автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Повышение эффективности пропитки изоляции обмоток при ремонте электродвигателей в сельскохозяйственном производстве

цанкт-петербургский государственный ордена трудового

4

с." .Красного знамени аграрный университет 4 ^

/ На правах рукописи

киселева наталия владимировна

повышение эффективности пропитки изоляции обмоток при ремонте электродвигателей в сельскохозяйственном производстве

Специальность 05.20.02 -Электрификация сельскохозяйственного производства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург-Пушкин - 1998

Работа выполнена в Вологодской государственной молочнохозяйственной академии им. Н.В. Верещагина и Вологодском политехническом институте

Научный руководитель- доктор технических наук, профессор

А.Е. Немировский

Научный консультант - кандидат технических наук, доцент

Н.К. Мороз

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор А.П. Казимир

кандидат технических наук, доцент A.B. Цупак

Ведущая организация - ТОО "Вологдаоблагропромэнерго"

(г. Вологда)

Защита диссертации состоится " 13 " (Хг^АшЛ. 1998 г.

в _ на заседании специализированного совета Д 120.37.07

при Санкт-Петербургском аграрном университете по адресу: 189620, Санкт-Петербург-Пушкин, Академический проспект, д. 23. ауд._

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного аграрного университета

Автореферат разослан "¿_ " t-i^fyrrUj^ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, к.т.н. .доцент

А.П.Майоров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. Прогресс в области с.х. и промышленности невозможен без повышения эксплуатационной надежности ЭД (электродвигателей), которая все еще остается на низком уровне. Ежегодно в России выходят из строя около 20-25%, а по некоторым данным до 32% всего парка ЭД. Средний срок службы ЭД в с.п. не превышает 3-х лет. Капитальному ремонту подвергается до 25% ЭД, а 45% из них повторно. Анализ отказов ЭД в эксплуатации показал, что большая часть их происходит из-за скрытых дефектов в ЭИК. Все еще высоким остается процент отказа обмоток из-за витковых, межфазных и корпусных замыканий. Следовательно, по-прежнему актуальным остается повышение надежности ЭД путем разработки более совершенных технических методов и средств эксплуатации. Особое значение эта проблема приобретает в с.х. с его тяжелейшими условиями, в которых работают ЭД. Одним из путей повышения надежности обмоток ЭД является разработка новых и совершенствование уже имеющихся способов пропитки ЭИК.

Установлено, что в условиях с.п. при ремонтах ЭД в 90% случаев пропитка осуществляется методом погружения в лак. Такой метод пропитки характеризуется сравнительно малыми затратами и простотой реализации, но в то же время отличается низким качеством и значительной продолжительностью процесса, поэтому вопрос создания более эффективных технологий пропитки в условиях с.х. является актуальным.

Исследования выполнялись в соответствии с научно-технической программой "Агрокомплекс" по проблеме 037.Р."Совершенствование материально-технической базы, повышение уровня механизации и автоматизации управления процессами сельскохозяйственного производства и обслуживающих его отраслей,обеспечивающих повышение производительности труда и снижение себестоимости сельскохозяйственной продукции в Нечерноземной зоне РФ в 1986-1990 гг. и на период до 2000 года", планом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ кафедр электроснабжения и электрооборудования Вологодского политехнического института.

ЦЕЛИ.И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ. Целью диссертационной работы является совершенствование технологии ремонта ЭД, используемых в с.х., путем повышения эффективности пропитки изоляции обмоток на основе электрокинетических явлений за счет интенсификации проникающей способности ПС (пропитывающий состав) в ЭИК (электроизоляционная конструкция). Для реализации поставленной цели требуется решить следующие задачи:

1. Исследовать теоретические аспекты использования явления электрофореза для пропитки изоляции ЭД. Установить качественные связи между эффективностью пропитки и напряженностью э.п..температурой ПС, концентрацией "зарядчика" и т.д.

2. Исследовать процесс пропитки изоляции ЭД в э.п., разработать математические модели, устанавливающие количественные связи между эффективностью и параметрами пропитки. Обосновать пути интенсификации проникающей способности ПС. Определить оптимальные режимы процесса пропитки.

3. Разработать принципиальную электрическую схему, конструкцию устройства пропитки изоляции обмоток ЭД и рекомендации по его практическому использованию.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ. Объектом исследования являются режимы и параметры процесса пропитки изоляции обмоток в э.п. при ремонтах ЭД в с. п.

ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЙ. Предметом исследований являются закономерности процесса пропитки изоляции ЭД в э.п., а также разработка путей интенсификации процесса пропитки изоляции обмоток ЭД.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Поставленные в работе задачи решались с использованием классических законов гидродинамики, оптимизации экстремальных задач, корреляционного анализа, статистического планирования эксперимента, физико - химических методов измерения параметров ПС и др.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Научная новизна положений, изложенных в работе, подтверждена решением о выдаче патента на изобретение заявка N 96121154/09 от 24.10.96 и представлена следующими результатами теоретических и экспериментальных исследований:

1. Получены, исследованы, математически описаны закономерности проникновения ПС в обмотки ЭД под действием э.п., определены оптимальные режимы пропитки.

2. Доказана возможность и выявлены основные направления повышения эффективности электрофоретического метода пропитки путем наложения на систему изоляции э.п. со специальными параметрами.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

1. Математические модели, описывающие основные закономерности процесса пропитки изоляции обмоток ЭД.

2. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, позволяющие обосновать оптимальные параметры пропитки изоляции обмоток ЭД в э.п.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Результаты исследований использованы при разработке эффективного способа пропитки и устранения технологических дефектов в изоляции, а также при проектировании и создании устройства для реализации разработанного способа пропитки. Применение разработанного метода пропитки увеличивает: привесы лака в обмотках эд на 30-40%; электрическую прочность в 1,7 раза; влагостойкость в 1,9-2,3 раза, что в значительной степени способствует повышению ресурса эд.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы доложены на НТК Челябинского государственного агроинженерного университета на секции "Повышение эксплуатационной надежности электрооборудования в сельском хозяйстве" в 1990-1995 г.; на НПК Вологодской государственной молочнохозяйственной академии им. Н.В. Верещагина " Актуальные проблемы механизации производства сельскохозяйственной продукции" в 1991-1997 г.; на Международных НТК "Инженерные проб-

лемы экологии" г. Вологда, июнь 1993 г, "Ресурсосберегающие технологии в машиностроении" г. Рубцовск, июнь 1994 г.; на совместном заседании кафедр электроснабжения и электротехники Вологодского политехнического института, январь 1994 г; на пленарном заседании секции " Повышение эксплуатационной надежности электрооборудования в сельском хозяйстве" в феврале 1994 г. в ЧГАУ; на расширенном заседании кафедр факультета механизации с.х. Вологодской государственной молочнохозяйственной академии им. Н.В. Верещагина октябрь 1996 г.; на заседаниях кафедр физики ВГМХА и электрооборудования ВоПИ в январе 1998 г.; на НТК в Санкт-Петергургском государственном аграрном университете в январе 1998 г.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы при разработке, создании технологии и устройства пропитки ЭД в электрическом поле и реализованы при ремонтах ЭД в электроцехах предприятий Вологодской области, обслуживающих с.п.

Результаты исследований включены в лекционные курсы, послужили основой для постановки лабораторных работ и написания методических материалов в Вологодском политехническом институте и Вологодской государственной молочнохозяйственной академии им. Н. В. Верещагина.

ПУБЛИКАЦИИ. Основное содержание диссертации отражено в 8 печатных трудах и положительное решение о выдаче патента на способ пропитки электротехнических изделий.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа изложена на 196- страницах машинописного текста, содержит 19 таблиц, 72 иллюстрации, состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы, включающего 131 наименование, в том числе 6 на иностранных языках, приложения на 46 страницах.

основное содержание работы

1.Состояние вопроса и задачи исследований

Большинство причин аварий ЭД в с.х. и промышленности подробно изучены, по ним сделаны. соответствующие выводы и созданы средства для их предотвращения. Разработчики новых ■ серий ЭД с улучшенными характеристиками ожидали ощутимого снижения аварийности, но обстановка с отказами ЭД в с. п. мало изменилась. Методы и средства повышения надежности особенно актуальны для с.п., где низкая культура и уровень эксплуатации приводит к авариям 24-28% ЭД .

