автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Обеспечение эксплуатационной надежности асинхронных двигателей малой и средней мощности

РГб од 1 з июн

Конарев Олег Сергеевич

На правах рукописи

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ МАЛОЙ И СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ

Специальность (Р5.09.01 - Электромеханика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидат технических наук

Томск - 2000

Работа выполнена в Томском политехническом университете на кафедре электрических машин и аппаратов

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Муравлев О.П.

Официальные оппоненты:

- Лукутин Б.В., доктор технических наук, профессор

- Педиков В.М., кандидат технических наук, доцент

Ведущая организация - ОАО СКБ "Сибэлектромотор".

Защита состоится 28 июня 2000 г. в 15 час. в актовом зале на заседании диссертационного совета К063.80.01 в Томском политехническом университете по адресу: 634034, г.Томск, пр.Ленина 30

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Томского политехнического университета.

Автореферат разослан МОЯ_2000 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, к.т.н., доцент

1,0

А.Е. Алехин

Актуальность темы. Одной из основных задач современного промышленного производства является повышение качества, конкурентоспособности и экономичности выпускаемой продукции, повышение ее надежности, снижение стоимости, материалоемкости и энергопотребления. Поэтому особое влияние на решение этой задачи оказывает надежность работы электродвигателей, используемых в качестве приводных механизмов.

Среди электродвигателей наибольшее распространение получил асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. В настоящее время асинхронные двигатели (АД), особенно с короткозамкнутым ротором, как самые дешевые и надежные являются наиболее массовой продукцией электромашиностроения. Их доля в общей номенклатуре электродвигателей составляет по количеству -90%, по мощности - 60%. В России, по состоянию на 1990 г., выпускалось ежегодно свыше 10 млн. короткозамкнутых АД серии 4А, на долю которых приходилось до 50% потребляемой в стране электроэнергии.

Широкая распространенность АД предопределена их относительной простотой, достаточно высокой надежностью, а также высоким коэффициентом полезного действия и удовлетворительными конструктивными и эксплуатационными характеристиками. Однако в реальных условиях эксплуатации, в зависимости от различных факторов, достаточно высокие надежностные показатели АД для номинальных условий эксплуатации, не совпадают с эксплуатационными. Это влечет за собой выбор двигателей завышенной мощности, увеличение материальных затрат на их ремонт и обслуживание.

Вопросам повышения эксплуатационной надежности АД посвящена данная работа, выполненная на кафедре электрических машин и аппаратов Томского политехнического университета.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с программой: научно-исследовательских работ кафедры электрических машин и аппаратов Томского политехнического университета и является частью комплексной работы по управлению качеством при проектировании, изготовлении и эксплуатации АД.

Целью работы является совершенствование методов обеспечения эксплуатационной надежности АД создание методик исследования и прогнозирования их показателей надежности в эксплуатации и разработка научно обоснованных рекомендаций по выбору комплектов АД - устройство защиты (УЗ) в зависимости от условий эксплуатации.

Для реализации поставленной цели определены задачи исследования .

1. Анализ проблемы эксплуатационной надежности АД. Определение компонентов, оказывающих влияние на эксплуатационную надежность двигателя, и влияния между ними с целью получения математической модели.

2. Сформулировать задачу оптимального выбора УЗ и АД в зависимости от уровня потока аварий и предъявляемых к показателю надежности требований.

3. По результатам анализа отказов АД при подконтрольной эксплуатации определить численные значения вероятностей появления аварийных режимов (АР), разбить их на группы и дать классификацию по типам производств.

4. Определение ряда оптимальных комплектов АД-УЗ для различных вероятно-

стей появления АР на основании математической модели эксплуатационной надежности АД.

5. Создание методики выбора АД по надежности, используя нагрузочную диаграмму, целью которой был бы выбор того двигателя, который при данных условиях эксплуатации обеспечивал необходимую надежность. При этом параметр надежности представляется как некий резерв, вырабатываемый двигателем более или менее быстро в зависимости от характера нагрузки.

6. Провести анализ выбора АД на основе созданной методики. Сравнить ее с общепринятыми методикам».

7. Выработать рекомендации по выбору оптимального типа УЗ в зависимости от картины потоков АР.

Методы исследования. При решении вопросов обеспечения эксплуатационной надежности АД использовались методы теории электрических машин, системного анализа и математической статистики, теории вероятности и выбора решений.

Все исследования выполнены с использованием современных ПЭВМ

Научная новизна работы:

- разработана иерархическая структура системы обеспечения эксплуатационной надежности АД, позволившая определить перечень элементов, оказывающих на нее влияние и взаимосвязь между ними;

- создана математическая модель эксплуатационной надежности АД, учитывающая особенности типа производства (сельскохозяйственные и промышленные предприятия), уровня аварийности и надежностных свойств элементов системы АД - УЗ;

- создана методика выбора АД по параметру допустимой эксплуатационной надежности, позволяющая производить выбор двигателя, обеспечивающего необходимый уровень надежности, при известной вероятности потока аварий;

- впервые произведена оптимизация выбора типа УЗ как с учетом так и без учета его стоимости, в зависимости от картины потоков аварий на установке, что позволяет снизить затраты от неправильного выбора защиты, одновременно повысив надежность системы АД - УЗ;

- произведено исследование влияния надежностных параметров типов УЗ, АД и уровня потока аварий на эксплуатационную надежность АД, выработаны рекомендации по выбору типа УЗ, двигателя от уровня аварийности, свойственного рассматриваемому предприятию.

Указанные результаты работы выносятся на защиту.

Практическая ценность работы состоит в том, что полученные при ее выполнении результаты способствуют повышению уровня эксплуатационной надежности асинхронных двигателей, а следовательно к снижению материальных и трудовых затрат на их обслуживание. Этому способствует то, что:

- разработанная методика выбора АД по надежности позволяет с одной стороны снизить влияние таких АР, как технологические перегрузки, с другой - исключить выбор двигателя завышенной мощности и снизить энергопотребление;

- созданная математическая модель эксплуатационной надежности асинхронных двигателей позволяет произвести выбор оптимального УЗ по показателям

надежности или выбрать из имеющегося арсенала наиболее эффективное УЗ для сложившейся картины аварийности на рассматриваемом предприятии; - предложены рекомендации по выбору типов УЗ, в зависимости от потоков аварий, определены уровни аварийности свойственные различным предприятиям таких типов производства как сельское хозяйство или промышленность.

Наибольшую практическую ценность полученные результаты исследований имеют для разработки высоконадежных систем АД - УЗ и для предприятий с высоким значением потока аварий.

Реализация результатов работы. Основные результаты работы используются при прогнозировании, обеспечении и повышении эксплуатационной надежности низковольтных АД средней и малой мощности, выпускаемых ОАО "СКБ Сибэлектромотор" (г.Томск) в виде методик, алгоритмов, программ и рекомендаций по оптимальному выбору УЗ и мощности двигателей.

Методики выбора типа УЗ могут быть использованы при обеспечении показателей эксплуатационной надежности других типов электрических машин:

Математическая модель эксплуатационной надежности АД используется в учебном процессе кафедры электрических машин и аппаратов Томского политехнического университета при изучении лекционных курсов подготовки инженеров по специальностям 180200 (электрические и электронные аппараты) - "Качество и надежность электрических аппаратов", 180100 (электрические машины) -" Качество и надежность электрических машин".

Апробация. Материалы исследований докладывались и получили одобрение на четвертой, пятой и шестой научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых Томского политехнического университета "Современные техника и технологии" (1998-2000 г.г.), научных семинарах кафедры "Электрические машины и аппараты" Томского политехнического университета.

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано три печатные работы.

Структура и объем. Диссертационная работа состоит из шести разделов, включая введение и заключение и содержит 117 страниц машинописного текста, включая 27 рисунков и 11 таблиц, список литературы, состоящий из 112 наименований и приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность поставленной задачи повышения эксплуатационной надежности низковольтных АД средней и малой мощности, сформулированы цель и основные задачи работы, изложены научная новизна и практическая ценность, приведены результаты апробации работы.

Второй раздел диссертационной работы посвящен анализу элементов, влияющих на эксплуатационную надежность АД, существующим методикам выбора двигателей и устройств защиты, проведен анализ аварийных режимов. Также проведен анализ и разделены такие два понятия как надежность и эксплуатационная надежность АД.

Анализ элементов, оказывающих влияние на эксплуатационную надежность АД, привел к мнению, что доминирующими являются надежностные пока-

затели выбранного двигателя, вероятность срабатывания выбранного УЗ, поток АР. Это позволило создать иерархическую структуру эксплуатационной надежности АД (рис. 1), определить связи между ее элементами.

