для рассматриваемого варианта МАД 1,к,„1ф 3622 секунды или 60 минут При обрыве сразу двух фаз 1<кя,2ф=1800 секунд или 30 минут.

Обрыв двух фаз девятифазного АД может представлять собой работу машины при двух трёхфазных тройках, так как обрыв двух фаз в одной трёхфазной группе приводит к её исключению из работы. Либо функционирование семи фаз можно представить как работу одной трёхфазной группы и двух двухфазных, т.е. обрыв по одной фазе в каждой из двух трёхфазных групп.

Ниже приведена табл.2, в которой указано время работы МАД при обрыве двух фаз (для машин с 2р=6 - одной фазы).

Таблица 2

Мощность Р2Н, кВт 1,5 3,0 4,0 5,5 7,5 11,0

Время, мин (2р=4, ш=9) 24 52 22 30 43 58

Время, мин (2р=6, т=6) 35 40 41 112 •51 42

Анализ данных табл.2 показывает, что прямой связи между номинальной мощностью МАД и продолжительностью его работы в аварийном режиме при обрыве фазы нет. Температура перегрева во многом зависит от изначально принятой при проектировании плотности тока в обмотке статора.

По результатам моделирования выяснилось, что обрыв фазы, равно как и снижение частоты вращения вала двигателя, может привести к недопустимому росту температуры в определённых вариантах МАД, так как возможно сочетание неблагоприятных факторов. К этим факторам можно отнести изначально принятую при проектировании повышенную плотность тока в обмотках машины, увеличенную длину статора двигателя, когда увеличение длины оболочки МАД негативно сказывается на эффективности обдува его вентилятором.

При этом можно отметить, что при обрыве фазы девятифазного двигателя машину можно нагрузить до номинального момента. В шестифазных машинах обрыв одной фазы приводит к работе МАД с одной трёхфазной обмоткой вполовину номинальной мощности.

Для оценки адекватности предложенных математических моделей проведено экспериментальное исследование шестифазного АД мощностью 1,1 кВт с номинальным фазным напряжением 127 В. Погрешность при сравнении экспериментальных и расчётных данных составила: по токам в обмотках статора в пределах - 4-5%; по температуре обмоток статора - 10-11%. Для получения более точных цифр необходимо использовать более точные измерт-ельные приборы. Также возможно совершенствование разработанных математических моделей, совершенствование методики определения всех коэффициентов теплоотдачи от оболочки ЭМ при тепловом расчёте для того, чтобы приблизить реальные условия тепловых испытаний к расчётным методикам.

Полученные результаты предназначены для разрабатываемой САПР МАД.

В четвёртом разделе проанализированы методы электромагнитного моделирования в электрических машинах, обоснован выбор МКЭ для моделирования магнитного поля МАД. Приведены результаты моделирования магнитных полей МАД в нормальном режиме работы. Показана возможность перехода от полевых задач к параметрам электрической машины.

Одна из главных задач современной электромеханики - создание методов исследования как электромеханических систем, объединяющие различные электромеханические преобразователи, электрические и механические элементы, так и способов воспроизведения магнитных полей и изучения процессов в самих электромеханических преобразователях. Исторически эти две проблемы были в значительной мере разъединены и решались с помощью различных методов. Данное обстоятельство объяснялось как разнородностью явлений, присущих элементам таких систем, так и скромным возможностям средств вычислительной техники в течение многих десятилетий.

Сегодня расчёт магнитного поля не представляет трудностей, так как для этого разработано достаточное количество методов и инструментов. Конкретный метод выбирается исходя из сложности задачи и получения результата в том или ином виде. При выборе метода необходимо учитывать его сложность и возможность применения более простых решений. Основная сложность заключается в выборе и способе реализации выбранного метода расчета магнитного поля, адекватного поставленной задаче. При этом созданы универсальные программные продукты, которые позволяют производить моделирование различных полей и получать результат с достаточной быстротой и точностью.

При моделировании магнитных полей МАД в качестве допущения принимали положение о синусоидальности питающего напряжения, так как современные ПЧ работают в режиме широтно-импульсной модуляции, содержат в своём составе хорошие ёмкости и генерируют практически синусоидальную форму выходного напряжения.

В качестве инструмента реализации конечно-элементного моделирования магнитного поля в сердечнике статора МАД использовался пакет ELCUT 4.2Т, в котором при решении задач моделирования магнитных полей используется уравнение Пуассона для векторного магнитного потенциала А (В - rot А, В - вектор магнитной индукции). В рассматриваемых задачах вектор индукции В всегда лежит в плоскости модели (ху), а вектор плотности стороннего тока j и векторный потенциал А перпендикулярны к ней:

э JJA э My дНа

аьг Ii дх к * > I- Л Ьх \ Ьу)

где компоненты тензора магнитной проницаемости цх и Цу, составляющие коэрцитивной силы На и Нсу, а также плотность тока j - постоянные величины в пределах каждого из блоков модели.

ELCUT 4.2Т позволяет представить решение задачи моделирования магнитного поля несколькими способами: картины поля; числовые значения, в том числе: локальные полевые значения, интегральные величины, мастера вычисления параметров; графики; таблицы; таблицы и графики во времени.

С помощью ELCUT 4.2Т можно в течение /J-минутного сеанса описать задачу - геометрию объекта, свойства сред, источники поля, граничные и другие условия. Решить ее с высокой точностью и проанализировать решение с помощью средств цветной графики, а также решать сложные задачи расчета полей и теории упругости на персональных компьютерах, не прибегая к помощи больших ЭВМ или рабочих станций. Геометрическая конфигурация задачи определяется как набор подобластей, представляющих собой одно- и многосвязные криволинейные многоугольники в плоскости модели, не пересекающиеся между собой иначе как по границе. Каждой подобласти приписан определенный набор физических свойств.

Источником магнитного поля в пазу машины принималась плотность тока обмотки статора. Расчёт магнитного поля МАД производился для демонстрации возможности перехода к параметрам ЭМ на основе решения полевых задач электромеханики Ниже приводятся результаты моделирования (табл.3) девяти-фазных АД с рядом мощностей: 1,5 кВт; 3,0 кВт; 4,0 кВт; 5,5 кВт; 7,5 кВт; 11,0 кВт; 15,0 кВт и 2р=4, где представлены индуктивные сопротивления пазового рассеяния (Ом).

_ _ __Таблица 3

Мощность, кВт 1,5 3,0 4,0 5,5 7,5 11,0 15,0

Классич. методика 2,025 2,321 2,289 2,<>7 2,95 2,893 2,928

Модел-ие в ELCUT 2,012 2,41 2,211 3,05 3,03 2,915 2,899

Полученные результаты показывают возможность расчёта параметров электрических машин на основе решения полевых задач электромеханики.

В пятом разделе приведены теоретические основы надёжности АД, а также предложена математическая модель вероятности безотказной работы (ВБР) МАД с учётом расщеплённой конструкции обмотки статора. Показано, что оптимальным числом фаз многофазного исполнения обмотки АД является т = 9. На основе опыта проектирования МАД даны практические рекомендации по построению ПЧ для питания МАД. Приведены некоторые рекомендации по ещё большему повышению ВБР МАД.

Отказы ЭМ невозможно полностью исключить, но их количество по времени можно прогнозировать на основе расчётов и оценок показателей надёжности. Случайные события и процессы изучаются в теории вероятностей, математической статистике, теории массового обслуживания и других научных дисциплинах. В соответствии с терминологией, под отказом понимается событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния ЭМ. Отказы ЭМ являются случайными событиями. Случайные события количественно оцениваются случайными величинами, например: количество отказов п определённой группы ЭМ в течение заданного времени эксплуатации; частота появления отказов однотипных ЭМ п/К, где К - общее число ЭМ, по которым производятся наблюдения.

Законы распределения отказов, которые являются случайными величинами, имеют большое значение для теории и практики работ по обеспечению надёжности ЭМ. Значение этих законов позволяет рассчитывать и прогнозировать надёжность ЭМ на этапах проектирования и испытания, производства и эксплуатации, а также при оценке правильности установления и продления ресурсов и сроков эксплуатации ЭМ. Применение того или иного закона распределения обусловлено характером появления и изменения отказов во времени. Для ЭМ наиболее часто используется нормальное распределение, которое занимает особое место в теории вероятностей и в теории надёжности. Главная его особенность состоит в том, что нормальное распределение является предельным распределением, к которому приближаются другие законы распределения.

Для количественного определения значений показателей надёжности применили метод аналогов. В этом случае значения показателей определяются исходя из достигнутых значений по аналогам, с применением соответствующей их корректировки, учитывающей степень аналога и нового образца. В нашем случае МАД изготавливается их тех же материалов, по технологии серийных АД, на том же оборудовании. Поэтому в качестве аналога для МАД принят трёхфазный АД общепромышленного применения.

