автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Повышение эффективности и надежности асинхронных электродвигателей при ремонте их в условиях ремонтно-транспортных предприятий

\'\ О

2 7 МАЙ 1997

НАЦЮНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ

На правах рукопису

ТАРАСЕНКО Ростислав Олександрович

ШДВИЩЕННЯ НАД1ИНОСТ1 ТА ЕФЕКТИВНОСТ1 АСИНХРОННИХ ЕЛЕКТРОДВИГУН1В ПРИ PEMOHTI ÏX В УМОВАХ РЕМОНТНО-ТРАНСПОРТНИХ ШДПРИбМСТВ

05.20.02 - застосування електротехнологш у

альськогосподарському виробниидта

05.09.03 - електротехтчш комплекси та системи

АВТОРЕФЕРАТ

дисертацн на здобуття наукового ступени кандидата техшчних наук

KHÏB - 1 9 9 7

Дисертащею е рукопис.

Робота виконана в Нац1ональному аграрному ун!верситет1.

Науковий кер!вник: доктор техн1чних наук, професор

Ы1шин Володимир 1ванович

0ф1ц1йн1 опоненти: доктор техшчних наук, старший

науковий сп1вроб1тник Кисленко Валентин 1ванович

кандидат техн1чних наук, в. о. професора Марченко Олександр Савович

Пров1дне п1дприеыство: 1нститут механ1зац11 та електриф1-кад11 с!льського господарства УААН

Захиет в1дбудегься "20" тРавня_ 1997 р. о .,14.. годин!

на зас1данн1 спец1ал1зовано1 вчено! ради Л 01.05.05. у Нацюнальному аграрному ун1верситет1 за адресою: 252041, Ки1в - 41, вул. Геро1в Оборони, 15, учбовий корпус 3, аудитор!я 65.

3 дисертац1ею можна ознайомитися в б!бл!отец1 Нац1о-нального аграрного ун!верситету (НАУ).

Автореферат роз1сланий 1997 р.

Вчений секретар спец1ал1зовано1 | Х:^^Л.П.Тищенко вчено! ради

- 3 -

Загальна характеристика робота

Актуалыисть теми:

В1дом1 переваги асинхронних двиган!в визначили 1х широке ви-користання в народному господаретв1. У с1льському гослодарств] вони е найпоширен!шм видом перетворювач!в електрично! енергП в механ1чну 1 становлять б1льше 90% вс1х електропривод1в. Проте, так! недол1ки як великий пусковий струм та струм холостого ходу, в1дносно низький коеф1ц1ент потужност1 та 1нш1 обмежують 1х вико-ристання. За рахунок специф!чних умов експлуатацП та оточуючого середовища с1льськогосподарського виробництва над!йн1сть асинх-ронних двигун1в залишаеться значно нижчою нормованих показникЛв.

Основним видом в1дмов асинхронних двигун1в е згорання обмотки якоря. Так, щор1чно у с1льському господарств! до 25% 1снуючого парку електродвигун1в шдлягають кап1тальному ремонту, який в основному виконуеться на ремонтно-транспортних п!дприеметвах. В умовах недостатньо1 к1лькост! м1д1 в УкраШ це е серйозною проблемою при в1дновленн1 двигун1в. Кр1м того, недосконалють технологи ремонту (використання нев!дпов1дних 1золяцШних матер!ал!в, виконання одношарово1 обмотки зам1сть базово1 двошарово1 та 1н.) також знижують ефективн!сть та над1йн1сть в1дремонтованих дви-гун1в.

У зв"язку з вщесказаним представляеться актуальним розробка методу, який би дозволив п!двидати ефективн1сть та над1йн1сть асинхронних електродвигун1в п1сля кап!тального ремонту обмотки статора. Практична реал!зац1я цього методу, який базуеться на удосконаленн1 схеми обмотки статора, дозволить знизити споживання електроенерПI асинхронними двигунами, покращити умови 1х пуску, продовжити строк 1х роботи, покращити ряд експлуатац1йних показ-

НИК2В.

Важливим при цьому також е те, що застосування такого методу можливе при мШмальних зм!нах 1снуичо1 технологи ремонту дви-гун!в, кр1м того, дозволить значно п1двидати технолог1чн1сть ремонту електродвигун1в з окремими типами обмоток.

Мета робота:

Розробка методу Шдвищення над1йност1 та ефективност1 асинхронного електродвигуна при кап1тальному ремонт! його обмотки статора за рахунок удосконалення схеми обмотки.

Основн! заедания. Для досягнення поставленко1 мети необх1дно було вир1шти сл1дуюч1 завдання:

1. Проанал1зувати вплив особливостей с1льськогосподарського вироОництва на причини виходу з ладу електродвигун1в.

2. Визначити та досл!дити фактори, як1 впливають на над1йн1сть га ефективн1сть асинхронних електродвигуШв.