Анализ работ по надежности АД показал, что надежность двигателя определяется прежде всего дефектностями различных видов изоляции и они состоят из составляющих

Л(г) = До + ЛЯг+ДДэ , - (1)

где Ао " дефектность изоляции в исходном состоянии;

ДА-р - приращение дефектности, обусловленное воздействием технологических факторов при изготовлении обмоток;

АЛЭ - приращение дефектности, обусловленное воздействием эксплуатационных факторов.

АЛЭ = Я * г, (2)

где Н - скорость дефектообразования, зависящая от величины основных эксплуатационных воздействий: температуры - 0, частоты коммутации - и, вибрации - V;

т - продолжительность эксплуатационных воздействий.

Обзор методик определения надежностных показателей обмотки показал, что наиболее подходящей для наших целей является модель внесенная в основу ОСТ "Надежность. Расчетно-экспериментальные методы определения". Основные положения этой модели в следующем. Отказ обмоток происходит в результате короткого замыкания витковой, корпусной или междуфазовой изоляции в местах существования дефектов электроизоляционной композиции. Под дефектом понимается сквозное повреждение изоляции, а за дефектный участок принимается элементарный участок, пробивное напряжение которого не выше напряжения перекрытия по поверхности изоляции промежутка, равного толщине изоляции.

Однако мы не можем использовать эту методику в том виде, как она есть, поскольку в ней не учтено такое влияние внешнего фактора, как изменение температуры. В этой модели берется усредненное значение температуры, и расчет проводится в большинстве случаев для номинального режима эксплуатации, тогда как в реальной ситуации температура обмотки статора постоянно изменяется, параметр надежности выбирается с различной скоростью до тех пор, пока он не иссякнет. Поэтому для привязки данной модели к действительности необходимо производить расчет надежности с учетом изменения температуры обмотки статора во времени.

Е ходе анализа методик выбора мощности двигателя выяснено, что он проводится по учету температуры обмотки статора. Она не должна превышать температуру класса изоляции обмотки рассматриваемого двигателя. Рассмотрены такие методы учета температуры обмотки статора как: проверка по нагреву прямыми, косвенными методами. Хотя все косвенные методы и являются более удобными для применения, но они учитывают температуру обмотки посредством

А1: Эксплуатационная надежность АД

Б1: Надежность подшипникового узла

Б2: Надежность обмотки статора АД для номинальных условиях эксплуатации

БЗ: Вероятность прохождения на АД аварийных режимов

В1.

Нагрузка в АД со стороны внутренних усилий

В2:

Нагрузка в АД со стороны внешних усилий

ВЗ: Начальная дефектность изоляции

В4: Скорость старения изоляции

В5:

Вероятность появления на АД аварийных режимов

В6;

Надежность УЗ

1 <о

О

Н

2

СО

гг

К >

и о §

ч X

о <и

в с;

X

1>

н

1=1

и а

5

Й 5 О.

ё са си л

X!

г-«

Рис. 1. Иерархическая структура эксплуатационной надежности асинхронных двигателей.

эквивалентирования ее через другие величины (ток в обмотке статора, мощность, момент на валу двигателя), что несет за собой неточность расчета. Кроме того, с точки зрения автора, подход, когда температура обмотки статора не должна превышать температуру класса изоляции двигателя, является неверным. Поскольку большую часть времени двигатель работает не на номинальную мощность, а на меньшую, то скорость старения изоляции в эти моменты низка (меньше чем при номинальной нагрузке). В кратковременные моменты, когда температура будет выше допустимой, скорость износа будет выше. Главное условие - средняя скорость износа изоляции не должна превышать "номинальной".

Обзор методик выбора УЗ показал, что хотя выбор и производится с учетом картины аварийности на предприятии, но он не учитывает насколько УЗ эффективно при появлении совокупности АР с теми или иными численными значениями, свойственных рассматриваемой установке. В большинстве источников регламентируется защита от тех или иных АР. Но в современной ситуации, когда потребитель поставлен перед выбором из большого количества типов УЗ, обладающих различными стоимостью, надежностью защиты от различных типов АР, нет методики выбора максимально эффективного. Ее наличие существенно повысило бы эффективность защиты, снизило бы экономические затраты как при выборе типа УЗ, так и в ходе его эксплуатации.

Были рассмотрены такие типы УЗ как: плавкие предохранители, реле тока, реле напряжения, реле мощности, тепловые реле, автоматические выключатели (автоматы), фазочуствительные устройства защиты, встроенная тепловая защита, микропроцессорные УЗ, совмещающие в себе те же функции, что и контактные аппараты.

Анализ литературы выявил следующие вероятные на различных установках типы АР: ОФ - обрыв фаз; НО - нарушение охлаждения (г>г0о„); понижение сопротивления изоляции; несимметрия напряжения; пониженное напряжение питания (и<инол,У, частые пуски (ПВ ПВН0М)\ короткие замыкания; механические перегрузки (ТП - технологические перегрузки (/- ■ 1,21тч), ЗР - заклинивание ротора (/=/«=Ином), тяжелый пуск (//; ¡ном.и). На установках, использующих в качестве приводов АД, и определены регламентирующей литературой такие типы АР как ОФ, НО, ЗР, ТП. Далее будут рассматриваться именно эти типы АР.

Поставлены задачи для проведения данной работы.

В третьем разделе создана математическая модель эксплуатационной надежности, показано как численно определяется вероятность появления на двигателях аварийных режимов по результатам подконтрольной эксплуатации. При создании этой модели были использованы результаты построения иерархической структуры эксплуатационной надежности асинхронного двигателя.

В реальных условиях на АД воздействует множество факторов, ведущих к износу составляющих его узлов и деталей. Основными такими узлами, терпящими воздействие со стороны АР, окружающей среды я технологического процесса являются подшипниковый узел (ПУ) и обмотка статора.

Воздействие окружающей среды и технологического процесса на электрическую машину определяется на стадии выбора климатического исполнения и типоразмером АД. Воздействие АР на АД подобным образом решить невозмож-

но, поскольку многие АР являются одинаково опасными для всех ступеней мощности стандартного ряда АД (обрыв фазы, заклинивание ротора и др.). Кроме того, необходимо отметить, что многие из них являются опасными лишь или в большей степени только для обмотки АД и не влияют или оказывают незначительное влияние на ПУ. Также для обмотки АД является действительным то, что в большинстве случаев АД выходит из строя в момент прихода на него АР, при переходе на другую скорость вращения или в момент пуска (/=5...7/н). Данные условия работы являются трудными для электрической машины и используют его ресурсы на пределе и это является действительным абсолютно для всех ступеней мощности серийно выпускаемых АД. Отсюда видно, что эти критические режимы работы АД невозможно обойти или сгладить их воздействие лишь правильным выбором мощности, типоисполнения двигателя и т.д. Эта задача возложена на УЗ.

На каждый тип установок, на которых используются АД, воздействуют те или иные АР в зависимости от условий эксплуатации (климатические условия, влажность, запыленность, загазованность в месте установки АД и т.д.), характера нагрузки (биения, вибрации и др.), человеческого фактора (квалификация обслуживающего персонала, добросовестность отношения к труду и др.). Различные типы УЗ, в свою очередь, обладают разной степенью надежности защиты, отражающейся в вероятности срабатывания для тех или иных АР.

В реальных условиях на установку, за время эксплуатации, приходит не один АР, а группа, с той или иной вероятностью. То есть, на каждой установке, на конкретном предприятии существует своя вероятность возникновения АР. Для каждого типа АР она имеет свое численное значение. Пересечение вероятностей АР и вероятностей срабатывания установленного на установке УЗ для каждого типа АР дает эксплуатационную ВБР АД. Для каждого УЗ и установки будет свое численное значение эксплуатационной ВБР. Причем для разных вероятностей возникновения АР наилучшим будут являться различные УЗ или системы защит, которые в свою очередь состоят из рассматриваемых УЗ.

Введем следующие допущения:

1. каждый прошедший через УЗ на двигатель АР выводит его из строя;

2. каждый рассматриваемый двигатель выбран правильно (по тепловому режиму он используется полностью или близко к этому);

3. во всем рассматриваемом временном диапазоне УЗ сохраняют неизменными свои надежностные показатели;

4. УЗ выбраны по всем правилам, т.е. обеспечивают максимально возможную защиту АД от тех АР, на которые эти УЗ рассчитаны.