Математическая модель вероятности безотказной работы АД определяется основными функциями двух частей - обмоткой статора и подшипниковыми устройствами. Под ВБР МАД мы понимаем способность машины генерировать вращающееся магнитное поле при обрыве (отключении) одной или даже нескольких фаз его статорной обмотки. Под обрывом мы понимаем отключение системой управления всей трёхфазной группы, в которой произошёл аварийный режим. В этом случае МАД не обязательно должен быть способен развить на

своём валу номинальный вращающий момент, так как нам важна его принципиальная работоспособность в аварийных режимах работы.

На сегодняшний день для двигателей серий 4А, АИР, АИС, 5А и 6А следует принять такое соотношение долей отказов: 80-90% - отказы обмоток и 20-10% -отказы подшипниковых узлов. При этом считаем, что для АД мощностью 1-100 кВт выполняются требования ГОСТа. Эти данные подтверждены экспериментально проведением ускоренных испытаний в ОАО «СКБ Сибэлектромотор» (г.Томск) и наблюдением за работой АД в эксплуатационных условиях.

ВБР АД обеспечивается двумя составными частями: обмоткой статора и подшипниковыми узлами, которые состоят из двух подшипников, отсюда разработанная математическая модель вероятности безотказной работы МАД для любого числа фаз т:

Р^Рпу+РТ^РпА-Ь-^Т], (5)

где Р*т>шд - ВБР многофазного асинхронного двигателя с расщеплённой обмоткой статора при числе фаз т;

^т,- ВБР обмотки статора трёхфазного асинхронного двигателя.

При создании математической модели для расчёта вероятности безотказной работы использован метод аналогов. В качестве прототипа использованы серийные трёхфазные АД. Структурная схема надёжности многофазного асинхронного двигателя с расщеплённой обмоткой статора при числе фаз т приведена на рис.3.

Рис.3. Структурная схема надёжности многофазного асинхронного двигателя с расщеплённой обмоткой статора для любого числа т.

Учитывая, что по разным статистическим данным и по результатам ускоренных испытаний ОАО «СКБ Сибэлектромотор» (г.Томск) доля отказов подшипниковых узлов колеблется в пределах 10-20% для АД общепромышленного

производства и определить в настоящее время эту долю для конкретного применения двигателей практически невозможно. Поэтому рассматриваем два варианта: ) вариант - доля отказов подшипниковых узлов при эксплуатации АД составляет 10% и 2 вариант - доля отказов подшипниковых узлов при эксплуатации АД составляет 20%. Можно считать, что эти варианты определяют пределы варьирования ВБР подшипниковых узлов при общем значении ВБР АД в течение 20000ч. эксплуатации: РАд=0,90. Эти варианты определяют пределы варьирования вероятности безотказной работы МАД в реальных условиях работы

Результаты расчета ВБР МАД на основе предложенной математической модели представлены в табл.4, где приведены значения вероятности безотказной работы МАД при различных числах фаз.

Таблица 4

Вариант т nfm) " шл Рпу ptm) Г об P'-'L plm-l) F ММ

3 0,9009 0,9900 0,9100 отказ отказ отказ

1 6 0,9820 0,9900 0,9919 0,9100 0,9009 50

9 0,9893 0,9900 0,9993 0,9919 0,9820 66,7

12 0,9899 0,9900 0,99993 0,9993 0,9893 75

3 0,9016 0,9800 0,9200 отказ отказ отказ

2 6 0,9737 0,9800 0,9936 0,9200 0,9016 50

9 0,9795 0,9800 0,9995 0,9936 0,9737 66,7

12 0,9799 0,9800 0,99996 0,9995 0,9795 75

Анализируя полученные расчётные данные можно говорить о том, что увеличение числа фаз асинхронного двигателя является эффективным способом резкого повышения вероятности безотказной работы машины. При этом, если в трёхфазном асинхронном двигателе обрыв одной фазы ведёт к отказу машины при любом варианте принятой доли отказов подшипниковых узлов, а уже в шес-тифазном варианте ВБР равняется 0,91 при снижении допустимой нагрузки на двигатель вдвое. Это следует из предположения о том, что каждая трёхфазная >" группа обмоток МАД одинаково участвует в формировании полезного момента

двигателя. Соответственно, при девятифазном исполнении МАД доля нагрузки на каждую трёхфазную группу снижается до трети от номинальной нагрузки всего двигателя, по сравнению с шестифазным вариантом МАД, а ВБР при обрыве одной фазы составляет уже 0,9919 при первом варианте принятой доли отказов подшипниковых узлов. При втором варианте - ВБР ещё несколько выше.

Можно считать, что с точки зрения получения максимума ВБР, при одновременной простоте производства девятифазной расщеплённой обмотки (девять фаз размещаются в 36 пазах стандартного штампа сердечника статора АД общепромышленного применения), вариант МАД с т 9 является наиболее оптимальным при любой принятой доли отказов подшипниковых узлов, так как на-

чиная с т=9, надёжность МАД практически определяется только вероятностью безотказной работы подшипникового узла.

Заключение.

В результате проведённых в диссертационной работе исследований решены задачи, позволяющие определить распределение теплового поля в статоре многофазных асинхронных двигателей с расщеплёнными обмотками статора на стадии их проектирования, оценить возможности создания высоконадёжных многофазных асинхронных двигателей и рассчитать параметры асинхронного двигателя на основе решения полевых задач электромеханики для совершенствования методов расчёта рассматриваемых двигателей.

Основные выводы по работе, заключаются в следующем:

2. Разработанная математическая модель теплового состояния многофазных асинхронных двигателей в установившихся и аварийных режимах работы реализована в пакете конечно-элементного моделирования ЕЬСит 4.2Т, что позволило получить новые результаты по исследованию теплового поля поперечного сечения МАД, определившие реально существующую неравномерность распределения теплового поля в статоре, которую невозможно обнаружить при использовании традиционных методик расчёта теплового состояния. Это необходимо учитывать при создании высоконадёжных регулируемых электроприводов.

3. Создана математическая модель определения вероятности безотказной работы многофазных АД с расщеплёнными обмотками статора при любом числе фаз т. Проведённые расчёты показали, что увеличение числа фаз АД является мощным средством повышения его вероятности безотказной работы и ограничивающим фактором повышения ВБР двигателя при числе фаз т >6 является подшипниковый узел. При необходимости, надёжность подшипникового узла можно повысить путём применения высококачественных подшипников, но для этого необходимо изменить технологию изготовления механических деталей (подшипниковых щитов, валов, станин и т.д.), а также технологию сборки ЭМ. Оптимальным является МАД с т~9, при этом обмотка статора имеет высокую вероятность безотказной работы, а дальнейшее увеличение числа фаз т увеличивает стоимость двигателя и незначительно повышает его ВБР

4. Расчёт параметров многофазных асинхронных двигателей на основе решения полевых задач перспективен для использования его в системе автоматизированного проектирования асинхронных двигателей.

5. Экспериментальные исследования шестифазного асинхронного двигателя подтвердили удовлетворительную адекватность разработанных математических моделей. Погрешности при сравнении экспериментальных и расчетных данных составили по токам в обмотках статора в пределах - 4-5%, а по температуре обмоток статора - 10-11%.

6. Разработанные математические модели предназначены для их использования в разработке системы автоматического проектирования при создании многофазных асинхронных двигателей повышенной надёжности для специальных вентиляционных систем с низким уровнем шума и вибрации.

Автор благодарит доцентов кафедры электрических машин и аппаратов Томского политехнического университета Муравлёву О.О. и Цукублина А.Б. за

практическую помощь в решении задач, поставленных при написании диссертационной работы и внимательное отношение к работе.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Глухов Д.М. Снижение энергопотребления при использовании асинхронного электропривода (тезисы). «Сибирский Авиа Космический Салон» САКС-2002: Тез. докл. Междунар. науч.-практ. конф./ СибГАУ. Красноярск, 2002. -С.187-188.

2. Глухов Д.М. Перспективы применения многофазного асинхронного двигателя для регулируемого электропривода. В сб. Современная техника и технологии. Труды 9-й Международной науч.-практ. конф. Студентов, аспирантов и молодых ученых - Томск, изд. ТПУ, 2003. - С.248-250.

3. Glukhov D.M., Muravleva О.О. Multiphase Induction Motors For A Variable Speed Drive. The 9* International Scientific and Practical Conference "Modern Techniques and technology" Tomsk, TPU Press 2003. - PP.128-130.

4. Глухов Д.М., Муравлёва О.О. Оценка теплового состояния многофазных асинхронных двигателей. Материалы Международной научно-технической конференции «Электроэнергетика, электротехнические системы и комплексы», Томск, 2003, С.109-112.

5. Glukhov D.M. Modern Approach Of Control For Energy Saving. The IEEE-Siberian Conference on Control and Communications SIBC014-2003 PROCEEDINGS, PP. 92-94.

6. Глухов Д.М. Тепловое состояние многофазных асинхронных двигателей в аварийных режимах работы. 10-я Юбилейная Международная научно-практ. Конф. Студентов, аспирантов и молодых учёных «Современная техника и технологии», Томск, ТПУ-Пресс, 2004, С.229-230.