3. Провести анал1з можливих шлях1в п1двщення над1йност1 та ефективност1 асинхронних електродвигуШв 1 використати 1х для удосконалення сер1йкого двигуна при його ремонт1.

4.3апропонувати техн1чне рШення для п1двгацення техн1ко-еко-ном1чних показник1в асинхронного двигуна та його над1йност1.

5. Створити математичну модель, яка б описувала статичн1 та динам1чн1 режими електродвигуна при застосуванн1 якогось техн1чно-го удосконалення.

6. На основ1 математичкоI модел1 оптим1зувати структуру та параметри асинхронного двигуна 1з застоуванням удосконалення.

7. Провести приведения 1снуючо1 технологи ремонту асинхронних електродвигун1в до умов ремонту удосконалених електродвигун1в.

Метода досуНдкекь. Досл1даення проводились:

- анал1тичними методами з використанням теорП узагальненого електромехан!чного перетворювача енергП;

- методами математичного моделювання 1 шляхом числового р1шення на ПОЕМ диференц1йних р1внянь асинхронного двигуна, отри-маних на основ 1 узагаяьнено1 теорП електромагн!тнаго перетворювача енергН;

- методами ф1зичного моделювання на експериментальних зраз-

ках.

Наукова новизна. На основ1 проведених теоретичних та експе-риментальних досл1джень отриман! сл1дуюч1 основн1 результата:

1. Проведено комплексне досл1дження впливу числа фазних зон обмотки статора асинхронного двигуна на як1сну спектральну картину електромагн1тного поля та II зв"язок з техн1ко-економ1чшши показниками двигуна-,

2. Виявлено' характер зм!ни параметр!в схеми замщення асинхронного двигуна з 12-вонною обмоткою та 1х вплив на основн1

спсгрх «зипчт иигхсюдшш,

3. Розроблена математична модель асинхронного двигуна з дво-ма нап1вобмотками на статор1, струми яких зм1щен1 в простор1 та час1 на певний кут, для розрахунку перех1дних та усталених елект-ромагн1тних процес1в;

4. Виявлено характер зм1яи величини струму статора та ротора двигуна в валекност! в1д кута зм1щення струшв нап!вобмоток в простор1 та час!;

5. Проведена оц1нка над1йност1 асинхронного двигуна з 12-зонною обмоткою на ochobI анал!зу сил динам!чно1 взаемодП в лобов1й частин1 обмотки;

6. Представлен! принципов! електричн! схеми 12-зонних обмоток, схеми 1х зашщення, д1аграми розпод1лення MPC в пов1тряному зазор!.

7. Новизна техн!чного р!шення шдтвердаена патентом 14530 А Укра!ни "Спос!б п1двщення ефективност1 електродвигуна зм1иного струму".

Практична uiKHicrb:

Зам!на в асинхронних двигунах п!д час ремонту 1х обмоток з 6-30hhdi на 12-зонну дозволить п1двищити строк служби та техн!ко-економ1чн1 показники в1дремонтованих електродвигун!в.

Розроблена математична модель двигуна з 12-зонною обмоткою може бути використана для проектних розрахунк1в його.

Розроблен1 принципов! електричн1 схеми 12-зонних обмоток для двигун!в з р1зним числом пар полюс1в.

Запропонован1 зм1ни й доповнення до 1снуючо1 технологи ремонту, як! дають змогу виконувати ремонт асинхронних двигун!в 1з застосуванням 12-зонно1 обмотки.

Практична реал1зацая: Розроблений в дисертац1йн!й робот! спос1б п1двищення надШност! та ефективност1 асинхронних двигун1в при ремонт! 1х використовуеться в науково-досл!дн!й робот1 по за-мовленню Шн!стерства с1льського господарства ! продовольства Ук-ра!ни в рамках програми "НацЮнальна програма виробництва техн1чних комплексов, машин 1 устаткування для с1льського господарства, харчово1 та лереробно1 промисловост1", тема N 3.66/542 "Шдвищення над1йност1 та ефективност1 асинхронних електродви-гун1в при ремонт1 1х в умовах РТП". Досл1дна парт!я модерн1зова-них електрсдвигун!в энаходиться в експлуатац11 у господаретвах республ!ки.

- б -

На захист вшюсяться:

- спос1б п1двщення над1йност1 та ефективност! асинхронних електродвигун1в при застоеуванн1 в них 12-зонно1 обмотки;

- обгрунтування зм1ни параметр1в схем заШщення двигуна з 12-зонною обмоткою;

- математична модель асинхронного двигуна з двома обмотками на статор!;

- метод оц1нки над1йност1 двигуна на основ! величини сил ди-нам!чно! взаемодП в лобов!й чаетин1 обмотки;

- рекомендацП до зм!ки технологи ремонту асинхронних електродвигун1в при застосуванн! в них 12-зонних обмоток.