На основании рассмотренных положений и допущений и структуры эксплуатационной надежности (рис. 1) нами создана математическая модель эксплуатационной надежности АД:

Ржсп (0=РАД О *0-£ чар, (0 *(1-/>уз (Щ))), (3)

/=1

где Ржсп и) - эксплуатационная вероятность безотказной работы (ВБР) АД для времени эксплуатации I;

Рад(1) - ВБР АД, определяемая технологией изготовления и используемыми для изготовления двигателя материалами (рассчитывается для номинальных, безаварийных условий за время эксплуатации 1);

ЧАРА0 " вероятность появления на установке ¡-го АР за время эксплуатации I (является специфичным для каждого предприятия);

Руз(АР()- вероятность срабатывания установленного на установке УЗ при приходе на него ¡-го АР.

Из рассмотренных параметров трудно определимым является ,

так как в чистом виде его трудно выявить. В реальной ситуации, по набранному статистическому материалу, можно определить не вероятность возникновения ¡-го АР, а количество АД уже вышедших из строя из общего их числа по вине ¡-го АР. Имея эту статистическую информацию можно определить вероятность выхода АД из строя по вине АР ( РАр) по формуле:

РАр = \-ЫАр1Ы, (4)

где N - общее количество АД, которые контролировались за данный срок;

Ыдр- количество АД, вышедших из строя за это время.

Тогда, используя (3) и определенной Рдр от ¡-го АР по (4) на основании нашего статистического материал, вычислим q/^p^

Я АР1 ~ 1~Р-АР{ , (5)

\-Руз(АР,)

что даегг возможность для найденных значений выбрать УЗ, обеспечивающее наибольшую степень защищенности.

При этом они имеют различные цену, надежностные показатели, согласование защитных характеристик с пререгрузочными характеристиками АД различные уровень квалификации обслуживающего персонала и частоту технических обслуживании. При защите конкретной установки предъявляемые требования также могут быть различными: максимум требуемой надежности комплекта УЗ-АД, минимум цены УЗ-АД, защита от того или иного АР в зависимости от картины возникающих на установке АР. Как видно, перед нами стоит задача оптимизации выбора УЗ по сложившейся на конкретном предприятии картине АР.

В качестве критерия оптимальности выбора типа УЗ принимаем эксплуатационную надежность АД. В этом случае целевая функция выглядит следующим образом:

РжспО) = Рад(*)*(1- 1<1Л?,(')*(\-Руз(АР,))) . (6)

1=1

При определения оптимального типа УЗ по целевой функции (6) задаются следующими независимыми переменными:

. Руз{АР{) - вероятность срабатывания ¡-го УЗ при приходе на него ]-го АР;

Р^д — ВБР АД при номинальных условиях эксплуатации;

ЧАР&.О " вероятности появления ¡-го, они должны быть определены по

1 л

набранной статистике или заданы.

На целевую функцию накладываются следующие ограничения:

О 2 Руз(АР{)< 1 - зависит от конкретного типа УЗ;

О < РлдЦ) < 1 - ВБР АД, зависит от типа выбранного двигателя, серии и

рассматриваемого срока эксплуатации;

0<ЛР,-(0<1 - вероятность появления на данной установке^го АР;

0< APj <\ - зависит от сложившейся на предприятии картины АР;

¡=1,2,3.. .п - ограничены количеством рассматриваемых типов УЗ;

]=1,2,3...ш - ограничены количеством рассматриваемых или возможных типов АР;

г - промежуток времени, для которого прогнозируется численное значение эксплуатационной надежности АД.

В сформулированной выше задаче определения оптимального типа УЗ оптимизируемая функция нелинейна. Таким образом, наша задача представляет собой задачу нелинейного планирования. Учитывая, что в рассматриваемой задаче имеется сравнительно небольшое число переменных (всего 3), а расчет эксплуатационной надежности на вычислительной машине занимает не очень много времени, определение оптимальных параметров системы АД-УЗ может быть произведено методом обхода узлов пространственной сетки.

Однако в зависимости от характера работ, выполняемых на установке, или от каких либо других факторов в качестве критерия оптимизации может выступать не только надежность системы УЗ-АД, но и надежность асинхронного двигателя, отнесенная к стоимости комплекта АД-УЗ. В этом случае целевая функция будет выглядеть следующим образом:

РАД С> * (1 - ЪШ1 О) * (1 - РузЫЪ)»

Рэксп (О =-——-- . (?)

Тогда к числу независимых переменных добавляется еще одна - С (стоимость выбранных УЗ и АД). Также вводится ограничение - С может принимать строго определенные значения а,Ь,с...г, зависящие от того, какие выбраны УЗ и АД.

По этим двум целевым функциям для случайно выбранных возможных вариантов потоков АР была проведена оптимизация. Анализ полученных результатов показал, что из рассматриваемого арсенала типов УЗ (без УЗ, УВТЗ, ТРН, автоматы типа АП-50, РТД реле напряжения нулевой последовательности, реле максимального тока, реле тока нулевой последовательности, токовые фильтры, реле минимально го тока) и выбранных ситуаций для целевой функции (6) оптимальным в большинстве случаев является УВТЗ (устройство встроенной тепловой защиты), для (7), с учетом стоимости УЗ - на первое место выходят РТЛ, ТРН, автоматы для тех же ситуаций. Также выяснено, что наиболее ответственна задача выбора в условиях прихода на установку одного типа АР или когда остальными можно пренебречь в силу их малости. Это объясняется тем, что в этом случае неправильный выбор повлечет за собой снижение отношения стоимость комплекта

УЗ-АД - его надежность до уровня ниже, чем у незащищенного двигателя, при неизменной степени надежности.

В качестве возможных вариантов можно рассматривать следующие типы двигателей: средней надежности - АД с ВБР для 20000 ч (оговорено ГОСТ) равной 0,9 (двигатели серий АИ, АИР и другие современные серии); повышенной надежности - АД с ВБР равной 0,925 (современные серии двигателей с повышенными требованиями при отбраковке и испытанные более высоким напряжением); пониженной надежности - АД с ВБР равной 0,85 и ниже (серии АО, 4А, отремонтированные двигатели, выпускаемые малыми ИЧП и имеющие низкую надежность вследствие низких требований при контроле, применения некачественных изоляционных материалов). Анализ показал, что использование двигателей повышенной надежности целесообразно лишь в случаях, когда необходимо получить высоконадежную систему АД-УЗ, использование двигателей пониженной надежности рекомендуется в случаях ограниченности материальных возможностей предприятия, поскольку надежность системы значительно снижается (5-7%).

Полученная математическая модель позволяет определить численные значения вероятности потока аварий, а целевые функции - выбрать систему АД-УЗ, максимально соответствующую предъявляемым к ней требованиям.

В четвертом разделе обработан статистический материал эксплуатации асинхронных двигателей в сельском хозяйстве и машиностроительной промышленности собранный ОАО "СКБ Сибэлектромотор". Используя (4, 5) и РД 50-69098. "Методы оценки показателей надежности по экспериментальным данным" были получены численные значения вероятностей АР, свойственные типовым представителям своей отрасли производства, для времени наработки 20000 час (определено ГОСТ). Для определения диапазона вероятностей АР, свойственных для своей отрасли производства привязались к ряду предпочтительных чисел RIO и экспертным путем определили соответствие номеру ряда выбранных предприятий. "Сибэлектромотор" был отнесен к 6-му ряду, группа сельхозпредприятий Томской области к 9-му. В ходе этого анализа получили следующие значения вероятности АР, сведенные в табл. 1.

Таблица 1

Порядко- Машиностроительная промыш- Сельскохозяйственные пред-

вый номер ленность приятия

ряда RIO ОФ ЗР ТП НО ОФ ЗР ТП НО

1 0,0037 0,0171 0,0220 0 0,0025 0,0095 0,0941 0

2 0,0046 0,0216 0,0277 0 0,0032 0,0120 0,1185 0

3 0,0058 0,0272 0,0349 0 0,0040 0,0151 Л 1 1ЛЛ г\ \J

4 0,0073 0,0342 0,0440 0 0,0051 0,0189 0,1878 0

5 0,0092 0,0431 0,0554 0 0,0064 0,0239 0,2364 0

6 0,0116 0,0542 0,0697 0 0,0080 0,0300 2911 0

' 7 0,0! 46 0,0682 0,0877 0 0,0101 0,0378 0,3147 0

8 0,0184 0,0859 0,1104 0 0,0128 0,0476 0,4718 0

9' 0,0232 0,1081 0,1390 0 0,0161 0,0599 0,5939 0

10 0,0292 0,1361 0,1750 0 0,0202 0,0754 0,7477 0

Проанализировав результаты табл.1. Пришли к следующим выводам: для машиностроительных предприятий характерно то, что наибольшее влияние оказывают ТП и ЗР, причем они приблизительно равны. Для сельского хозяйства характерно влияние этих же АР, но ТП имеет доминирующее влияние (вероятность ТП выше на порядок вероятности ЗР). Отсюда можно сделать следующий вывод: для АД использующихся для привода сельскохозяйственных механизмов, необходимо выбирать УЗ, максимально защищающие их от ТП. Также необходимо более внимательно подходить к выбору мощности АД для таких установок. Для установок обоих типов характерно то, что влияние таких АР как ОФ и НО на АД одинаково. Вероятность ОФ может меняться от 0,2 до 3%, тогда как НО для данных установок является нехарактерным режимом и вероятность НО можно считать равной нулю.