7. Glukhov D.M., Muravleva О.О. Phase Breaking In Multiphase Induction Motors. The 10th Jubilee International Scientific and Practical Conference "Modern Techniques and technology" Tomsk, TPU Press 2004. - PP. 81-82.

8. Глухов Д.М., Муравлёв О.П. Распределение тепла в многофазных асинхронных двигателях. В межвузовском сборнике научных трудов "Оптимизация режимов работы электромеханических систем" Красноярск, 2004, С. 100-108.

9. Глухов Д.М. Моделирование тепловых полей многофазных асинхронных двигателей. 11 -я Международная научно-практ.конф. студентов, аспирантов и молодых ученых «Современная техника и технологии», Томск, ТПУ-Пресс, 2005.

10.Glukhov D.M., Muravleva О.О. Temperature Field Of Multiphase Induction Motors. The 11th International Scientific and Practical Conference "Modem Techniques and technology" Tomsk, TPU Press 2005.

11 .Глухов Д.М. Нестационарные тепловые процессы при работе многофазных асинхронных двигателей. Материалы Международной научно-технической конференции «Электромеханические преобразователи энергии» ЭПЭ-2005, Томск, 2005, С.155-158.

12. Глухов Д.М., Муравлёва О.О. Моделирование электромагнитных и тепловых процессов многофазных асинхронных двигателей. Том. политехи, ун-т. -Томск, 2005. - 14: ил. - Библиогр.: 7 назв. - Рус. - деп. в ВИНИТИ 1810.2005, № 1336-В2005.

Подписано к печати 21.11.2005 г. Тираж 100 экз. Заказ № 118. Бумага офсетная. Формат 60Х 84/16.18стр. Печать RISO. Отпечатано в типографии ООО «РауШ мбХ»

Лицензия Серия ПД№ 12-0092 от 03.05.2001г. 634034, г. Томск, ул. Усова 7, ком. 052. тел. (3822) 56-44-54

25 146

РНБ Русский фонд

2006-4 28532

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Глухов, Дмитрий Михайлович

1. Введение.

2. Анализ существующих методов исследования асинхронных двигателей для регулируемого электропривода. Постановка задачи.

2.1 Особенности асинхронных двигателей для регулируемого электропривода и предъявляемые к ним требования.

2.2 Особенности эксплуатации регулируемых асинхронных двигателей.

2.3 Многофазные асинхронные двигатели в регулируемом электроприводе и законы управления асинхронными двигателями.

2.4 Методы анализа многофазных асинхронных двигателей.

2.5 Состояние работ по надёжности электрических машин.

2.6 Постановка задачи.

2.7 Выводы.

3. Математическое моделирование теплового состояния многофазных асинхронных двигателей в аварийных режимах работы.

3.1 Математическая модель теплового состояния многофазного асинхронного двигателя в аномальных режимах работы.

3.2 Алгоритм исследования теплового поля многофазного асинхронного двигателя.

3.3 Анализ результатов моделирования.

3.4 Экспериментальная установка.

3.5 Выводы.

4. Математическое моделирование магнитных полей многофазных асинхронных двигателей.

4.1 Методы моделирования магнитных полей электрических машин.

4.2 Обоснование выбора метода моделирования магнитных полей многофазных асинхронных двигателей.

4.3 Выводы.

5. Математическое моделирование надёжности многофазных асинхронных двигателей.

5.1 Теоретические основы надёжности асинхронных двигателей.

5.2 Математическая модель вероятности безотказной работы многофазного асинхронного двигателя.

5.3 Рекомендации по построению многофазного преобразователя частоты для питания многофазных асинхронных двигателей.

5.4 Выводы.

Введение 2005 год, диссертация по электротехнике, Глухов, Дмитрий Михайлович

Актуальность работы. Сегодня является очевидным то, что электроприводы (ЭП) постоянного тока уже не являются единоличными представителями регулируемых электроприводов (РЭП). Развитие науки, техники и технологии подошло к тому рубежу, когда стало возможным создание РЭП переменного тока вообще и в первую очередь на основе асинхронных двигателей (АД) [2,21, 132, 133, 134, 136].

Создать универсальный, подходящий для всех случаев жизни частотно-регулируемый двигатель нельзя. Оптимальным он может быть только для каждого конкретного сочетания закона и способа управления, диапазона регулирования частоты и характера нагрузки: постоянной, обратно пропорциональной частоте вращения ротора, вентиляторной и случайной, заданными вероятностными характеристиками. В идеале, двигатели следует дифференцировать по типам производственных механизмов, естественно, подсчитывая экономическую целесообразность такого подразделения. Она, конечно, будет зависеть от массовости (объемов) применения и назначения электропривода [77]. Многофазный асинхронный двигатель (МАД) может являться альтернативой трёхфазным машинам при питании последних от преобразователя частоты (ПЧ). Под многофазными асинхронными двигателями мы понимаем такие двигатели, у которых число фаз обмотки статора более трёх — т>3 — и обмотка является расщеплённой (статорная обмотка, оси одноимённых фаз которой сдвинуты по расточке статора на п/т ряд, соединена в т/3 симметричные группы и

• ■ питается симметричной системой напряжений, имеющей временной сдвиг, равный пространственному сдвигу фаз [6, 7]) . Во-первых, МАД является системой «Многофазный преобразователь частоты — Асинхронный Двигатель», что означает симбиоз источника и потребителя энергии. ПЧ управляется микропроцессором, следовательно, проблема обеспечения постоянства частоты питающего напряжения, а значит и частоты вращения вала МАД решается на программном уровне. Во-вторых, снижение пульсаций момента и скорости на валу МАД следует из свойств самого МАД, благодаря увеличенному числу фаз. В третьих, МАД остаются принципиально работоспособными при отключении (обрыве) одной или даже нескольких фаз обмотки статора, так как в этом случае в нём продолжает создаваться вращающееся магнитное поле, что является существенным фактором вообще и в особенности в ответственных технологических процессах.

Проблема обеспечения надёжности остро стоит перед создателями энергетических объектов, транспортных устройств, электрических машин для различных отраслей народного хозяйства России. В настоящее время нет такой отрасли техники, где бы эта проблема ни была одной из актуальнейших [99].

Большинство современных электрических машин (ЭМ) должны выполнять свои функции и задачи при воздействии на них различных видов внешних воздействующих факторов, действующих в процессе эксплуатации. Это обстоятельство определяет необходимость оценить эксплуатационные свойства ЭМ и в первую очередь - надёжность.

Условно разделив исследования за рубежом и в нашей стране, можно перечислить следующее применение многофазных машин. В США отмечают перспективность МАД для электромобилей, медицинской техники, в испытатель-• ных приборах, а также существует патент на многофазный асинхронный ЭП для глубоководного аппарата [76]. В Германии МАД применяются для привода компрессоров и проводились исследования, которые выявили целесообразность выполнения ЭП переменного тока мощностью выше 7МВт с двумя 3-фазными обмотками [36]. В Японии фирма «SANYO» использует различные типоиспол нения 5-фазных двигателей в металлорежущих станках для работы в глубоком - вакууме (ЭП - низковольтный). Многофазные двигатели применяются для видеомагнитофонов (запатентовано в США). В Португалии на химкомбинате в Porto Torres установлен частотно-регулируемый синхронный ЭП турбокомпрессора мощностью 13 кВт (ПЧ работает в /2-фазном режиме).

В СССР серийно выпускались б-фазные генераторы [3, 42], которые применялись на атомном ледоколе «Ленин». Одним из вариантов является применение МАД в текстильной промышленности, в частности для привода механизма производящего нити. Дело в том, что современная текстильная индустрия работает с очень тонкими нитями, а это условие накладывает очень жесткие требования к качеству нитей, т.е. нить должна быть одного диаметра по всей длине. Обеспечение этого требования (изготовления нити заданного качества) невозможно без качественного приводного механизма, а, следовательно, и без ЭП, обеспечивающего постоянство частоты вращения вала приводного двигателя [11]. Наиболее актуальным можно считать применение МАД в специальных вентиляционных системах и комплексах, где требуется повышенная надёжность двигателя при низком уровне шума и вибрации.

Многофазными машинами и изучением электромагнитных процессов в них занимались Соустин Б.П. и Бражников В.Ф. в Красноярском Государственном техническом университете В настоящее время в России многофазными машинами занимаются в Ивановском Государственном техническом университете Голубев А.Н., его коллеги и другие исследователи.

В Томском политехническом институте вопросами надёжности АД начали заниматься с 1962 года Стрельбицкий Э.К., Похолков Ю.П, Муравлёв О.П. совместно с СКБ «Сибэлектромотор», а также вопросами надёжности занима-• лись Матялис А.П, Дудкин А.Н. Гольдберг О.Д., Любомен В.Э., Макаров Л.Н.,

Ванеев Б.Н. и др.

Преимущества МАД и их свойства требуют дополнительных исследований в области моделирования их магнитных, тепловых полей и надёжности указанных двигателей. Разработанные математические модели и результаты проведённых теоретических исследований будут использованы при проектировании двигателей для ЭП повышенной надёжности, что является актуальным в настоящее время.