АпробаЩя робота: Основн1 положения дисертац!йно! роботи до-пов1дались на науково-техн1чн1й конференцИ з м!жнародною участю до 100-р1ччя в1д дня народження Тихона Губенка, Льв1в, 1996 ; на рад1 виробник!в, розробник1в та споживач!в загдибних електро-насос1в кра1н СНД, Бердянськ, 1993 ; на наукових конференц1ях УДАУ, Ки!в, 1993 ; НАУ, Ки1в, 1994 - 97.

ПублИсацН: Ыатер1али, як1 в1дображають основний зм!ст диеертацП, опубл!кован! в 6 печатних роботах, захищен1 одним патентом Укра1ни.

Структура та обсяг дисертацП. Дисертац1я викладена на 172 стор!нках машинописного тексту, складаеться !з вступу, б

розд1л!в, загальних висновк!в. Дисертац!я 1люстрована 41 рисунком та 7 таблицами. Наводяться список використано! л1тератури, що м1стать 91 найменування, та 1 додаток.

ЗМ1СТ роботи

У вступ1 в1дображена актуальн1сть теш, визначена мета та основн1 завдання досл1даень, наведена наукова новизна 1 практична Шнн1сгь одержаних результат^.

У первому розд1л1 дисертац!йно1 роботи проведений системний анал!з причин та фактор!в, як1 визначають над1йн1сть та ефек-тивн!сть роботи асинхронних електродЕигун1в у с!льському госпо-

даретв1. Показано, що на довгов1чн1сть роботи асинхронних дви-гун1в впливають як зовн1шн1 фактори оточуючого середоввда (п!дви-щена волоПсть, загазован1еть, перепад температур) так 1 режими експлуатацИ та лсивлення (неповнофазн1 режими, в!дхклення напруги та частота), як1 у поеднанн! з основними недол1ками асинхронних двигун1в призводять до нев1дпов1дност1 фактичних та нормованих показник1в 1х над1йност1.

В1дзначено, що основним видом в1дмов асинхронних двигун1в, до 90%, е вих1д з ладу обмотки статора. При цьому щор1чний авар1йний вих!д з ладу двигун1в у господарствах становить до 25% 1снуючого парку. В результат3 цього значну частину парку склада-ють двигуни, як1 неодноразово проходили кап!тальний ремонт обмотки статора, що, через недосконал!сть технологи ремонту, негативно впливае на п1сляремонтний ресурс роботи двигун!в та 1х ефек-тивн1сть. Ця обставина викликае необх1дн!сть розробки удоскона-лення технологи ремонту та певних заход1в по Шдвищенню ефектив-ност1 1 над1йност1 в1дремонтованих двигун!в.

0дн1ею з найб!льш суттевих причин виходу з ладу обмотки статора е великий пусковий струм. В результат! цього виникають значн1 динам!чн1 зусилля в лобових частинах обмотки, як1 е в квадратичн1й задекност! в1д величини струму. В процес1 експлуатацИ електродвигун!в це призводить до пошкодження 1 пробою 1во-лящ I.

Проведений анал1з основних недол!к1в асинхронного двигуна з метою визначення причин 1х виникнення, а в1дпов!дно, 1 можли-востей впливу на них. Встановлено, що найб!льш суттевою причиною б1льшост1 недол1к1в асинхронного двигуна е несинусо1далън!сть форми просторово! кривоI магн!тного поля через наявн1сть вищих гармон1к.

Прийнятий в практиц! спос!б боротьби з вищими просторовими гармон1ками, шляхом розпод1лення обмотки та вкорочення II кроку, створюе негатившй вплив на ефективн1сть електродвигуна. А саме, зб1льшуе його струм холостого ходу, знгасуе коеф!ц1ент потужност1, зб1льшуе пусковий струм, що зб!льшуе терм1чну та динам1чну його д1ю на обмотку 1 сприяе II руйнуванню. Метод компенсацП цих гар-мон!к, який не впливае на зниження ефективност! двигуна, може бути основою 1 для Шдвшцення його над!йност1.

Другий роздхл присвячений проблем! досл!дження можливост!

п1двищення ефективност1 асинхронного двигуна за рахунок зб1льшен-ня числа фазних зон обмотки.

Магн1тне поле машини в пов1тряному зазор1 пульсуе з частотою в простор1 та амгштудою MPC в функцН числа фаз ш. Тобто, 13 зб1льшенням числа фаз ыерех1 та обмотки зменшуються пульеацП MPC, а форму криво! поля в пов1тряному зазор1 можна наблизити до синусо1ди.