Также определено влияние на выход АД из строя по вине АР (рис.2). Анализ показывает, что распределение во времени этой величины подвержено нормальному закону. Это было определено с помощью составного критерия:

1 " г —i

-* 1Й -qá

п . I1 1

cí = -, —, (8)

fÜ^f

где Q¡ - значение эмпирической частоты для ¡-го интервала;

Qn - среднее значение эмпирических частот для п интервалов.

Необходимо чтобы полученный составной критерий согласия входил в пределы </m¡n < </ < clm.dX для своей выборки. Проведенные расчеты для выборки двигателей использовавшихся в условиях эксплуатации завода "Сибэлектромо-тор" (г.Томск) и двигателей использовавшихся в условиях эксплуатации совхозов Томской области показали, что закон распределения выхода из строя АД по вине АР в обоих случаях близок к нормальному: 0,8412 при границах 0,744-0,8578 и 0,8611 при границах 0,736-0,8686 соответственно.

Соответствие этого распределения нормальному закону объясняется следующим. Имеется критерий надежности, имеющий свое численное значение для каждого АД, определяемый технологией изготовления, различными свойствами использованных материало. Для выборки двигателей распределение этого численного значения критерия надежности имеет нормальный закон распределения, поскольку состоит из пересечения вероятностей распределения большого количества параметров, что по центральной предельной теореме ведет к получению выходной величины, распределенной по нормальному закону.

В свою очередь влияние АР на АД постоянно во времени или может изменяться в небольших пределах, поскольку зависит от таких критериев, которые практически неизменны (параметры сети, качество монтажа установки, климатические условия, квалификация обслуживающего персонала, уровень трудовой дисциплины в коллективе и др.). Но на одном предприятии влияние этих аварийных режимов больше, чем на другом вследствие сложившихся традиций на нем и

РАр(0, о.е.

I, тыс.ч.

Рис. 2. Вероятности распределения аварийных режимов во времени

особенностей данного региона.

С другой стороны, показатель надежности имеет конечное значение. При появлении на установке АР, даже если сработала защита, какой-то момент времени двигатель испытывал перегрузку, следовательно, его износ проходил более быстро. Если даже двигатель не вышел из строя в момент, когда он работал в АР, то показатель надежности стал меньше не постепенно, как это происходит при работе двигателя в номинальном режиме, а скачком. Износ будет продолжаться до тех пор, пока показатель надежности не обратиться в ноль. Когда двигатель постоянно испытывает некоторую перегрузку, то есть, работает при повышенной температуре обмотки статора (износ идет более интенсивно), у него резко сокращается срок службы.

Из этого видно, что влияние АР имеет постоянный дискретный характер на критерий надежности, распределение которого имеет нормальный характер. А влияние постоянной величины на величину с нормальным распределением также имеет нормальный характер.

Полученные результаты необходимо использовать при выборе оптимального типа УЗ, привязываясь к результатам, приведенным в табл. 1.

В пятом разделе приведена методика выбора асинхронных двигателей по надежности и обоснование применения данной методики. Суть этой методики сведена к следующему. Разбивая сечение АД на составляющие и представляя каждый ее элемент как источник теплоты или сопротивление ее перетоку составляем схему замещения двигателя. Затем ведем расчет. Для этого поясним процедуру расчета температуры различных сечений двигателя. Составляем матрицы тепло-емкостей, проводимосгей и источников тепла, составляем уравнения и решаем их в следующей последовательности:

Лц А 21

Л|2 Л 22

Ат] Л«2

Л|„, Р[

л 2 т в2 я

X +

Лщт 9т

= 0

(9)

где Л,у - проводимость между соответствующими узлами;

в;, Р[ - температура и приведенные потери в соответствующем узле. Или приведем систему (9) в матричных символах:

Ах9 + Р' = 0 , (10)

где Л - квадратная симметричная матрица взаимных и собственных проводимосгей схемы, причем определитель матрицы не равен нулю;

в - матрица-столбец (вектор) неизвестных температур; Р - вектор приведенных источников теплоты.

Решение уравнения (10) легко выполняется на ЭВМ, но в таком виде оно нам не всегда удовлетворяет, поскольку позволяет вести расчет только для мо-

мента установившихся температур. Для расчета динамики нагрева АД необходимо учесть скорость изменения температуры (ее производную) и теплоемкость элементов системы. В этом случае уравнение (10) приобретает следующий вид:

Iм

Сх--р- + Лх# = р , (И)

ш

где С - диагональная матрица теплоемкосгей соответствующих узлов

схемы.

Приведем (11) к виду:

Лй

~~Ахв = РУ, (12)

Л

где А = Л/ С - квадратная матрица, определяющая динамические свойства математической модели;

ИГ~Р1С - вектор, характеризующий скорость нарастания температур при адиабатическом нагреве.

Произведя расчет изменения температуры во времени по (12), выполним расчет надежности по методике, приведенной в ОСТ16 0.800.821-88, несколько изменив ее. Для этого вычислим величины, зависящие только от геометрии, материалов выбранного двигателя, остальные переменные рассчитываем с учетом изменения температуры. Достоинством данной методики является то, что расчет ведется приращениями, мы учитываем изменение приращений вероятности безотказной работы с изменением температуры.

Выбор двигателя производим по следующему алгоритму (рис.3):

Рис.3 Алгоритм выбора асинхронного двигателя по надежности

Применение данной методики позволяет учитывать всю степень нагру-жения (недогрузки и перегрузки) и максимально использовать двигатель по надежности. Учет температуры напрямую, а не косвенно, как в классических методах выбора двигателя, позволяет определить надежность в любой момент времени при известном графике нагрузки.

В данном разделе приведены рекомендации по выбору типа УЗ в зависи-

мости от картины потоков АР на рассматриваемом предприятии.

Анализ табл.2 и вероятности срабатывания УЗ при появлении на установке АР показывает, что наиболее эффективным является такое УЗ как УВТЗ, обеспечивающее максимальную защиту от АР для всего их возможного диапазона в рассмотренных типах производств. Однако этот тип УЗ имеет большую цену, по сравнению с другими видами защит, и необходимы работы по закладке позисто-ров в обмотки АД или использование более дорогой серией двигателей (приблизительно на 10% по сравнению с общепромышленной). По этим причинам УВТЗ не получили такого широкого распространения как менее надежные, но дешевые типы УЗ: тепловые реле, автоматические расцепители. Однако для сельскохозяйственных предприятий, при большом значении потоков АР (члены ряда 5-10), можно рекомендовать именно УВТЗ.

Таблица 2.

Типы устройств защиты Типы АР по видам производств

ОФ ЗР ТП НО

Пр. С/х Пр. С/х Пр. С/х Пр. С/х

Без УЗ 5' 7 9 10 7 2 10 10

ТРН 10 10 10 10 10 6 10 10

РТЛ 10 10 10 10 10 7 10 10

УВТЗ 10 10 10 10 10 10 10 10

АП-50 10 10 10 10 10 6 10 10

Реле напряжения нулевой последовательности 10 10 9 10 7 2 10 10

Реле минимального тока 10 10 9 10 7 2 10 10

Реле максимального тока 5 7 10 10 9 2 10 10

Реле тока нулевой последовательности 10 10 10 10 7 2 10 10

Токовые фильтры 10 10 10 10 9 3 10 10

Табл. 2 может быть использована для определен™ типа УЗ, обеспечивающего достаточную степень надежности (ВБР не ниже 0,8) по картине аварий, свойственных рассматриваемому предприятию. Алгоритм определения типа УЗ следующий:

- по результатам подконтрольной эксплуатации определяется картина потоков АР;

- по табл. 1 определяются номера ряда, вероятности тех или иных типов АР которых максимально совпадают с вероятностями АР на рассматриваемой установке;

- • по табл. 2 находится тип УЗ, для всех типов АР которого номера в таблице больше или равны определенных в предыдущем пункте.