Цель работы. Целью настоящей работы является разработка математических моделей для исследования тепловых полей многофазных асинхронных двигателей как в установившихся, так и в аварийных режимах работы, которые сопровождаются отключением (обрывом) фазы для того, чтобы показать возможность работы асинхронного двигателя в составе регулируемого электропривода без применения дополнительных средств охлаждения в названных режимах; исследование возможностей моделирования магнитных полей электродвигателей с целью вычисления параметров машины; разработка математической модели вероятности безотказной работы многофазного асинхронного двигателя с расщеплёнными обмотками статора.

Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать математическую модель для исследования теплового поля машины в несимметричных режимах работы.

2. Создать программу для проектирования многофазных асинхронных двигателей с расщеплёнными обмотками статора и с учётом особенностей источника питания.

3. Произвести моделирование магнитного поля многофазного асинхронного двигателя для вычисления параметров машины.

4. Провести исследования в области надёжности многофазных асинхронных двигателей.

Работа выполнена по гранту Минобразования России Р002 — 2.6 - 199 и комплексному плану научно-исследовательских работ кафедры «Электрические машины и аппараты» Томского политехнического университета.

Методы исследования. При проведении исследований использовались: теория электрических машин; метод конечных элементов для расчёта тепловых и магнитных полей; методы исследований температурных полей в электрических машинах; методы математического моделирования, математической статистики и экспериментальные исследования.

Все исследования проведены с использованием современных программных продуктов на базе ПЭВМ.

Научная новизна. В результате выполнения работы получены следующие научные результаты:

1. Создана полевая математическая модель теплового поля многофазного асинхронного двигателя, позволяющая исследовать его установившиеся и аварийные режимы работы, тепловую напряжённость отдельных участков статора.

2. Разработаны алгоритмы и программа расчёта коэффициентов теплоотдачи от оболочки электрической машины для интегрирования её в полевую модель теплового состояния /и-фазного асинхронного двигателя.

3. Предложен алгоритм определения параметров электрической машины на основе решения полевых задач электромеханики, позволяющий отойти от общепринятых в классической теории электрических машин допущений об электрической машине.

4. Усовершенствована математическая модель и создана программа расчёта /и-фазных асинхронных двигателей с расщеплёнными обмотками статора, которая позволяет проектировать многофазные асинхронные двигатели на базе трёхфазных асинхронных двигателей общего назначения с учётом особенностей источника питания.

5. Разработана математическая модель надёжности многофазных асинхронных двигателей для оценки их вероятности безотказной работы при использовании /и-фазной расщеплённой конструкции обмотки статора. Практическая ценность. Практическая ценность работы заключается в том, что полученные при её выполнении результаты направлены на создание высоконадёжных многофазных асинхронных двигателей с улучшенными виброшумовыми характеристиками, которые могут быть построены на базе существующих трёхфазных асинхронных двигателей общепромышленного назначения.

1. Разработаны методики расчёта тепловых параметров многофазных асинхронных двигателей в установившихся и аварийных режимах работы, допустимого времени работы при обрыве фазы. Методика позволяет рассчитывать коэффициенты теплоотдачи с поверхности оболочки электрической машины для использования их в уточнённых расчётах тепловой напряжённости отдельных участков сердечника статора многофазного асинхронного двигателя.

2. Созданы алгоритм и программа расчёта многофазных асинхронных двигателей с расщеплёнными обмотками статора, которые предназначены для создания современных высоконадёжных конструкций асинхронных двигателей с низким уровнем шума и вибрации для регулируемого электропривода. В этой программе использована методика расчёта параметров электрической машины на основе решения полевых задач.

3. Предложена методика расчёта вероятности безотказной работы многофазных асинхронных двигателей на основе метода аналогов и базовых показателей надёжности, которая позволяет оценить вероятность безотказной работы многофазной расщепленной конструкции обмотки статора. Реализация результатов работы. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований, а также выработанные рекомендации переданы для внедрения в ОАО «СКБ Сибэлектромотор» (г.Томск) и будут использованы при разработке многофазных асинхронных двигателей для высоконадёжных регулируемых ЭП переменного тока. На основе расчётов автора изготовлен экспериментальный образец шестифазного шестиполюсного асинхронного двигателя с расщеплённой обмоткой статора мощностью 1,1 кВт. Разработанные алгоритмы, программы расчёта и математические модели используются в учебном процессе — при изучении курсов «Электромеханика» и «Качество и надежность электрических машин», а также при дипломном и курсовом проектировании студентов и магистрантов.

Апробация. Материалы исследования докладывались и получили одобрение на следующих конференциях:

• Международная научно-практическая конференция «Сибирский Авиа Космический Салон» САКС-2002, (СибГАУ, г.Красноярск 2002г.);

• IX Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Современная техника и технологии» (г.Томск, 2003 г.);

• Международная научно-техническая конференция «Электроэнергетика, электротехнические системы и комплексы» (г.Томск, 2003г.);

• The IEEE-Siberian Conference on Control and Communications SIBCON-2003 PROCEEDINGS (Tomsk, 2003);

• Х-я Юбилейная Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Современная техника и технологии» (г.Томск, 2004г.);

• XI Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Современная техника и технологии» (г.Томск, 2005г.);

• Международная научно-техническая конференция «Электромеханические преобразователи энергии» ЭПЭ-2005, (г.Томск, 2005г.). Публикации по работе. По результатам проведённых исследований опубликовано двенадцать печатных работ по теме диссертации. и

Содержание работы. Диссертационная работа изложена на 230 страницах машинописного текста, содержит 28 иллюстраций, состоит из пяти разделов, заключения, списка литературы из 143 наименований и приложений.

Во введении обоснована актуальность задач по исследованию и проектированию многофазных асинхронных двигателей с низким уровнем шума и вибрации для построения высоконадёжного регулируемого электропривода. Сформулирована цель работы, поставлены основные задачи, описана научная новизна и практическая ценность диссертационной работы, приведена краткая аннотация выполненной работы по разделам.

Во втором разделе проведён анализ существующих методов по исследованию асинхронных двигателей для регулируемого электропривода, приведены особенности в работе регулируемых асинхронных машин, а также особенности эксплуатации таких двигателей. Приведены принципы и законы управления асинхронными машинами. Сделан анализ методов исследования многофазных асинхронных двигателей, а также рассмотрено состояние работ по надёжности электрических машин. Поставлены основные задачи исследования.

В третьем разделе рассмотрены существующие методы теплового моделирования электрических машин. Обосновано применение метода конечных элементов для моделирования двухмерного теплового поля многофазной машины. Предложена математическая модель теплового состояния многофазного асинхронного двигателя при возникновении аварийных режимов работы, которые сопровождаются обрывом фаз обмотки статора. Приведены картины тепловых полей многофазных асинхронных двигателей в нормальном и аварийных режимах работы. Получены зависимости превышения температуры обмотки статора от нагрузки на валу двигателя, числа оборотов вала машины, а также от режима работы многофазного двигателя при обрыве одной или двух фаз обмотки статора, приведены результаты определения допустимого времени работы многофазного асинхронного двигателя при обрыве одной или двух фаз. Изготовлен опытный образец, который был испытан и результаты испытаний подтвердили адекватность предложенной тепловой модели многофазного асинхронного двигателя

В четвёртом разделе проанализированы методы электромагнитного моделирования в электрических машинах, обоснован выбор метода конечных элементов для моделирования магнитного поля многофазного асинхронного двигателя. Приведены результаты моделирования магнитных полей многофазного асинхронного двигателя в нормальном режиме работы. Показана возможность перехода от полевых задач к параметрам электрической машины.

В пятом разделе приведены теоретические основы надёжности асинхронных двигателей, а также предложена математическая модель оценки вероятности безотказной работы многофазных двигателей с учётом расщеплённой конструкции обмотки статора. Показано, что оптимальным числом фаз многофазного исполнения обмотки асинхронного двигателя является т=9. На основе опыта проектирования МАД даны рекомендации по выбору числа фаз, номинальных фазных напряжений и выбору плотностей тока в обмотке статора многофазной машины.

В приложениях представлены акты внедрения результатов работы и расчётные данные по соответствующим разделам диссертационной работы, иллюстративные материалы результатов моделирования и расчётов.

Заключение диссертация на тему "Моделирование многофазных асинхронных двигателей в аварийных режимах работы"

5.4 Выводы

1. Теоретические основы надёжности базируются на вероятностной природе отказов. Причины отказов можно разделить на две группы: причины отказов, вызванные различием в изготовлении электрических машин (разбросом физических и прочностных характеристик, применяемых материалов и комплектующих элементов, случайным сочетанием геометрических параметров подвижных и неподвижных соединений в пределах предусмотренного чертежом поля допусков, нестабильности технологических процессов); причины отказов, обусловленные случайным характером сочетаний внешних воздействий и нагрузок, отклонениями ожидаемых условий эксплуатации от реальных, отличием реальных внешних условий эксплуатации от испытательных режимов, при которых проверялась надёжность электрических машин. Отказы всегда являются случайными величинами и определяются законами распределения случайных величин. В качестве основного количественного показателя надёжности принята вероятность безотказной работы.