S ц1ею метою проведена пор1вняльна характеристика б та 12-зонно1 обмоток статора, як1 виконан1 на баз! одного й того ж двигуна. При цьому, у первому випадку при виконанн1 звичайно! 6-зонно! обмотки фази розглядаються як дв1 п!вфази, з"еднан1 посл1довно (рис. 1), а в другому випадку прийнят! дв1 самост!йн1 з!рки, струми однойменних фаз яких змиден! в простор1 1 час1 на 90°. Виявлено, що при однакових струмах в нап1вобмотках MPC

F'. adL Ж- ¡л (D

т р '

12-зонно1 обмотки б!льше MPC

р mYF IV . л

г -3=—р— Ч • (2)

6-зонно1, за рахунок р!зних коеф1ц1ент1в розпод1лення, так як в 12-зонн1й обмотц! число паз1в q на полюс 1 фазу вдв1ч! менше н!ж у 6-зонн!й. Враховуючи те, що ЕРС обмотки також пропоршйна ко-еф!ц1енту розпод1лення, зб1льшення його дасть можлив1сть створити задану ЕРС менпшм потоком, тобто дещо зменшити ступ!нь насичення магн!топроводу. Тому, сп1вв1ношения м!ж струмами холостого ходу двох обмоток матимуть вигляд:

ï'_ I iL сое« , (3)

k/ч Ц

де fy ,kj< - в!дпов1дно коеф1ц!енти насичення магн!топрово-д1в з 6 та 12-зонною обмотками; - нут зсуву пазових ЕРС; Це означав, що т1льки за рахунок зб1льшення коеф1ц!енту роз-под!лення 12-зонно! обмотки та зменшення ступеня насичення магн1топроводу, намагн1чуючий струм двигуна з 12-зонною обмоткою i' складае 0,75 - 0,8 в1д намагн1чуючого струму 6-зонно1 обмотки I.

¿п гх,

, п

¿п гх! X»

и$' и х;

Рис. 1 Електричн1 схеми та схеми замщень:

а/ двигуна з б-зонною обмоткою (з 12-зонною при

посл1довному з"еднанн1 У та А) б/ двигуна з 12-зонною обмоткою при паралельному з"еднанн! У та д

Даний ефект пояснений 1 з позицП параметр!в схем вамГщення двигун1в (рис.1). Встановлено, що в!дношення головних 1ндуктивних опор1в двох обмоток дор1внюе:

- f; oos^ . (4)

Xm К/< ц

Реально 12-зонну обмотку молена виконати у вигляд1 поеднання двох нап1вобмоток, з"еднаних з!ркою та трикутником, при паралель-ному або поелЛдовному 1х з"еднанн1 м1ж собою та живленн! в1д одного джерела трифазно1 напруги (рис. 2г,д). Така обмотка забезпе-чуе просторове сп1впадання MPC по перш1й гармон!ц1, в той же час повн1стю компенсуе MPC 5-1 та 7-1 гармон1к (рис. 26). Сумарний струм (MPC) по просторов1й гармон1ц1 можна записати у вигляд1:

} ^ 120° -<Hl20° ^90° -^150° iA+ ibe + ice + iAse + 1в£е + iC{ e (5)

що при 5 та ^=7 дае I i5 = 0, ï i? - О

Таким чином, в 12-зонн1й обмотц1 вищ1 просторов! гармон1ки MPC 2т±1 в1дсутн! незалежно в!д розпод!лення обмотки та вкоро-чення кроку.

Виключення 5-1 та 7-1 просторових гармон1к MPC практично виключае диференц1йне розс1ювання обмотки статора та паразитн1 моменти при високому обмоточному коеф1ц1ент1. В1дпов1дно, onlp розс1ювання 12-soHHoî обмотки на 20 - 251 меньший, His onlp розс1ювання розпод1лено! обмотки, тобто xi = (0,75 - 0,8)xi, а при паралельному вар!ант1 з"еднань нап1вобмоток (рис. 16), в кожн1й з нап!вобмоток в1н вдв1ч1 б1лышй н1ж екв1валентний onlp розс1юван-ня х!(.

Зм1на параметра статорноГ обмотки в II 12-зонкому вар1ант1 призводить i до деяко! зм!ни параметр1в приведеного ротора у в1дпов1дност1 з 1х залежн!стю в1д даних первинно1 обмотки, як1 без врахування зм1ни диференцШкого розс1ювання будуть дор1внкзва-ти:

x'L У* (6)

k M

Таким чином, при переход1 в1д 6-зонно1 розпод1лено1 обмотки до 12-зонно! параметри схеми зам1щення (рис. 1а) зм!нитьея так:

- и -

я) . &

Рис. 2 а/ Розгорнута схема 12-зоняо1 обмотки б/ Д1аграми MPC в/ Д1аграми струм1в в обмотках г/ Паралельна схема з"еднань Y та Д д/ Посл1довна схема з"еднань Y та

за рахунок майке повного виключення диференШйного розс1ювапня значно зменшться повний 1ндуктивний onlp розс1ювання статорно1 обмотки х , активний onlp обмотки залишиться незм1нним. В результат! зменшення ступеня насичення магн1топроводу машини та п1дви-щення обмоточного коеф!ц1енту обмотки зросте головний 1ндуктивний onlp двигуна що забезпечить зменшення струму холостого ходу. Так як струм холостого ходу е реактивним намагн1чуючим, то його зменшення призводить до зб!льшення коеф1ц1енту потужноси машни .як при холостому ход1, так 1 при навантаженн!. За рахунок зб!ль-шення обмоточного коеф!ц!енту також зросте 1 активний onlp приве-деного ротора R'2', що призведе до зб1льшення пускового моменту двигуна, аде при цьому збиьшиться i робоче ковзання машини. 1ндуктивний onlp приведеного ротора х£ також зб!лышться.