Используя результаты, приведенные в табл.2, можно избежать использо-

вания в условиях конкретного производства такого типа УЗ, который не обеспечивает должной защиты для той или иной установки, а, следовательно, может нарушить технологический процесс, явиться причиной дополнительных экономических затрат.

В заключении сделаны основные выводы по результатам исследований.

На основании проведенных исследований, представленных в настоящей диссертационной работе, получены результаты, способствующие решению проблемы повышения эксплуатационной надежности АД:

1. Построена иерархическая структура эксплуатационной надежности АД. По ней определены факторы, оказывающие влияние на надежность системы, и взаимосвязи между ними, что позволяет вплотную приблизиться к выработке мер, методов повышения эксплуатационной надежности АД.

2. Разработана математическая модель эксплуатационной надежности АД. Впервые создана методика выбора оптимального типа устройства защиты по обеспечиваемой эксплуатационной надежности, позволившая выбирать из многообразия предлагаемых устройств защиты то, которое для данного производства, предприятия, установки будет наиболее эффективным, а не классический выбор устройства защиты от того или иного аварийного режима.

3. Проведена оптимизация выбора по надежности с учетом и без учета стоимости комплекта АД - устройство защиты, что существенно расширило область использования методики выбора устройства защиты по эксплуатационной надежности. В качестве целевой функции использованы эксплуатационная вероятность безотказной работы, эксплуатационная вероятность безотказной работы отнесенная к стоимости комплекта устройство защиты - асинхронный двигатель. В качестве независимых переменных определены вероятность безотказной работы двигателя для номинальных условий, вероятность срабатывания устройства защиты при появлении одного из аварийных режимов, вероятность появления на установке того или иного аварийного режима, стоимость двигателя и устройства зашиты.

4. Создана методика выбора устройства защиты с учетом условий производства, так как аварийная картина на каждом предприятии специфична. Этот подход позволяет разбить по картинам аварийности предприятия таких типов производств как сельское хозяйство и машиностроительная промышленность, что позволит в реальной ситуации по картине аварийности определить наиболее надежный тип устройств защиты.

5. Разработана методика выбора. АД по допустимому уровню эксплуатационной надежности с использованием тепловой модели, что позволяет максимально учитывать выработку ресурса надежности двигателя и в периоды недогружения и кратковременные перегрузки.

6. Разработаны и предложены рекомендации по выбору оптимальных типов устройства защиты и АД в зависимости от требуемого уровня эксплуатационной надежности и картины потоков аварий, свойственных данным типу производства, предприятию, установке.

7. Методика определения эксплуатационной надежности имеет универсальный характер и может быть применена для определения надежности других типов электрических машин, с другими типами устройств защиты.

8. Определены уровни потоков аварий, свойственных различным предприятиям одного типа производства (сельское хозяйство, машиностроительная промышленность). Эти результаты используются в методике определения оптимального типа устройства защиты по допустимому уровню надежности.

Апробация и внедрение полученных результатов осуществлены в ОАО СКБ "Сибэлектромотор".

Основные положения работы опубликованы в следующих работах:

— Конарев О.С. Сравнительный анализ надежности защиты асинхронных двигателей тепловыми реле серий ТРН и РТТ // Четвёртая областная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных "Современные техника и технологии": Тез.докл. - Томск: ТПУ, 1998.-С 72-73.

— Конарев О.С., Муравлев О.П. Методы выбора асинхронного двигателя и устройств защиты / Том. политехи, ун-т. - Томск, 1998,- 15с.: ил.-1. Библиогр. 9 назв.-Рус.- Деп. в ВИНИТИ № 2346-В98 от 23.07.98.

— Конарев О.С., Муравлев О.П. Выбор оптимального типа устройства защиты асинхронных двигателей// Пятая областная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных "Современные техника и технологии": Тез.докл. - Томск: ТПУ, 1999. - С.56-57.

Подписано к печати 0^0(7 Тираж 100 экз. Заказ ИПФ ТПУ. Лицензия ЛТ №1 от 18.07.94. Типография ТПУ. 634034, Томск, пр.Ленина, 30.

1 Введение.

2 Анализ существующих методик оценки и способов обеспечения надежности.

2.1 Анализ методик расчета надежности асинхронных двигателей.

2.2 Анализ методик выбора асинхронных двигателей.

2.2.1 Проверка двигателей по нагреву прямыми методами.

2.2.2 Проверка двигателей по нагреву косвенными методами.

2.3 Анализ типов аварийных режимов.

2.4 Анализ систем и устройств защиты.

2.5 Иерархическая структура системы обеспечения эксплуатационной надежности асинхронных двигателей.

2.6 Постановка задачи.„.

Выводы.

3 Оптимизация надежности асинхронных двигателей в эксплуатации

3.1 Формирование целевой функции эксплуатационной надежности асинхронных двигателей.

3.2 Оптимизация надежности асинхронных двигателей в эксплуатации

3.2.1 Обзор методов оптимального планирования.

3.2.2 Оптимизация выбора защиты асинхронных двигателей от аварийных режимов.

3.3 Анализ возможных ситуаций аварийных режимов.

Выводы.

4 Анализ эксплуатационной надежности по результатам подконтрольной эксплуатации

4.1 Методы испытаний надежности асинхронных двигателей.

4.2 Определение влияния аварийных режимов на эксплуатационную надежность асинхронных двигателей.

4.3 Анализ распределений вероятности выхода из строя асинхронных двигателей по вине аварийных режимов.„.

4.4 Анализ численных значений аварийных режимов.

Выводы.

5 Рекомендации по повышению эксплуатационной надежности асинхронных двигателей

5.1 Выбор асинхронного двигателя.

5.2 Тепловой расчет асинхронного двигателя.:

5.2.1 Тепловая схема замещения асинхронного двигателя.

5.2.2 Расчет тепловой схемы замещения асинхронного двигателя.

5.3 Расчет эксплуатационной надежности асинхронных двигателей

5.4 Рекомендации по выбору устройства защиты.

Выводы.

Актуальность темы

Одной из основных задач современного промышленного производства является повышение качества, конкурентоспособности и экономичности выпускаемой продукции, повышение ее надежности, снижение стоимости, материалоемкости и энергопотребления. Особое влияние на решение этой задачи оказывает надежность работы электродвигателей, используемых в качестве приводных механизмов.

Среди электродвигателей наибольшее распространение получил асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, впервые запатентованный в 1889 году главным инженером фирмы Allgemeine Elektrische Geselschaft (AEG, Германия) M. Доливо - Добровольским (патент ФРГ №51083 от 31.08.1889 г.). В настоящее время асинхронные двигатели, особенно с короткозамкнутым ротором, как самые дешевые и надежные являются наиболее массовой продукцией электромашиностроения.

Их доля в общей номенклатуре электродвигателей составляет по количеству - 90%, по мощности - 60%. В России по состоянию на 1990 г. выпускалось ежегодно свыше 10 млн. асинхронных короткозамкнутых электродвигателей серии 4А, на долю которых приходилось до 50% потребляемой в стране электроэнергии [44].

Широкая распространенность асинхронных двигателей предопределена их относительной простотой, достаточно высокой надежностью, а также высоким коэффициентом полезного действия и удовлетворительными конструктивными и эксплуатационными характеристиками.

Однако в реальных условиях эксплуатации, в зависимости от различных факторов, достаточно высокие надежностные показатели асинхронных двигателей, для номинальных условий эксплуатации, не совпадают с эксплуатационными. Это влечет за собой выбор двигателей завышенной мощности, увеличение материальных затрат на их ремонт и обслуживание.

Вопросам повышения эксплуатационной надежности асинхронных двигателей посвящена данная работа, выполненная на кафедре электрических машин и аппаратов Томского политехнического университета.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с программой научно-исследовательских работ кафедры электрических машин и аппаратов Томского политехнического университета и является частью комплексной работы по управлению качеством при проектировании, изготовлении и эксплуатации асинхронных двигателей.

Цель работы

Целью работы является совершенствование методов обеспечения эксплуатационной надежности асинхронных двигателей, создание методик исследования и прогнозирования их показателей надежности в эксплуатации и разработка научно обоснованных рекомендаций по выбору комплектов асинхронный двигатель - устройство защиты в зависимости от условий эксплуатации.

Методы исследования

При решении вопросов обеспечения эксплуатационной надежности асинхронных двигателей использовались методы теории электрических машин, системного анализа и математической статистики, теории вероятности и выбора решений.