2. В Томском политехническом университете совместно с ОАО «СКБ Сибэлектромотор» (г.Томск) вопросами надёжности занимаются с 60-х годов прошлого столетия и разработанная методика расчёта надёжности обмоток применяется до настоящего времени.

3. Разработана математическая модель расчёта вероятности безотказной работы, которая позволяет: определить основные функциональные части асинхронного двигателя и произвести анализ взаимосвязей между основными составными частями двигателя, составить структурную схему событий безотказной работы асинхронного двигателя и расчётные формулы для определения вероятности безотказной работы электрической машины. Математическая модель позволяет произвести количественную оценку показателей безотказности асинхронного двигателя по расчётным формулам и принятым исходным данным.

4. Для расчёта вероятности безотказной работы рекомендуется применять метод аналогов с составлением структурных схем. Этот метод применяется в наших расчётах безотказности, а в качестве прототипа используем серийные трёхфазные асинхронные двигатели, для которых уже проведены исследования в области обеспечения надёжности и накоплены достоверные данные по вероятности безотказной работы. Многофазный асинхронный двигатель с расщеплёнными обмотками статора можно рассматривать как состоящий из нескольких отдельных трёхфазных асинхронных двигателей, для которых технология изготовления и применяемые изоляционные материалы аналогичны серийным асинхронным двигателям. При обрыве фазы перестаёт работать одна из трёхфазных групп, а остальные функционируют нормально. Это можно рассматривать как резервирование обмоток. Отличие от полноценного резервирования состоит в том, что в этом случае допустимая нагрузка составляет: при т=6 - 50%; т=9 - 66%; т=12 - 75%.

5. В соответствии с ГОСТ Р 51689-2000 трёхфазные асинхронные двигатели, используемые в качестве аналогов, имеют вероятность безотказной работы Р,щ=0,90, в течение 20000 часов. Изучение условий эксплуатации показывает, что в настоящее время доля отказов подшипниковых узлов для асинхронных двигателей общепромышленного применения составляет 10-20% и определить эту долю для конкретного применения двигателей практически невозможно, поэтому мы рассматриваем два варианта: 1 вариант — доля отказов подшипниковых узлов при эксплуатации АД составляет 10% и РПу=0,99 и 2 вариант — доля отказов подшипниковых узлов при эксплуатации АД составляет 20% и Рпу=0,98. Можно считать, что эти варианты определяют пределы варьирования ВБР подшипниковых узлов. При этом, надёжность обмотки будет, соответственно Р(3)об=0,91 и Р(3)о6=0,92 в различных вариантах. Учитывая, что все выпускаемые асинхронные двигатели соответствуют ГОСТ Р 51689-2000, мы принимаем эти значения для расчётов по аналогам.

6. Проведённые расчёты вероятности безотказной работы для разных значений числа фаз т позволяют говорить о том, что увеличение числа фаз расщеплённой обмотки статора АД является эффективным способом резкого повышения ВБР многофазных асинхронных двигателей: по 1 варианту доли отказов подшипниковых узлов — для т=6-12 изменение вероятности безотказной работы от 0,9009 до 0,9899 (т=12). По 2 варианту доли отказов подшипниковых узлов для т=6-12 изменение вероятности безотказной работы — 0,9016 до 0,9799. При этом в случае обрыва одной фазы прирост вероятности безотказной работы при первом варианте доли отказов подшипниковых узлов — от 0,9009 до 0,9893. В случае обрыва одной фазы прирост вероятности безотказной работы при втором варианте доли отказов подшипниковых узлов - от 0,9016 до 0,9795. Однако следует иметь в виду, что при обрыве фазы снижается допустимая нагрузка на валу многофазного асинхронного двигателя, но это снижение нагрузки уменьшается при увеличении числа фаз.

162

6. Заключение

Настоящая работа посвящена изучению переходных тепловых процессов, протекающих в многофазных асинхронных двигателях при их эксплуатации в составе регулируемого электропривода повышенной надёжности, проработаны вопросы надёжности многофазных расщеплённых конструкций обмоток статоров асинхронных двигателей, а также рассмотрена возможность перехода к расчёту параметров асинхронных двигателей на основе решения полевых задач электромеханики.

Особое внимание в работе уделено нестационарным тепловым процессам многофазных асинхронных двигателей в аварийных режимах работы, которые сопровождаются исключением из работы одной или нескольких фазных групп статорной обмотки машины. Определены временные пределы работы МАД в таких режимах работы при номинальной нагрузке на валу, а также при снижении частоты вращения охлаждающего вентилятора двигателя. Выводы по работе:

1. Анализ состояния существующих электроприводов показал, что для обеспечения совершенствования технологических процессов распространённые в настоящее время нерегулируемые электроприводы необходимо заменять регулируемыми на базе асинхронных двигателей, а для специальных вентиляционных систем, требующих обеспечения высокой надёжности при низком уровне шума и вибрации целесообразно применять многофазные асинхронные двигатели. Для повышения эффективности регулируемого электропривода необходимо создавать асинхронные двигатели для конкретных условий применения, специально адаптированных к условиям эксплуатации.

2. Многофазные асинхронные двигатели могут обеспечить высокую надёжность при эксплуатации, особенно при обрыве одной из фаз, поэтому для их совершенствования необходимо проводить работы по изучению полевых задач, связанных с электромагнитными и тепловыми процессами. Следует отметить, что многофазные асинхронные двигатели не имеют никаких ограничений для применения их в регулируемых электроприводах.

3. Анализ расчётных методов показал, что аналитическое решение уравнений теплопроводности затруднительно. Для численного решения задачи моделирования теплового поля был выбран метод конечных элементов.

4. Разработанная математическая модель теплового состояния многофазных асинхронных двигателей в установившихся и аварийных режимах работы реализована в пакете конечно-элементного моделирования ЕЬСЦГ 4.2Т, что позволило получить новые результаты по исследованию теплового поля поперечного сечения МАД, определившие реально существующую неравномерность распределения теплового поля в статоре, которую невозможно обнаружить при использовании традиционных методик расчёта теплового состояния электрических машин, но необходимо учитывать при создании высоконадёжных регулируемых электроприводов.

5. Результаты моделирования теплового поля многофазных асинхронных двигателей показали, что обрыв фазы может приводить к недопустимому росту температуры обмотки статора даже при номинальной частоте вращения вала, что зависит от изначально принятой при проектировании плотности тока в обмотках статора. При этом снижение нагрузки на валу двигателя приводит к восстановлению нормального теплового баланса машины. При обрыве двух фаз и номинальной частоте вращения вала двигателя необходимо значительное снижение нагрузки, так как рост токов при ограниченных возможностях системы охлаждения двигателя с самовентиляцией приводит к резкому росту температуры обмоток статора.

6. Созданная математическая модель вероятности безотказной работы многофазных АД с расщеплёнными обмотками статора при любом числе фаз позволяет оценить ВБР расщеплённых обмоток статора асинхронных двигателей, составить структурную схему событий безотказной работы АД и расчётные формулы для определения вероятности безотказной работы. На основе математической модели можно произвести количественную оценку показателей безотказности многофазного асинхронного двигателя по расчётным формулам и принятым исходным данным.

7. Проведённые расчёты вероятности безотказной работы для разных значений т позволяют говорить о том, что увеличение числа фаз расщеплённой обмотки статора АД является эффективным способом резкого повышения ВБР многофазных асинхронных двигателей. В работе рассмотрены два варианта: 1 вариант — доля отказов подшипниковых узлов при эксплуатации АД составляет 10% и Рпу-0,99 и 2 вариант — доля отказов подшипниковых узлов при эксплуатации АД Р^щ^.90 составляет 20% и Рпу=0,98. Эти варианты определяют пределы варьирования ВБР подшипниковых узлов при общем значении ВБР АД в течение 20000ч. эксплуатации. В результате расчётов получены следующие данные. В случае обрыва фазы, для трёхфазного двигателя наступает отказ. По 1 варианту доли отказов подшипниковых узлов для МАД с т=б-12 изменение вероятности безотказной работы - от 0,9009 до 0,9899 (т=12). По 2 варианту доли отказов подшипниковых узлов для МАД с т=6—12 изменение вероятности безотказной работы — 0,9016 до 0,9799. В этом случае снижается допустимая нагрузка на валу многофазного асинхронного двигателя, которая уменьшается с увеличением числа фаз.

8. При числе фаз от б и выше, ограничивающим фактором повышения ВБР двигателя является подшипниковый узел. Надёжность подшипникового узла можно повысить путём применения высококачественных подшипников при увеличении точности изготовления механических деталей (подшипниковых щитов, валов, станин и т.д.) и совершенствовании технологии сборки ЭМ. Оптимальным является девятифазный АД. При этом обмотка статора имеет высокую вероятность безотказной работы, а дальнейшее увеличение числа фаз увеличивает стоимость двигателя при незначительном повышении его ВБР.