Кр!м вшцих просторових гармон1к MPC, як! обумовлен! схемою обмотки якоря, та зубцьових гармон1к в магн1тному пол! асинхронно I машини мають м1сце так зван! просторов! гармон1ки насичення. Зокрема, наявн!сть третьо! просторово1 гармон!ки визначае уплоще-ну форму хвил1 магн!тно1 1ндукц11 в пов1тряному зазор! 1 загост-рену у спинц1 статора. В 12-зонн1й обмотш, при з"еднанн! одн1е! з нап1вобмоток трикутником, у його фазах д!ють ЕРС нульово! поел1довност1 ! струми потроено! частота, як1 замикаються по контуру трикутника, що виключае з кривоI магн1тно1 1ндукц11 третю гармон1ку, зменшуючи стушнь насичення магн!топроводу та величину намагн!чуючого струму. При цьому форма криво! фазних напруг обмотки стае практично синусо1дальною.

Виявлено, що з шести мокливих вар!ант!в з"еднанъ фаз з!рки та трикутника т1льки один забезпечуе найменш1 струми статора та найб1лыя1 струми ротора. Це можливо при умов!, коли сума просто-рового 8 та часового Q кут!в. эмИдення струм1в однойменних фаз э!р-ки та трикутника дор!вшое нулю (5 + 0= 0).

При зм1н! фази одн!е! в нап!вобмоток на 180°в крив!й MPC виключаеться 1 гармон1ка, але сумуються 5 1 7 (рис. 26). Це дае молсливЮть отримати швидк1сть в 5 та 7 раз1в меншою.

У третьому poajtai проведений анал1з ф1зичних процес1в та як1сно1 картини електромагн1тного перетворення енергИ в асинхронному двигун! з двома обмотками на статор1.за допомогою матема-тично1 модел1. Для цього була розроблена модель, р1вняння елект-рично! р!вноваги для яко! записан! у реальних фазових координатах

для затормохеного двигуна. Досл1джуваному двигуну, на в1дм1ну в!д класичного, в1дпов1дають б р1внянь електрично1 р1вноваги статора за рахунок наявност! двох обмоток, струми яких зм!щен1 в простор1 на кут S , а в час! на кут 0 (рис. 16):

u_< R + m u _i й + лг п_+ ^

uc= ic V ^ . ^ Rl+ J^ . 0 - iCR2+ ffi •

В к1нцевому результат! розробки математично! модел1 отримано систему р1внянь для розрахунку статичних та динам1чних режим1в двигуна з 12-зонною обмоткою. В симетричному усталеному режим! розрахунок можна вести на одну фазу по систем!, яка мае вигляд:

¿А - ÏaCRi+M) +ixffl(iA + 1д,+ 1«),

+ ic), (s)

о = ie( -f- +ixa) +jxm(ÎA + ïa).

Для побудови динам!чних механ!чних характеристик двигуна з 12-зонною обмоткою отримано вираз електромагн1тного моменту, який виражений через струми:

Мс = " Щ1 + Ч )С1# - 4) + а. + ^ >о* - 1« ) +

+ (¡С + - Ч -Щг ^(1,+ 1С- +■ (9)

' , ' • 1 ч > / ■ I •

+ 1,(1С+ 1С(- 1А- + 1С(1А+ х8,)]

На основ! розрахунку системи (8) в режим1 короткого замикан-ня визначен1 струми в широкому д!апазон! зм!ни кут1в 6 1 & .

Як вит1кае !з розрахунку ! показано на рис. 3 м!н1мум пуско-вих струм1в статора та максимум струму ротора (а в1дпов!дно 1 пускового моменту) забезпечуеться при зсув1 двох трифазних обмоток статора на кут 8 та живленн1 1х напругою зм!щеною по фаз! на кут Э , якщо 6 + <9 = 0, тобто -0 .

Для 12-зонно! обмотки ц! кути дор!внюють 90е . На основ!

Рис. 3 Струми короткого замикання обмоток статора та ротора в залезкност1 в1д кута змЩекня статорних нап!вобмоток та фази прикладено! напруги

р1внянь (8) обгрунтована схема зам1щення двигуна (рис. 16) при двох самост1йних з1рках, або паралельному з"еднанн1 з1рки та три-кутника (рис. 2г). При посл1довному з"еднанн1 з!рки та трикутника схема зам1щення приймае вигляд (рис. 1а), як для звичайного три-фазного асинхронного двигуна, але з 1ншими параметрами.