Все исследования выполнены с использованием современных ПЭВМ

Научная новизна работы

- разработана иерархическая структура системы обеспечения эксплуатационной надежности асинхронных двигателей, позволившая определить перечень элементов, оказывающих на нее влияние и взаимосвязь между ними;

- создана математическая модель эксплуатационной надежности асинхронных двигателей, учитывающая особенности типа производства (сельскохозяйственные и промышленные предприятия), уровня аварийности и надежностных свойств элементов системы асинхронный двигатель - устройство защиты;

- создана методика выбора асинхронных двигателей по параметру допустимой эксплуатационной надежности, позволяющая производить выбор двигателя, обеспечивающего необходимый уровень надежности, при известной вероятности потока аварий;

- впервые произведена оптимизация выбора типа устройства защиты как с учетом так и без учета его стоимости, в зависимости от картины потоков аварий на установке, что позволяет снизить затраты от неправильного выбора защиты, одновременно повысив надежность системы асинхронный двигатель - устройство защиты;

- произведено исследование влияния надежностных параметров типов устройств защиты, асинхронных двигателей и уровня потока аварий на эксплуатационную надежность асинхронных двигателей, выработаны рекомендации по выбору типа устройства защиты, двигателя от уровня аварийности, свойственного рассматриваемому предприятию.

Указанные результаты работы выносятся на защиту.

Практическая ценность

Практическая ценность работы состоит в том, что полученные при ее выполнении результаты способствуют повышению уровня эксплуатационной надежности асинхронных двигателей, а следовательно к снижению материальных и трудовых затрат на их обслуживание. Этому способствует то, что:

- разработанная методика выбора асинхронных двигателей по надежности позволяет с одной стороны снизить влияние таких аварийных режимов, как технологические перегрузки, с другой - исключить выбор двигателя завышенной мощности и снизить энергопотребление;

- созданная математическая модель эксплуатационной надежности асинхронных двигателей позволяет произвести выбор оптимального устройства защиты по показателям надежности или выбрать из имеющегося арсенала наиболее эффективное устройство защиты для сложившейся картины аварийности на рассматриваемом предприятии;

- предложены рекомендации по выбору типов устройств защиты, в зависимости от потоков аварий, определены уровни аварийности свойственные различным предприятиям таких типов производства как сельское хозяйство или промышленность.

Наибольшую практическую ценность полученные результаты исследований имеют для разработки высоконадежных систем асинхронных двигателей - устройство защиты и для предприятий с высоким значением потока аварий.

Реализация результатов работы

Основные результаты работы используются при прогнозировании, обеспечении и повышении эксплуатационной надежности низковольтных асинхронных двигателей средней и малой мощности, выпускаемых ОАО "СКБ Сибэлектромотор" (г.Томск) в виде методик, алгоритмов, программ и рекомендаций по оптимальному выбору устройств защиты и мощности двигателей.

Методики выбора устройств защиты могут быть использованы при обеспечении показателей эксплуатационной надежности других типов элек трических машин.

Математическая модель эксплуатационной надежности асинхронных двигателей используется в учебном процессе кафедры электрических машин и аппаратов Томского политехнического университета при изучении лекционных курсов подготовки инженеров по специальностям 180200 (электрические и электронные аппараты) - "Качество и надежность электрических аппаратов", 180100 (электрические машины) - " Качество и надежность электрических машин".

Апробация

Материалы исследований докладывались и получили одобрение на четвертой, пятой и шестой научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых Томского политехнического университета "Современные техника и технологии" (1998-2000 г.г.), научных семинарах кафедры "Электрические машины и аппараты" Томского политехнического университета.

Публикации

По результатам проведенных исследований опубликовано три печат ные работы.

Содержание работы

Диссертационная работа состоит из шести разделов, включая введение и заключение и содержит 117 страниц машинописного текста, включая 27 рисунков и 11 таблиц, список литературы, состоящий из 112 наименований,

Выводы

1. Эксплуатационную надежность АД составляет система из 3 параметров: выбор АД, выбор типоразмера устройства защиты, поток аварий на рассматриваемой установке. Неверный выбор АД влечет за собой увеличение вероятности появления таких типов аварийных режимов как технологические перегрузки и заклинивание ротора. Неверный выбор устройства защиты влечет за собой увеличение проходящих на АД аварийных режимов., Поток аварий определяет количество аварий, появляющихся на установке.

2. Приведена методика наиболее оптимального выбора двигателя - выбор по надежности, которая позволяет произвести выбор с учетом изменения температуры обмотки во времени, компенсировать недогружение двигателя кратковременными перегрузками.

3. В ходе анализа аварийности на различных типах производств выяснили, что появление такого аварийного режима как обрыв фазы зависит только от качества монтажа установки, качества питания, особенностей ее работы (вибрации, наличия подвижных соединений на установке).

115

4. Анализ аварийности показал, что для установок, использующихся в сельском хозяйстве, свойственно занижать мощность выбранного двигателя, по этой причине они имеют большое численное значение технологических перегрузок.

5. Приведена методика и рекомендации по выбору типа устройства защиты в зависимости от численного значения потока аварийных режимов, что облегчает выбор типа устройства защиты для реальных ситуаций, существующих на различных предприятиях сельского хозяйства и машиностроительных предприятий.

116

6 Заключение

На основании проведенных исследований, представленных в настоящей диссертационной работе, получены результаты, способствующие решению проблемы повышения эксплуатационной надежности АД.

В дополнение и развитие кратких выводов, приведенных в каждом разделе, в заключение приводятся основные наиболее важные результаты:

1. Построена иерархическая структура эксплуатационной надежности АД. По ней определены факторы, оказывающие влияние на надежность системы, и взаимосвязи между ними, что позволяет вплотную приблизиться к выработке мер, методов повышения эксплуатационной надежности АД.

2. Разработана математическая модель эксплуатационной надежности АД. Впервые создана методика выбора оптимального типа устройства защиты по обеспечиваемой эксплуатационной надежности, позволившая выбирать из многообразия предлагаемых устройств защиты то, которое для данного производства, предприятия, установки будет наиболее эффективным, а не классический выбор устройства защиты от того или иного аварийного режима.

3. Проведена оптимизация выбора по надежности с учетом и без учета стоимости комплекта АД -- устройство защиты, что существенно расширило область использования методики выбора устройства защиты по эксплуатационной надежности. В качестве целевой функции использованы эксплуатационная вероятность безотказной работы, эксплуатационная вероятность безотказной работы отнесенная к стоимости комплекта устройство защиты -асинхронный двигатель. В качестве независимых переменных определены вероятность безотказной работы двигателя для номинальных условий, вероятность срабатывания устройства защиты при появлении одного из аварийных режимов, вероятность появления на установке того или иного аварийного режима, стоимость двигателя и устройства защиты.

4. Создана методика выбора устройства защиты с учетом условий производства, так как аварийная картина на каждом предприятии специфична. Этот подход позволяет разбить по картинам аварийности предприятия таких типов производств как сельское хозяйство и машиностроительная промышленность, что позволит в реальной ситуации по картине аварийности определить наиболее надежный тип устройств защиты.

5. Разработана методика выбора АД по допустимому уровню эксплуатационной надежности с использованием тепловой модели, что позволяет максимально учитывать выработку ресурса надежности двигателя и в периоды недогружения и кратковременные перегрузки.

6. Разработаны и предложены рекомендации по выбору оптимальных типов устройства защиты и АД в зависимости от требуемого уровня эксплуатационной надежности и картины потоков аварий, свойственных данным типу производства, предприятию, установке.

7. Методика определения эксплуатационной надежности имеет универсальный характер и может быть применена для определения надежности других типов электрических машин, с другими типами устройств защиты.

8. Определены уровни потоков аварий, свойственных различным предприятиям одного типа производства (сельское хозяйство, машиностроительная промышленность). Эти результаты используются в методике определения оптимального типа устройства защиты по допустимому уровню надежности.

Апробация и внедрение полученных результатов осуществлены в ОАО «СКБ Сибэлектромотор».

1. Алиев И.И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию: Учеб. пособие для вузов, 2-е изд.- М.: Наука, 2000. 255с., ил.

2. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник/ А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболенская. М.: Энергоиздат, 1982. -504 е., ил.

3. Бабяк A.A., Саратов В.А. Исследования повреждаемости асинхронных двигателей// Техническая электродинамика. 1996. - №5. - С.49-53.

4. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс: Г1ер. с англ. М.: Радио и связь, 1988.- 128 е., ил.

5. Бейко И.В., Бублик Б.Н., Зинько П.Н. Методы и алгоритмы решения задач оптимизации К.: Вища школа. Головное изд-во, 1983. - 152 с.