9. Моделирование магнитного поля произведено с использованием продукта конечно-элементного моделирования ЕЬСиТ 4.2Т, при решении задач в котором используется уравнение Пуассона для векторного магнитного потенциала. Получены цветные картины магнитного поля, а также картины в виде силовых линий в номинальном режиме и при обрыве одной фазы. Анализ результатов показывает возможность перехода к параметрам электрической машины на основе решения полевых задач электромеханики, что позволяет отойти от общепринятых в теории электрических машин допущений, когда электрическая машина представляется в виде модели с идеальным магнитопроводом и гладким немагнитным зазором. Расчёт параметров многофазных асинхронных двигателей на основе решения полевых задач перспективен для использования его в системе автоматизированного проектирования асинхронных двигателей.

Ю.Разработанные математические модели предназначены для их использования при создании системы автоматического проектирования многофазных асинхронных двигателей повышенной надёжности для специальных вентиляционных систем с низким уровнем шума и вибрации.

11.Проведены экспериментальные исследования шестифазного асинхронного двигателя, которые подтвердили удовлетворительную адекватность разработанных математических моделей. На основании этих результатов даны рекомендации по проектированию многофазных асинхронных двигателей. Погрешности при сравнении экспериментальных и расчётных данных составили: по токам в обмотках статора в пределах — 4-5%; по температуре обмоток статора - 10-11%. 12.Данные исследований и разработок, проведённых в диссертационной работе, внедрены в ОАО «СКБ Сибэлектромотор» (г.Томск) и на кафедре электрических машин и аппаратов Электротехнического института Томского политехнического университета в учебном процессе, а также при дипломном и курсовом проектировании студентов и магистрантов.

167

Библиография Глухов, Дмитрий Михайлович, диссертация по теме Электромеханика и электрические аппараты

1. Литвак B.B. Основы регионального энергосбережения (научно-технические и производственные аспекты). - Томск: Изд-во НТЛ, 2002. - 300с.

2. Г.Б. Онищенко, М.И. Аксёнов, В.П. Грехов, М.Н. Зарицкий, A.B. Купринов, А.И. Нитиевская (под общей редакцией Г.Б. Онищенко) Автоматизированный электропривод промышленных установок. М.: РАСХН. — 2001. - 520с.

3. Алябьев М.И. Общая теория судовых электрических машин. — Изд-во «Судостроение», 1965. 392с.

4. Регулируемый электропривод переменного тока — основа высокоэффективных энергосберегающих технологий / В.И. Роговой, А.Х. Дацковкий, Б.И. Абрамов, Б.И. Моцохейн // Электротехника, 1995, №4. С. 52-60.

5. Петров Г.П. Математическая модель шестифазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором // Электричество, 1998, №9. С. 33-39.

6. М.И Лившиц, А.Н. Королёв, М.Б. Бабаев Математическая модель установившегося режима и схема замещения многофазного асинхронного двигателя //Электротехника, 1990, №8. С. 6-10.

7. В.Ф. Бражников, Б.П. Соустин. Теория установившихся электромагнитных процессов в многофазном асинхронном инверторном электроприводе. 4.1. Красноярск: Изд-во Красноярского ун-та. 1984.

8. М.П. Костенко, Л.М. Пиотровский Электрические машины. 4.2. Машины переменного тока. Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние; 1973.

9. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин: Учеб. для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. - М/. Высш. шк., 2001. - 327с.

10. Г.А. Сипайлов, Е.В. Кононенко, Г.А. Хорьков Электрические машины (Специальный курс). — 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1987. — 287с.

11. Королёв А.Н., Голубев А.Н. Особенности электропривода переменного тока с многофазными электродвигателями. — Совершенствование электроприводов в текстильной и лёгкой промышленности. Иваново: ИвГУ, 1982.

12. Бабаев М.Б., Голубев А.Н., Королёв А.Н. Особенности применения многофазных асинхронных двигателей в регулируемом приводе // Электричество, 1991, №11. С. 57-60.

13. Бабаев М.Б., Голубев А.Н. Моделирование электромагнитных процессов в шестифазных асинхронных двигателях с расщеплённой обмоткой статора // Электричество, 1994, №4. С. 31-35.

14. Голубев А.Н. Многофазный асинхронный электропривод при неполном числе фаз статорной обмотки и его моделирование // Электротехника, 1996, №1. С. 20-24.

15. Андрианов М.В., Родионов Р.В. Особенности энергопотребления комплектных электроприводов на базе преобразователей частоты с асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором // Электротехника, 2003, №2. С. 6-10.

16. Ильинский Н.Ф. Энергосберегающий электропривод насосов // Электротехника, 1995, №7. С. 3-8.

17. Ильинский Н.Ф. Электропривод и энергосбережение // Электротехника, 1995, №9. С. 24-27.

18. Ильинский Н.Ф. Некоторые аспекты развития промышленного электропривода переменного тока // Электротехника, 1993, №6. С. 3-5.

19. Ильинский Н.Ф. Энергосбережение в центробежных машинах средствами электропривода // Вестник МЭИ. 1995. №1. С. 53-62.

20. Ильинский Н.Ф. Энергосберегающий электропривод // Энергия, 1999, №2.

21. Ильинский Н.Ф. Перспективы развития регулируемого электропривода. — Электричество, 2003, №2. С. 2-7.

22. Сарач Б.М., Хромых И.Е. Энергосберегающие насосные станции // Промышленная энергетика, 1997, №8.

23. Бычкова Е.В. Обзор современного российского рынка преобразователей частоты для электропривода. — Живая электроника России, 2001, т.2.

24. Талья И.И., Плохое Е.М., Талья Ю.И. Электромагнитный момент и токи асинхронного двигателя с двумя трёхфазными обмотками на статоре // Известия ВУЗов, Электромеханика, 2000, №3. С. 17-23.

25. А.И. Борисенка A.B. Данько, А.И. Яковлев Аэродинамика и теплопередача в электрических машинах. М.: «Энергия», 1974. - 560с.

26. Г.А. Сипайлов, Д.И. Санников, В.А. Жадан Тепловые, гидравлические и аэродинамические расчёты в электрических машинах: /Учебник для вузов/. М.: Высш. шк., 1989.-287с.

27. Бессонов JI.A. Теоретические основы электротехники; Электрические цепи: Учебник / J1.A. Бессонов. 10-е изд. - М.: Гардарики, 2002. - 638с.

28. Копылов И.П. Электрические машины: Учеб. для вузов. 2-е изд., перераб. — Логос; 2000.- 607с.

29. Переходные процессы в электрических машинах и аппаратах и вопросы их проектирования: Учеб. пособие для вузов /О.Д. Гольдберг, О.Б. Буль, И.С. Свириденко, С.П. Хелемская; Под ред. Годьдберга О.Д. М.: Высш. шк., 2001.-512с.

30. Инкин А.И. Электромагнитные поля и параметры электрических машин. Учебное пособие. — Новосибирск: ООО «Издательство ЮКЭА», 2002, 464с.

31. Гольдберг О.Д., Турин Я.С., Свириденко И.С. Проектирование электрических машин: Учеб. для втузов /Под ред. О.Д. Гольдберга. 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Высш. шк., 2001. -430с.

32. Hughes, Austin. Electric motors and drives. 2nd ed., 1993. - 1993. - 339pp.

33. Sen, P.C. (Paresh Chandra) Principles of electric machines and power electronics /P.C. Sen. 2nd ed., 1997. - 615pp.

34. Синчук О.Н., Чумак В.В., Михайлов C.JL Тепловая модель кранового АД для диагностирования и настройки цифровой защиты от перегрузок // Электротехника, 2003, №3. С. 61-65.

35. Александров H.A., Краснов В.Е., Роговой В.И. Асинхронные двигатели с двумя трёхфазными статорными обмотками при питании от тиристорного преобразователя частоты (особенности работы). Труды ВНИЭМ, 1980, т. 65.

36. Тонкаль В.Е., Гречко Э.И., Бухинский С.И. Многофазные автономные инверторы напряжения с улучшенными характеристиками. Киев: Наукова думка, 1980.

37. Соустин Б.П. Многофазный инверторный асинхронный электропривод // Наука производству, 2000, №3. С. 10-16.

38. Сидельников Б.В. Шестифазные частотно-регулируемые асинхронные двигатели большой мощности. Известия РАН. Энергетика, 2000, №3. С. 31-38.

39. Голубев А.Н., Игнатенко C.B. Многофазный асинхронный электропривод в аномальных режимах работы // Электротехника, 2001, №10. С. 17-22.

40. Голубев А.Н., Игнатенко C.B. Влияние числа фаз статорной обмотки асинхронного двигателя на его виброшумовые характеристики // Электротехника, 2000, №6. С. 28-31.

41. Хуторецкий Г.М., Воронов Г.Г. Схемы замещения, диаграммы и параметры шестифазного неявнополюсного генератора в установившихся режимах // Электротехника, 1982, №11. С. 34-38.

42. Горбунов Б.А., Епифанов H.A., Сержантов В.В. Гребная электрическая установка// Судостроение, 1973, №2. С. 18-22.