у четвертому роздШ розглядались питания присвячен! п1дви-щенню над1йност1 двигуна з 12-зонною обмоткою. Проанал1зувавши ряд фактор!в, як1 впливають на над1йн1сгь, за к!нцевий показник виходу електродвигун1в з ладу при застар1вш!й 1золяц11 взято величину сили динам1чно1 взаемодП в лобов1й частин1 обмотки. Приведена методика розрахунку величини дано! сили, на основ1 яко1 проведений пор!вняльний розрахунок величини сили динам1чно1 взаемодП м1ж пров1дниками в лобов1й частин1 6 та 12-зонно1 обмоток. На величину даноГ сили впливають так! фактори, як величина струму в пров1дниках, в!дстань м!ж ними, а також фаза струму в сус1дн1х пров!дниках. Максимальна сила в1дпов1дае ударному струму короткого замикання, що й приймаеться за розрахункову. На основ1 розрахунку струм!в короткого замикання в перех!дному та усталено-му режим1 проведений анал1з сил для обмоток з повним кроком та врозвалку. Виявлено, що обмотки вроввалку, незалешо в1д к1ль-кост! фазних зон, забезпечують меншу силу взаемодП м1ж пров!дни-ками в лобов!й частин!. В 12-зонн1й обмотц1, кр1м цього, взаемод!я в1дбуваеться М1ж пров!дниками р!зних фаз, або з мШмалъною к1льк1стю пров1дник1в одно! фази. Ця обставина виклю-чае, або максимально зменшуе в1рог1дн!сть взаемодП двох пров1дник!в в яких прот!кае ударний струм. В результат! цього, величина сили динам1чно1 взаемодП м1ж пров1дниками в лобов1й частин1 12-зонно1 обмотки значно менше н1ж у 6-зонно1 обмотки (рис. 4). В загальному, для р!зних тип!в обмоток ця сила метла в1д 1,5 до Юраз1в. На основ! цього можна зробити висновок, що над!йн1сть асинхронного двигуна з 12-зонною обмоткою в 1,5 -2 рази вища у пор1внянн1 з б-зонною.

ЕГяткй роад1л присвячений експериментальному досл1дженню асинхронних електродвигун!в з 12-зонною обмоткою. Для повного досл!дження було взято 3 двигуни типу АИР71В2, в яких була застосована 12-зонна обмотка. Досл1джувались посл1довне та пара-лельне з"еднання з1рки та трикутника. За комплекс оц!ночних по-

б-зонно! (1) та 12-30HH0I (2) обмоток врозважу

козник1в було взято основн1 енергетичн! 1 експлуатац!йн1 показни-ки (величина струму холостого ходу та короткого замикання, ко-рисна потужн1сть на валу, величина пускового та номШального моменту, к.к.д., соБ«р, р1вень шуму 1 в1брац11 та 1н.).

Попередн1 досл1дження двигун1в проводшшся на стенд! в лабо-раторп НАУ, основн1 - в сертиф1кац1йн1й випробувальн!й лабора-торИ полтавського заводу "Електромотор".

Проведен1 досл!дження п1дтвердили теоретичн1 розрахунки по п1двищенню ефективноси асинхронних електродвигун!в при застосу-ваши 12-зонно1 обмотки. В таблиц1 1 приведена пор1вняльна характеристика основних показник1в базового сер1йного та досл1джуваних двигун1в. В двигунах N1 та N2 застоеовувалося посл1довне з"еднан-ня з1рки та трикутника з р1зним кроком обмотки, в двигун! N3 -паралельне. На основ1 отриманих робочих характеристик та характеристик холостого ходу 1 короткого замикання можна зробити висно-вок, що у двигунах з 12-зонною обмоткою на 20-25% знижуються струм короткого замикання та холостого ходу, на 5-10% п1дви-щуеться соэу, залшаеться на р1вн1 базового, в 1,5-2 рази змен-шуеться р1вень в1брац11 за рахунок магн1тних складових, як1 вик-ликан1 вищими гармон!ками.

Питания про виб1р посл1довно! чи паралельно! схеми з"еднання нап1вобмоток повинен вир1шуватися при т1сному прив"язуванн1 до умов виготовлення та експлуатацП двигун1в.

Кр1м того, проведено ремонт групи двигун1в потужн!стю до 10 кВт на Греб1нк1вському ДРТГГ КиТвсько! област1, Шсляремонтн! вип-робування яких також п!дтвердшш зменшення струму холостого ходу та пускового на 15-20 % у пор1внянн1 з базовими.

У воетому розд!л1 розглянут1 особливост1 ремонту асинхронних електродвигун1в п1д час якого проводиться зам1на в них б-зонно! обмотки на 12-зонну. Внесен! зм1ни та доповнення до 1снуючо1 технологи ремонту електродвигун1в. Запропонована технолог!я ремонту максимально наближена до 1енуючо1.