6. Беляев A.B. Выбор аппаратуры, защиты и кабелей в сетях 0,4 кВт. Л.: Энергоатомиздат, 1988. - 173 с.

7. Богаенко И.Н., Сердюк Ю.В., Шатунов М.А. Температурная защита асинхронных электродвигателей. Киев: "Техшка", 1987.- 94с.

8. Борисенко А.И., Костиков О.Н., Яковлев А.И. Охлаждение промышленных электрических машин. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 296 е., ил.

9. Ванеев Б.Н. Обеспечение надежности асинхронных двигателей// Уголь Украины. 1996. - №8. - с. 49-52.

10. Выбор электрических аппаратов для промышленных установок. Колл. авторов./ Под ред. A.A. Чунихина и Ю.С. Коробкова. М.: Изд-во МЭИ, 1990.-156 с.

11. Галушко А.И. Надежность изоляции электрических машин. М.: Энергия, 1979. - 176 с.

12. Гольдберг О.Д. Испытания электрических машин: Учеб. для вузов. — М.: Высш. шк., 1990. 250 е., ил.

13. Гольдберг О.Д. Качество и надежность асинхронных двигателей. М,: Энергия, 1968. - 176 е., ил.

14. Гольдберг О.Д. Научные основы диагностики и управления качеством асинхронных двигателей.// Электричество. 1986. - №1. - С. 20-22.

15. Гольдберг О.Д. Повышение эксплуатационной надежности электродвигателей в сельском хозяйстве// Электротехника. 1984. - №1. - С. 22- 23.

16. Гольдберг О.Д., Курбатова Г.С. Влияние условий эксплуатации на надежность асинхронных двигателей// Стандарты и качество. 1974. -№4.-С. 55-57.

17. Гоминтерн В.И., Каган Б.М. Методы оптимального проектирования. -М.: Энергия, 1980.- 159 с.

18. Горбунов А.Г., Иртышский Э.Б., Макаров К.И. Обобщенный подход к оценке надежности электрических машин// Труды ВНИИЭМ. 1983. -С.113-119.

19. ГОСТ 25941-83. Машины электрические вращающиеся. Методы определения потерь и коэффициента полезного действия.

20. ГОСТ 27.002-83. Надежность в технике. Термины и определения.

21. ГОСТ 28330-89. Машины электрические асинхронные мощностью от 1 до 400 кВт включительно. Двигатели. Общие технические требования.

22. Грундулис А.О. Защита электродвигателей в сельском хозяйстве. М.: Агропромиздат, 1988.- 111с.

23. Гуревич Э.И., Рыбин Ю.Л. Переходные тепловые процессы в электрических машинах. Л.: Энергоатомиздат, 1983.- 215с.

24. Данилевич Я.Б., Кашарский Э.Г. Добавочные потери в электрических машинах. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 214 е., ил.

25. Данилов В.Н. Защита электрических двигателей от аварийных режимов// Техника в сельском хозяйстве. 1988. - №2. - С. 15-19.

26. Данилов В.Н. Защита электрических двигателей// Гос. агроинж, ун-т. -Челябинск, 1995. 156 с.

27. Дордий A.C., Горовой А.Ф., Слухаев Н.Г., Кужаков С.С. Интегрированные защитно-диагностические устройства асинхронных двигателей// Электромеханика. 1995. - №1-2. - С. 38-42.

28. Дорохов Б.В. Нагрев регулируемых по скорости асинхронных двигателей при переменном характере нагрузки// Вестн. Челяб. агроинж. ун-та. -1996-16.-С.145-149.

29. Дубинский И.М. Защита низковольтных электродвигателей горного оборудования. М.: Недра, 1982. - 82 с.

30. Егоров Е.Г., Генин B.C., Михайлов Н.М., Яковлев С.К. Микропроцессорные реле тепловой защиты асинхронных двигателей с короткозамкну-тым ротором// Электротехника. 1997. - №1. - С. 23-26.

31. Ерошенко Г.П. Повышение эффективности эксплуатации электрооборудования в сельском хозяйстве: Автореф. дис. д-ра техн. наук. Челябинск, 1984.-39 с.

32. Ерошенко Г.П., Данилов В.Н. Методические основы выбора и разработки аппаратов для защиты электрических двигателей// Техника в сельском хозяйстве. 1993.-№1.-С. 13-15.

33. Ершов М.С. Развитие теории, разработка методов и средств повышения надежности и устойчивости электротехнических систем многомашинных комплексов с непрерывными технологическими процессами: Автореф. дис. д-ра техн. наук. М., 1995. - 40 с.

34. Захаров М.К., Коваль-Лесков A.B. Анализ работы трехфазных асинхронных двигателей// Электромеханика. 1995. - №3. - С. 32-38.

35. Захарова З.А. Исследование показателей качества энергии на технические характеристики асинхронных двигателей// Электротехника. 1990. -№8.-С. 16-21.

36. Зворыкин В.Б., Казачковский H.H., Иванов В.Л. Исходные данные для выбора асинхронных двигателей// Электротехника. 1991. - №6 - С. 5962.

37. Зильберштейн Л.А., Круглова М.Л. Комплекс программ для исследования стационарных и нестационарных тепловых процессов в электрических машинах/ Тр. ВНИИ электромех. 1991-95. - с. 66-76.

38. Зимин E.H. Защита асинхронных двигателей до 500 В. М.-Л.: Энергия, 1967.-88 с.

39. Иванов-Смоленский A.B. Электрические машины. М.: Энергия, 1980. -265 е., ил.

40. Изоляция электрических машин: Учеб. пособ. по курс, поректир,/ А.П. Матялис под ред. Ю.П. Похолкова. Изд-во ТИН - Томск, 1985, -95 с.

41. Ильинский Н.Ф., Юньков М.Г. Итоги развития и проблемы электропривода. В сб. Автоматизированный электропривод/ Под ред. Н.Ф. Ильинского, М.Г. Юнькова. -М.: Энергоатомиздат, 1990. 544 с.

42. Иткин Б.А., Стрельбицкий Э.К. Исследование влияния аварийных режимов и защиты на надежность асинхронных двигателей// Изв. ТЛИ -Томск, 1967. -Т.172-С. 208-211.

43. Клементьев С.С., Кузмицкий М.А., Боженов Ю.А., Дунайкииа Е.А. Расчет температуры нагрева электродвигателей с учетом случайных факторов// Электромеханика. 1990. - №6. - С. 42-46.

44. Ковалев Е.Б., Расков Ю.В., Голянд Б.С. Статистический анализ и расчет нагрева асинхронных двигателей// Электричество. 1975. - №11. - С.21-24.

45. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин: Учебн. для студ. обуч.по спец. "Электромех." М.: Высш. шк., 1994. -318 с.

46. Кравчик А.Э. Электрические двигатели с сервис фактором// Электротехника. 1997. - №2. - С. 37-39.

47. Кравчик А.Э., Стрельбицкий Э.К., Шлаф М.М. Выбор и применение асинхронных двигателей. М.: Энергоатомиздат, 1987,- 94с.

48. Кузнецов Б.В., Сацукевич Б.Ф. Асинхронные двигатели и аппараты управления: (Справ, пособие). -Мн.: Беларусь, 1982. 222с.: ил.

49. Кузник Ю.С. Температурная защита электродвигателей// Промышленная энергия. 1995. - №5. - С. 9-10.

50. Левинтов С.Д. О предварительном выборе двигателей по мощности для электроприводов повторно кратковременных режимов работы// Изв. вузов. Электромеханика. 1991. - №10. - С. 100-103

51. Литвин В.И., Мамедова Л.Ф. Применение теории конфликтных ситуаций для выбора оптимального варианта защиты электродвигателей от ава рийных режимов// Электротехника. 1995. - №2. - С. 42-47.

52. Любалин В.Э. Обеспечение стандартизированных показателей надежности асинхронных двигателей на стадиях производства и эксплуатации: Автореф. дис. канд. техн. наук. Томск, 1986. - 20 с.

53. Мазуха А.И. Вернемся к старой схеме// Сельский механизатор. 1996. -№11.-с. 15,

54. Мамедов Ф.А., Литвин В.А. Применение расчетных номограмм для выбора устройств защиты электродвигателей от аварийных режимов// ВСХНЗО анропром. комплексу. - М., 1995. - С. 205-206.

55. Математическое моделирование и дискретная оптимизация/ АН СССР. Вычислит, центр. М., 1988 - 95 с.

56. Медведев A.A., Кабдин Н.Е. Коммутационные повреждения в асинхронных двигателях сельскохозяйственных электроприводов// Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1993. - №3. - С. 14-17.