43. Кирьянов Д.В. Самоучитель MathCAD 2001. СПб.: БХВ-Петербург, 2001. -554 с.

44. Загорский А.Е. Регулируемые электрические машины переменного тока. — М.: Энергоатомиздат, 1992. 288 с.46.3агорский А.Е. Электродвигатели переменной частоты. — М.: «Энергия», 1975.

45. Голубев А.Н., Зыков В.В., Игнатенко C.B. Модельное исследование виброшумовых характеристик m-фазных АД. Труды 5-й Международной конференции «Электромеханика, электротехнологии и электоматериаловедение», МКЭЭЭ-2003, Крым, Алушта, 2003, С. 457-460.

46. Голубев А.Н., Игнатенко C.B., Лопатин П.Н. Режимы комбинированного торможения в многофазном асинхронном электроприводе // Электротехника, 1997, №10. С. 16-20.

47. A.C. 1554101 СССР, МКИ H 02 Р 3/22. Способ торможения частотно-регулируемого m-фазного асинхронного электродвигателя / А.Н. Королёв, А.Н. Голубев, В.Д. Быков и др. // Открытия. Изобретения. 1990. №12.

48. Петров Л.П. Управление пуском и торможением асинхронных двигателей. М.: Энергоиздат, 1981.

49. Попов В.И. Трёхфазные обмотки асинхронных машин серии RA: Систематизация схем, исследование и оптимизация параметров // Электричество, 2000, №6. С. 22-32.

50. Некоторые характеристики девятифазного асинхронного двигателя с корот-козамкнутым ротором при симметричной и несимметричной работе (пол., рез. англ.у/Drozdowski Piotr, CZASOPISMO TECHNICZNE, 1996, №7. С. 4562.

51. Голубев А.Н., Зыков В.В. Математическая модель асинхронного двигателя с многофазными обмотками статора и ротора // Электротехника, 2003, №7. С. 35-40.

52. Ефимов A.A. Динамика электромеханических систем. Учебное пособие. — Томск; изд. ТПИ им. С.М. Кирова, 1981. 93с.

53. Голубев А.Н., Лапин A.A. Математическая модель синхронного двигателя с многофазной статорной обмоткой // Электротехника. 1998. №9. С. 8-13.

54. Бабаев М.Б., Голубев А.Н. Математическая модель и особенности расчёта параметров схемы замещения многофазного АД с симметричной статорной обмоткой // Электротехника. 1992. № 6 7. С. 7 — 12.

55. Гребные установки, переменно-постоянного тока / А.Ф. Колтовой, A.M. Левин, В.Е. Малишевский и др. Л.: Судостроение, 1977.

56. Сумин В.Б., Андриенко П.Д., Волков A.B. Высокоскоростной электропривод мощностью 6,3 МВт для газодувок АЭС // Автоматизированный электропривод / Под ред. Н.Ф. Ильинского, М.Г. Юнькова. М.: Энергоатомиздат, 1990.

57. Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние. 1978.

58. Королёв А.Н., Голубев А.Н. Модель многофазного асинхронного электродвигателя как элемента системы автоматического управления. Микропроцессоры и устройства автоматики в системах управления электроприводами. Иваново: ИвГУ, 1983.

59. Поздеев А.Д. Электромагнитные и электромеханические процессы в частотно-регулируемых асинхронных электроприводах. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 1998. 172 с.

60. Домбровский В.В., Зайчик В.М. Асинхронные машины: теория, расчёт, элементы проектирования. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-е, 1990. - 368 с.

61. Гольдберг О.Д. Испытания электрических машин. Учебник для вузов. — 2-е изд., испр. М.: Высш. шк., 2000.

62. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов / И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин, Б.Ф. Токарев; Под ред. И.П. Копылова. 3-е изд., испр. и доп. - М.: Высш. шк. 2002.

63. Бражников В.Ф, Соустин Б.П. Теория установившихся электромагнитных процессов в многофазном асинхронном инверторном электроприводе. 4.2. Красноярск: Изд-во Красноярского ун-та. 1985.

64. Попов В.И., Ахунов Т.А., Макаров Л.Н. Современные асинхронные электрические машины: Новая Российская серия RA. — М.: Изд-во «Знак», 1999.

65. Shenkman A.L., Chertkov M. Experimental Method for Synthesis of Generalized Thermal Circuit of Polyphase Induction Motors //IEEE Trans. On Energy Conversion. Vol. 15, NO. 3, September 2000.

66. Jen-Ren Fu, Thomas A. Lipo. Disturbance-free Operation of a Multiphase Current-Regulated Motor Drive with an Opened Phase // IEEE Trans, on Industry Applications, Vol. 30, NO. 5, September/October 1994.

67. Klingshirn E.A. High phase order Induction Motors. Part. 1, part. 2 // IEEE Trans. On Power Apparatus and Systems. 1983. Vol. PAS-102, No. 1.

68. Ландман М.Г., Левин A.M., Лейкин Б.В. и др. Электропривод с частотно-управляемым многообмоточным электродвигателем. А.с. №316168, БИ 1971, №29.

69. Демирчян К.С. Моделирование магнитных полей. Л.: Энергия, 1974.

70. Кислицын А.Л., Крицштейн A.M., Солнышкин Н.И., Эрнст А.Д. Расчёт магнитных полей электрических машин методом конечных элементов. — Изд-во Саратовского ун-та, 1980.

71. Булгаков А.А. Частотное управление АД. М.: Наука, 1966.

72. Dante Т., Korridow J. Investigation Of 9-Phase Induction Motor Characteristics At Various Load // IMACS Annual Computing and Application, 1989.

73. Multiphase Induction Drive For Submarines. Patent Number 4,743,828 May 10, 1988.

74. Магнитогорск, 14 17 сентября 2004 г.). Часть 1. - Магнитогорск, 2004. С. 5-8.

75. Моделирование электромеханической системы электровоза с асинхронным тяговым приводом. Под редакцией Е.М. Плохова. М.: Транспорт, 2001.

76. Беспалов В.Я., Мощинский Ю.А. Оптимальные токи и моменты частотно-регулируемых асинхронных двигателей в режиме пуска // Электричество, 1994, №7. С. 45-48.

77. Тюков В.А. динамические процессы в электромеханических системах. Дисс. д-р. тех. Наук, 2002, Новосибирск.

78. Животкевич И.М., Смирнов А.П. Надежность технических изделий. — М.: Олита, 2003.-472 с.

79. Унифицированная серия асинхронных двигателей Интерэлектро /В.И.Радин, Й. Лондин, В.Д. Розенкноп и др.; Под ред. В.И.Радина. М.: Энергоатомиз-дат, 1990.-416 с.

80. Похолков Ю.П. Разработка методов исследования, расчета и обеспечения показателей надежности и долговечности изоляции обмоток асинхронных двигателей: Автореф. дис. д.т.н. Москва: МЭИ, 1978. - 40 с.

81. Муравлев О.П. Научные основы обеспечения качества при проектировании и изготовлении низковольтных асинхронных двигателей: Автореф. дис. д.т.н. Свердловск: УПИ, 1986. - 40 с.

82. Дудкин А.Н., Матялис А.П., Муравлев О.П. Обеспечение качества и надежности электрических машин // Известия ТПУ, Т. 303. вып.1, 2000.- 266 -269с.

83. Матялис А.П., Стрельбицкий Э.К. Модель надежности витковой изоляции в период приработки. Изв. Томского политехнического института, 1972. Т. 229. С. 46-52.

84. Международный стандарт ИСО 8402. Управление качеством и обеспечение качества. Словарь. 1994.

85. ГОСТ 27.002-80. надёжность в технике. Основные понятия. Термины и определения.

86. Матялис А.П., Стрельбицкий Э.К. Модель надежности корпусной изоляции. Изв. Томского политехнического института, 1972. Т. 229. С. 36-45.

87. Конарев О.С., Муравлев О.П. Оценка аварийных режимов при эксплуатации асинхронных двигателей. VI межд. Нау.-практ. конф. «Современные техника и технологии». Сб. статей. — Томск: Изд. ТПУ, 2000.

88. Матялис А.П., Стрельбицкий Э.К. Методика исследования старения изоляции низковольтных электрических машин. — Изв. Томского политехнического института, 1972. Т. 242. С. 113-116.

89. Копанев М.В., Муравлев О.П., Чащин Д.И. Учет точности технологических процессов при расчете надежности подшипниковых узлов асинхронных двигателей // Том политехи, инс-т. Томск, 1990. 26 с. Деп. в ИНФОРМЭЛЕК-ТРО 20.02.1990, № 14эт-90Деп.

90. Похолков Ю.П. Исследование коммутационных перенапряжений в обмотках асинхронных двигателей. — Изв. Томского политехнического института, 1972. Т. 242. С. 213-115.

91. Карминская Т.Д., Матялис А.П., Муравлев О.П. Оценка влияния витковой изоляции и виброскорости на надежность асинхронных двигателей // Том. политехи, ин-т. Томск, 1987 12 с. Деп. в ИНФОРМЭЛЕКТРО 226.03.1987, № 728эт-87Деп.