Викладен1 технолог1чн1 принципи та умови виконання 12-зонно1 обмотки. Особлив1стю дано! обмотки е те, що вона виконуеться у вигляд! поеднання на статор! двигуна двох нап1вобмоток, одна з яких з"еднана з1ркою, !нша - трикутником. В залежност1 в1д способу з"еднання м!ж собою цих нап!вобмоток, визначаеться сп1вв1дно-шення М!ж к!льк!стю витк!в та перер!зом пров!дник!в у котушках.

Таблиця 1

Пор1вняльна таблиця основних енергетичних показниЮв базового та досл1джуваних електродвигун1в

Г-1--1

| Досл!джуван! | Основы! показники |

I двигуни 1 1 1 н- 1 рн, | Вт 1 I 1 1н, 1 А I Ро, ВТ ... -.. — 1о, А ■ рк, Вт А 1 сой^! ч X мн, Нм ■■ " — Мп мн -^ Р!вень | в1брац.,| мм/с |

| Базовий 1 I I 1100 1 2,65 | 132 1,63 8080 14,9 0,812| 77,7 3,70 2.02 1,0 | . 1 ^

1 | N 1 1 1 | 1100 1 2,50 | 108 1,23 7040 13,2 0,864| 77,2 3,74 2.12 1 да 0,65 | > 1

1 | N 2 1 1 | 1100 1 2,62 | 160 1,63 7360 13,4 0,824| 77,3 3,73 2.11 1 0,60 | 1

1 | N 3 1 1 | 1100 1 2,43 | 132 1,36 7520 13,2 0,8901 77,3 3,76 2.12 1 0,61 |

1 1 ......... 1 , 1 , 1 ........ . | 1 ......1

Так, в раз1 1х посл1довного з"еднання, котушки фаз 31рки викону-ються проводом базово1 машни з т1ю ж к!льк1стю витк1в в котушц!, а котушки фаз трикутника вУаГраз1 в меншим перер!зом провода, але з б1льшою Bis раз!в к1льк!стю витк!в. При паралельному з"еднанн! м1ж собою з1рки та трикутника, котушки фаз з!рки виконутаться в 2 рази меншим перер1эом Hlx пров1д базовоГ машини, але 1з вд1ч1 б1льшою к!льк1стю витк1в. Сп1Ев!дношення м1ж перер!зом та к!льк1стю витк1в фаз з1рки та трикутника як ! в попередньому ви-падку.

Обмотку можна виконувати з повним кроком. Проте перевагу сл1д в!ддати обмотт врозвалку. При цьому фази одн!е1 з наШвоб-моток повинн1 бути зм1щен! на 120°, а однойменн1 фази з1рки та трикутника на 90°.

Найб1льшй ефект маемо в!д зам!ки двошарово1 обмотки э уко-роченкм кроком на одношарову 12-зонну.

OciîOBHi результата робота

На основ1 проведених теоретичних та експериментальних досл!джень асинхронного двигуна з 12-зонною обмоткою можна зроби-ти сл1дуюч! висновки, як! в!дображають найб1льш важлив1 результата роботи:

1. Проведений анал1з впливу числа фазних зон обмотки на ефективн1сть двигуна показав, що за рахунок 1х зб!лыпення можна значно покравдти форму просторово! кривоI MPC у пов1тряному зазор!, максимально наблизивши II до синусо1ди.

2. Обгрунтовано практичне зб!льшення числа фазних зон обмотки в 2 рази за рахунок поеднання на статор1 двигуна двох нап1воб-моток, з"еднаних з1ркою та трикутником.

3. За рахунок застосування на статор! двох нап1вобмоток досягнута повна компенсащя вищих просторових гармон!к порядку

2m ± 1 схемним шляхом при високому обмоточному коефЩ1ент1, що дозволяе значно эменшти струми холостого ходу та короткого замикання двигуна, п!двинщти його коеф1Щент потужност1.

4. Розроблена математична модель двигуна з 12-зонною обмоткою статора при дов1льних кутах зм1щення струм1в у сус!дн1х фазних зонах.

5. На ochobI розроблено! математично1 модел1 виявлен! олтимальШ кути зм!щення струм!в в обмотках з1рки та трикутника, при яких забезпечуеться м!н!мум струму статора та максимум струму

ротора.

6. 0триман1 схеми зам1щення двигун1в з паралельним та посл!довним з"еднанням з1рки та трикутника. 3 позиц11 зм1ни Ix параметр1в обгрунтовано зменшення струму холостого ходу та короткого замикання машини, п1двищення cos*f та пускового моменту.

7. Шдтверджено п1двищення над1йност1 асинхронного двигуна з 12-зонною обмоткою за рахунок зменшення сил динам1чно1 взаемодП в лобов1й частин1 обмотки.

8. Розроблен! електричн1 схеми 12-зонних обмоток для дви-гун!в на числа полюс1в 2р=2, 2р-4, 2р-б .

9. Розроблен1 рекомендацп до зм1ни технологи ремонту асинхронних двигун1в при зам1н1 в них б-зонно! обмотки на 12-зон-ну. Запропонована технолог!я ремонту впроваджена на Греб1нк1всь-кому ДРТП КиГвськоГ област1 для ремонту електродвигун1в, як1 ви-користовуються в с1льському господарств1.