57. Методы выбора асинхронного двигателя и устройств защиты./ О.С. Конарев, О.П. Муравлев; Том. политехи, ун-т. Томск, 1998.- 15с,: ил.-1. Библиогр. 9 назв.-Рус.- Деп. в ВИНИТИ № 2346-В98 от 23.07.98.

58. Моисеева Е.Е., Прудников Ю.И., Сидоров Н.В. Обобщенный экспериментальный портрет отрезка серии асинхронных двигателей АИС// Электротехника. 1994. - №3. - с. 38.

59. Москаленко В.В. Электрический привод: Учебн. для электротехнических специальностей техникумов. М.: Высш. шк ., 1991.- 430 с.

60. Муравлев О.П. Научные основы обеспечения качества при проектировании и изготовлении низковольтных асинхронных двигателей: Автореф. дис. доктора техн. наук Свердловск, 1986. - 39 с.

61. Мусин A.M. Повысить надежность электродвигателей в сельском хозяйстве// Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1981.-№9.-С. 1-3.

62. Надежность асинхронных электродвигателей/ Б.Н. Ванеев, В.Д. Главный, В.М. Гостищев, Л.И. Сердюк; под ред. Б.Н. Ванеева. К.: Техшка, 1983. - 143 е., ил.

63. Намитоков К.К., Терешин В.Н., Глазков Е.М. Особенности защиты асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором// Тр. Моск. энерг. ин-та. 1993 - №669. - С. 98-103.

64. Овчаров В.В. Эксплуатационные режимы работы и непрерывная диагностика электрических машин в сельскохозяйственном производстве. Киев: изд-во УСХА; 1990.- 167с.

65. Основные аварийные режимы и веоятности их появления/ C.B. Оськи и, Н.Е. Пономарева// Азово-Черномор. акад. Зерноград, 1996. 8 с.- биб-лиогр.: 6 назв. - Деп. в ВИНИТИ 5.5.96, №1452-В96.

66. ОСТ 0.800.821-88. Машины электрические асинхронные мощностью свыше 1 кВт до 400 кВт включительно. Двигатели. Надежность. Расчет-но-экспериментальные методы определения.

67. Похолков Ю.П. Разработка методов исследования, расчета и обеспечения показателей надежности и долговечности изоляции обмоток асинхронных двигателей: Автореф. дис. доктора техн. наук. М., 1978. - 39 с.

68. Похолков Ю.П., Стрельбицкий Э.К. Вероятностный метод расчета надежности изоляции всыпных обмоток асинхронных двигателей. Известия ТЛИ, 1972.-Т.242.-С. 216-221.

69. Правила устройства электроустановок. М.: Энергоатомиздат, 1987 -646 с.

70. Пухальский A.A. Разработка методов оптимизации технических обслуживании, ремонтов и диагностики нефтепромыслового электрооборудования: Автореф. дис. канд. техн. наук Омск, 1999. - 15 с.

71. Радин В.И. Проблемы развития электродвигателей// Электротехника. ~ 1987. -№6.-С. 52-54.

72. РД 16.397-88. Машины электрические асинхронные мощностью свыше 1 до 400 кВт включительно. Двигатели. Надежность. Организация сбора и обработки информации.

73. РД 50-690-98. Методы оценки показателей надежности по экспериментальным данным.

74. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей/ И.А. Сыромятников; под ред. Л.Г. Мамикоянца. 4-е изд., переработ, и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 240 е., ил.

75. Розанов Ю.К., Акимов Е.Г. Основные тенденции развития силовых коммутационных аппаратов управления и защиты низкого напряжения// Электротехника. 1997. - №1. - С. 2-3.

76. Русан В.И. Методы и средства совершенствования электротехнического обеспечения сельскохозяйственного производства: Автореф. дис. д-ра техн. наук. J1.-Пушкин, 1991. - 49 с.

77. Сипайлов Г.А., Санников Д.И., Жадан В.А. Тепловые, гидравлические и аэродинамические расчеты в электрических машинах. — М.: Высш. шк., 1989.-239 е., ил.

78. Стрельбицкий Э.К. Исследование надежности и качества электрических машин: Автореф. дис. д-ра техн. наук. Томск, 1967. - 44 с.

79. Таранцев A.A., Дорохин М.П. Совершенствование методики оценки эксплуатационной надежности коммутационных аппаратов// Заводская лаборатория. 1996-62. - №7. - С. 60-61.

80. Температурная защита электродвигателей в геологоразведочном производстве// Научно технические достижения и передовой опыт в област и геологии и разведки недр. - 1993. - №5. - С.67-78

81. Тепловые модели регулируемых по скорости асинхронных двигателей в длительных режимах работы при переменном характере нагрузки/ Б.В. Дорохов // Вестн. Челяб. агроинж. ун-та 1996. - №16. - С. 149-153.

82. Терешин В.Н. Выбор и создание электромеханических устройств защиты для низковольтных потребителей электроэнергии: М., 1991. 34 с.

83. Унифицированная серия асинхронных двигателей. Интерэлектро/ В.И. Радин, Й. Лондин, В.П. Розенкоп и др.; Под ред. В.И. Радина. М.: Энергоатомиздат, 1990. — 416 с.

84. Федоров JI.E. Об определении понятия надежность в нормативных документах. Промышленная энергетика. - 1983. - №3. - С. 38-39.

85. Филипов И.Ф. Теплообмен в электрических машинах. JL: Энергоатом-издат, 1986. - 320 с.

86. Хомутов О.И. Основные этапы и содержание работ в области повышения надежности электродвигателей// Повышение надежности электрооборудования в системах электроснабжения. 1992 - №1. - С. 5-12.

87. Чунихин A.A., Акимов Е.Г. Методика автоматизированного поиска и выбора аппаратуры защиты и управления// Электромеханика. 1990. -№9. - С.56-59.

88. Шалыгин B.C., Палычин Ю.И. Прикладные методы статистического моделирования. JL: Машиностроение, 1986. 320 с.

89. Шишкин И.Ф. Лекции по метрологии. Учебное пособие. М.: РИЦ "Татьянин день", 1993.- 190 с.

90. Шишкин И.Ф., Яншин В.Н. Прикладная метрология. М.: РИЦ 'Татьянин день", 1993. - 150 с.

91. Электрические машины: Асинхронные машины: Учеб. для электро-мех. спец. вузов/ В.И. Радин, Д.Э. Брускин, А.Е. Зорохович; под ред. И,П. Копылова М.: Высш. шк., 1988. - 328 е.: ил.

92. Эпштейн И.Я. Методика оценки влияния коммутационных аппаратов на эксплуатационную надежность изоляции электрооборудования// Электротехника. 1990. - №2. - С. 68-70.

93. Якимов В.В. Испытания и надежность электрических машин: Учеб. пособие/ Киров, политехи, ин-т- Горький: ГГУ, 1985. 62 с.

94. Яковенко Н.И. Математическое моделирование тепловых, процессов асинхронных двигателей: Автореф. дис. канд. техн. наук Томск, 1983 -20 с.

95. Anlaufstrom fliesst bis 30 s.// Elek. Masch. 1996-75. - №9. - S. 28-29.

96. Maxi-Schutz durch Minirelais. Максимальная защита с помощью мини-реле// Elek. Masch. 1996-16 S. 149-153/

97. Schlaft und Schutzgerate für Elektroantriebe/ Amft D., Lindmayer M.//12. Int. Fachtag. "Ind. Autom. - Autom. Antriebe",Chemnitz, 23-25 Febr., 1993.-Chemnitz, 1993. - S. 13-23.

98. Wie hoch ist der Motor tatsachlich belasted? Praxisgerechte Mes- und Berechnungsverfahren für Sl, S2 und S3/ Greiner H.// Elek. Masch. 1994 -73. - №9. - S. 12-17.

99. Zur Entwicklung der Schutz und Uberwachungstechnik/ Amft Dietrich// 11. Int. Fachtag. "Ind. Autom. - Autom. Antriebe", Chemnitz, 12-14 Febr., 1991.-Chemnitz 1991. - S. 61-65/

100. Zur Theorie moderner Motorschutzauslosser//11. Int. Fachtag. "Ind. Autom. Autom. Antriebe", Chemnitz, 12-14 Febr., 1991. - Chemnitz, 1991. - S. 21 -24.1. АКТо рекомендации к внедрению

101. Полученные результаты будут использованы для обеспечения и повышения эксплуатационной надежности низковольтных асинхронных двигателей малой и средней мощности.

102. Заведующий отделом исследований ОАО СКБ «Сибэлектромотор»