92. Муравлев О.П., Карминская Т.Д., Чащин Д.И., Копанев М.В. Нетрадиционные методы обеспечения надежности асинхронных двигателей // Сб.: Современные проблемы электротехники. М.: ИНФОРМЭЛЕКТРО, 1989. С.41.

93. Муравлев О.П., Чащин Д.И. Оценка и прогнозирование состояния подшипниковых узлов асинхронных двигателей в процессе эксплуатации // Надежность и контроль качества. 1987. № 2. С. 33-36.

94. Кувайцев В.И., Муравлев О.П. Влияние внезапных и постепенных отказов на эксплуатационную надежность низковольтных асинхронных двигателей // Том. политехи, ин-т. Томск, 1985 9.с. Деп. в ИНФОРМЭЛЕКТРО 12.06.1985, №121эт-85Деп.

95. О. Д. Гольдберг. Испытание электрических машин. Москва: Высшая школа, 2000 г.

96. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1964. 576 с.

97. Муравлев О.П. Теория точности электрических машин и ее развитие в Томском политехническом университете // Известия Томского политехнического университета. 2005. - Т.308. - № 4. - С. 236-242.

98. ОСТ 16.0682.007-73. Двигатели асинхронные трехфазные короткозамкну-тые общего применения мощностью от 0,12 до 100 кВт. Расчет надежности и долговечности всыпных обмоток.

99. Муравлев О.П. Разработка теории и практических методов управления качеством электрических машин // Электричество. 1986. - № 4. - С. 29-32.

100. Конарев О.С. ., Муравлев О.П., Иванов П.П. Обоснование причин появления аварийных режимов асинхронных двигателей. Труды 7межд. науч.-практ. конф. «Современные техника и технологии». Т.2. Томск: Изд. ТПУ, 2001.- стр. 93-96.

101. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Прикладные задачи теории вероятностей. М.: Радио и связь, 1983. 416 с.

102. Ермолин Н.П., Жерихсен И.П. Надёжность электрических машин. Л.: Энергоиздат, 1976. 248 с.

103. Гольдберг О.Д. Надёжность электрических машин общепромышленного и бытового назначения. М.: Энергоиздат, 1976. — 56 с.

104. Гольдберг О.Д. Качество и надёжность асинхронных двигателей. М.: Высшая школа, 1968. — 176 с.

105. Шор Я.Б. Статистические методы анализа и контроля качества и надёжности. М.: Изд-во «Советское радио», 1962. — 552с.

106. Шор Я.Б., Кузьмин Ф.И. Таблицы для анализа и контроля надёжности. -М.: Изд-во «Советское радио», 1968. -288с.

107. Иванов-Смоленский A.B., Кузнецов В.А. Универсальный численный метод моделирования электромагнитных преобразователей и систем // Электричество, 2000, №7. С.24-33.

108. Демирчян К.С., Кузнецов И.Ф., Воронин В.Н. Поверхностный эффект в электроэнергетических устройствах. Л.: Наука, 1983. — 200с.

109. Владимирский Б.М., Горстко А.Б, Ерусалимский Я.М. Математика. Общий курс. — СПб.: Издательство «Лань», 2002. — 960с. (Учебники для вузов. Специальная Литература).

110. Теоретические основы электротехники: В 3-х т. Учебник для вузов. Том 3.- 4-е изд. /К.С. Демирчян, Л.Р. Нейман, Н.В. Коровкин, В.Л. Чечурин. -СПб.: Питер, 2003.

111. Никитенко А.Г., Бахвалов Ю.А., Щербаков В.Г. Аналитический обзор методов расчёта магнитных полей электрических аппаратов // Электротехника, 1997, №1. С. 15-19.

112. Брынский Е.А., Данилевич Я.Б., Яковлев В.И. Электромагнитные поля в электрических машинах. — Л.: Энергия, 1979.

113. Гайтов Б.Х., Копелевич Л.Е., Самородов A.B. Расчёт электромагнитного поля асинхронного двигателя с переменными параметрами // Известия вузов, электромеханика, 2000, №2. С.58-64.

114. Универсальный метод расчёта электромагнитных процессов в электрических машинах /A.B. Иванов-Смоленский, Ю.В. Абрамкин, А.И. Власов, В.А. Кузнецов: Под ред. A.B. Иванова-Смоленского. М.: Энергоатомиздат, 1986.

115. Кислицын А.Д., Крицштейн A.M., Солнышкин Н.И., Эрнст А.Д. Расчёт магнитных полей электрических машин методом конечных элементов. — Изд-во Саратовского ун-та, 1980.

116. Владимирский Б.М., Горстко А.Б, Ерусалимский Я.М. Математика. Общий курс. СПб.: Издательство «Лань», 2002. - 960с. — (Учебники для вузов. Специальная Литература).

117. Тозони О.В., Мейергойз И.Д. Расчёт трёхмерных электромагнитных полей. Киев: Техника, 1974.

118. Теоретические основы электротехники: В 3-х т. Учебник для вузов. Том 3.- 3-е изд. /К.С. Демирчян, Л.Р. Нейман, Н.В. Коровкин, В.Л. Чечурин. -СПб.: Питер, 2000.

119. Иванов-Смоленский A.B. и др. Развитие методов электромагнитного расчёта турбогенераторов и гидрогенераторов // Электричество, 1997, №6. С.23-27.

120. Немков B.C., Демидович В.Б. Теория и расчёт устройств индукционного нагрева. — Л.: Энергоатомиздат, 1988.

121. Сипайлов Г.А., Кононенко Е.В., Хорьков К.А. Электрические машины. — М.: Высшая школа, 1987.

122. Ледовский А.Н. Электрические машины с высококоэрцитивными постоянными магнитами. М.: Энергоатомиздат, 1985.

123. Стренг Г., Фикс Дж. Теория метода конечных элементов. М.: Мир, 1977.

124. Модель вибродиагностики электрических машин переменного тока / Муравлёв О.П., Шевчук В.П.; Том. политехи, ун-т.- Томск, 2005. — 19с.: ил.-Библиогр.: 7 назв.- Рус.- Деп. В ВИНИТИ 13.01.05. №14-В2005.

125. ГОСТ Р 51689-2000. Машины электрические вращающиеся. Двигателя асинхронные мощностью от 0,12 до 400 кВт включительно. Общие технические требования.

126. Глухов Д.М. Снижение энергопотребления при использовании асинхронного электропривода (тезисы). САКС-2002: Тез. докл. Междунар. науч.-практ. конф./ СибГАУ. Красноярск, 2002. С. 187-188.

127. Glukhov D.M., Muravleva О.О. Multiphase Induction Motors For A Variable Speed Drive. The 9th International Scientific and Practical Conference "Modern Techniques and technology" Tomsk, TPU Press 2003. PP. 128-130.

128. Глухов Д.М., Муравлёва О.О. Оценка теплового состояния многофазных асинхронных двигателей. Материалы Международной научно-технической конференции «Электроэнергетика, электротехнические системы и комплексы», Томск, 2003. С. 109-112.

129. Glukhov D.M. Modern Approach Of Control For Energy Saving. The IEEE-Siberian Conference on Control and Communications SIBCON-2003 PROCEEDINGS. PP. 92-94.

130. Глухов Д.М. Тепловое состояние многофазных асинхронных двигателей в аварийных режимах работы. 10-я Юбилейная Международная науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных «Современная техника и технологии», Томск, ТПУ-Пресс, 2004. С.229-230.

131. Glukhov D.M., Muravleva О.О. Phase Breaking In Multiphase Induction Motors. The 10th Jubilee International Scientific and Practical Conference "Modern Techniques and technology" Tomsk, TPU Press 2004. PP. 81-82.

132. Глухов Д.М., Муравлёв О.П. Распределение тепла в многофазных асинхронных двигателях. В межвузовском сборнике научных трудов "Оптимизация режимов работы электромеханических систем" Красноярск,2004. С.100-108.

133. Глухов Д.М. Моделирование тепловых полей многофазных асинхронных двигателей. 11-я Международная науч-практ.конф. студентов, аспирантов и молодых учёных «Современная техника и технологии», Томск, ТПУ-Пресс,2005. С. 191-192

134. Glukhov D.M., Muravleva O.O. Temperature Field Of Multiphase Induction Motors. The 11th International Scientific and Practical Conference "Modern Techniques and technology" Tomsk, TPU Press 2005.

135. Глухов Д.М. Нестационарные тепловые процессы при работе многофазных асинхронных двигателей. Электромеханические преобразователи энергии: Материалы Международной науч.-техн. конф. 20-22 октября 2005г. Томск:ТПУ, 2005. С.155-158

136. Глухов Д.М., Муравлёва О.О. Моделирование электромагнитных и тепловых процессов многофазных асинхронных двигателей. Том. политехи, унт. Томск, 2005. - 14.: ил. - Библиогр.: 7 назв. - Рус. - деп. в ВИНИТИ 1810.2005, № 1336-В2005.

Похожие работы

Электротехника
05.09.00