10. Визначен1 сп1вв!дношення м!ж числами витк!в та перер!зом провода в котушках фаз з1рки та трикутника.

11. Досл1джен1 особливост1 паралельного та посл1довного з"еднання з!рки та трикутника.

12. На основ1 сертиф1кац!йних випробувань досл!джуваних дви-гун1в п1дтверджен! ochobhI теоретичн1 положения.

Основы! матер1али робота опубл1кован1 в суИдуючих роботах:

1. Мишин В.И., ТетяничИ.К., Тарасенко P.A. Асинхронный электродвигатель с трехфазно-ортогональной обмоткой статора // Регулируемые асинхронные двигатели. Сб. науч. тр. - К.: Ин-т электродинамики HAH Украины, 1994.- с.146-157.

2. Мишин В.И., Тарасенко P.A., Яцкевич Ю.В. Сравнительная характеристика свойств трехфазного асинхронного двигателя при 6-и 12- зонной обмотках статора / Регулируемые асинхронные двигатели: Сб. науч. тр. - Киев.: Ин-т электродинамики HAH Украины, 1996. - с.153 - 163.

3. Тарасенко P.O. Сила динам1чно1 взаемодП в лобов1й частин1 обмотки, як фактор над1йност1 асинхронного двигуна / Регулируемые асинхронные двигатели: Сб. науч. тр. - Киев.: Ин-т электродинамики HAH Украины, 1997. - с.180 - 188.

4. Мишин В.И., Тарасенко P.A. Эффект 12-зонной обмотки якоря трехфазного асинхронного двигателя. Електромехан1ка. Теор1я

i практика. / Пращ науково-техн1чноТ конференцП: Львхв, 1996. - с.180-188.

5. Одношарова обмотка з укороченим кроком. Шшин В Л., Та-расенко P.O. Проблеми агропромислового комплексу: пошук, досягнен-ня // Тези допов1дей науково! конференцП професорсько-викладаць-кого складу та acnipaHTia. К., УДАУ, 1993. с.136

6. Електродвигун зм!нного струму з двома трифазно-ортого-нальними обмотками статора. Машин B.I., Тарасенко P.O. Проблеми агропромислового комплексу: пошук, досягнення // Матер1али до-пов!дей науково! конференцП професорсько-викладацького складу та acnipaHTiB. К., НАУ, 1994. с.59

7. Патент 14530 А УкраЗни, МПК5" Н 02 К 17/02 "Cnoci6 п1дви-щення ефективност! електродвигуна зм!нного струму" / В. I.Minna?, P.O.Тарасенко, Г.М.Фесенко, Ю.В.Яцкевич. - 09.01.1997.

АННОТАЦИЯ

Тарасенко P.A. Повышение еффективкости и надежности асинхронных электродвигателей при ремонте их в условиях ремонтно-транспортных предприятий. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.20.02 - применение электротехнологий в сельскохозяйственном производстве, 05.09.03 - электротехнические комплексы и системы. Национальный аграрный университет, Киев, 1997.

Проведен анализ влияния числа фазных зон обмотки электродвигателя на его технико-экономические показатели. Предложен способ увеличения числа фазных зон обмотки вдвое схемным путем. На базе математической модели асинхронного двигателя с 12-зонной обмоткой исследованы его свойства. Обоснованы изменения параметров схем замещения такого двигателя и их влияние на уменьшение тока холостого хода и короткого замыкания, повышение коэффициента мощности. Проведена оценка надежности его на основе сил динамического взаимодействия в лобовой части обмотки. Разработаны дополнения к существующей технологии ремонта електродвигателей.

- 22 -ABSTRACT

Tarasenko R.A. Increaze of Efficiency and Reliability of Iductions Motor while Repairing them under Conditions of Repairing and Transporting Enterprises. Manuscript. The thesis for candidate of science degree of engineering on speciality 05.20.02 - employment of electrical technologies in agricultural production, 05.09.03 - electrotechnical complexes and systems. National Agrarian University, Kiev, 1997.

The analysis of influence of the number of thase zones of electric motor winding on techical and economical indices has been conducted. The method of increase of the namber of winding phase zone twice by means of changing its scheme has been suggested. On the basis of mathematical model of induction motor with 12-zone winding its characteristics were investigated. There have been graunded the changings of the repealing schemes parameters, which influenced the reduction of no-load and short circuit current, increasing power coefficient. We have fulfilled the estimetion of the reliability its on the basis of the dynamic interaction forces in front part of the winding. The folloving amendments to the existing technologies for the electric motors reparing have been worked out.

Кличет слова: електродвигун, обмотка, фазна зона, обмоточний ко-еф1щент, HafliHHicTb, Лобова чаотина, сила динам1чно1 взаемодп, технолоПя ремонту.