Первая глава посвящена изучению специфических условий эксплуатации ЭД в с.п., анализу уже существующих способов пропитки изоляции обмоток электротехнических изделий, применению для интенсификации проникающей способности ПС в ЭИК явления электрофореза, обоснованию основных факторов, определяющих качество пропитки изоляции ЭД в э.п. Показано деструктивное влияние влажной агрессивной среды на ЗИМ, рассмотрены основные причины высокой аварийности ЭД, работающих в этих условиях. Результаты исследований подтверждают, что наиболее уязвимым элементом ЭД все еще остается изоляция. Преждевременные отказы обмоток вызваны несовершенством технологии пропитки ЭИК, некачественными намоткой и укладкой. Подробно изучены существующие способы пропитки с указанием основных преимуществ и недостатков. Отмечается, что для пропитки обмоток ЭД из-за своей простоты наибольшее распространение получил метод погружения в лаки с последующей тепловой сушкой, который характеризуется низким качеством пропитки и значительной продолжительностью технологического процесса. Решение задачи повышения качества и интенсификации процесса пропитки осуществляется по двум направлениям. Первое - основано на применении лаков без растворителей и капельного способа пропитки. Второе - на использовании дополнительного воздействия при погружении обмоток в лаки с растворителями, в частности, вакуума, давления, ультразву-

ка или нагрева обмоток. Эти методы пропитки не всегда обеспечивают нужное качество пропитки, кроме того требуют дорогостоящего специального технологического оборудования, которое имеет низкую производительность и большие габариты. Поэтому разработка более эффективных способов пропитки остается актуальной.

Использование э.п. в качестве дополнительного воздействующего фактора на обмотки ЭД, погруженные в лак, обеспечивает заполнение ПС самых труднодоступных участков изоляции при традиционном способе пропитки погружением обмоток в лак. ЗИМ могут рассматриваться как гетерокапиллярные системы, в которых возможны электрокинетические явления, в том числе и электрофорез. Электроизоляционные лаки представляют собой сложные многокомпонентные коллоидные системы, частицы которых несут на себе заряд определенного знака. Наложение э.п. на такую систему, вызывает направленное перемещение частиц лака в ЭИН, заполнение пор, трещин, микрокапилляров ПС и образование электроизоляционной пленки на .дефектных участках изоляции. Устранение дефектных мест в процессе пропитки является одним из наиболее важных достоинств данного метода.

Пропитка пористых материалов под воздействием э.п. сравнительно новое направление в электротехнике. Анализируя уже известные работы по использованию э.п. для ускорения движения жидкости в пористых средах и применению явления электрофореза для устранения дефектов в изоляции обмоточного провода отметим, что все они решают частные задачи исследовательского характера. О пропитке ЭД с помощью электрофореза и устройствах для этой цели практически ничего не известно. Большинство полученных результатов не вышли за пределы лабораторий. Подводя итог известным исследованиям по пропитке изоляции ЭД приходим к выводу, что э.п. является наиболее результативным и простым воздействующим фактором. Веским аргументом в пользу этого послужило то, что одновременно с пропиткой происходит "залечивание" имеющихся в изоляции дефектов. Это в значительной степени улучшает качество ремонтов и может быть использовано в профилактических целях. Степень заполнения изоляции увеличивается за счет возрастания проникающей способности ПС. Поэтому дополнительные исследования и проработка этого способа пропитки могут иметь весьма значимые перспективы для его внедрения при ремонтах ЭД в условиях с. п.

Несмотря на многообразие существующих способов пропитки еле-

дует отметить, что они либо не позволяют добиться получения чест-венной системы изоляции, которая бы в равной степени противостояла всем внешним и внутренним воздействиям, либо требуют дорогостоящего оборудования. Явление электрофоретического перемещения и осаждения ПС является основой для разработки эффективного, простого, экономичного способа пропитки и создания качественной ЭИК.

2. Теоретические аспекты процесса электрофоретической пропитки изоляции обмоток электродвигателей в сельском хозяйстве

Предлагаемый метод пропитки основан на использовании явления электрофореза, суть которого состоит в перемещении заряженных частиц жидкости под действием э.п. Система изоляции ЭД до пропитки представляет собой гетерокапиллярную структуру с множеством разветвленных капилляров различных по форме, направлению и сечению, Именно они и должны быть заполнены ПС в процессе пропитки. Для того, чтобы частицы могли двигаться под действием поля, им необходимо сообщить заряд. Поэтому в электроизоляционный лак вносят "зарядчик".

Во второй главе рассмотрены теоретические основы проникновения ПС в ЭИК ЭД под действием э.п. Капиллярная модель электрофоретической пропитки изоляции сложна в изучении. Качественная оценка и некоторые оптимальные параметры процесса пропитки изоляции в э.п. получены на основе классических законов гидродинамики.

Уравнение Навье-Стокса для стационарного ламинарного потока вязкой жидкости в капиллярах изоляции при пропитке в поле:

ар

Кх--+ п V2 V = О , (1)

ах

где Кх = ре Е/1 - составляющая силы, действующей вдоль оси х; ре

- плотность зарядов в жидкости; Е - напряженность электрического поля; 1 - длина капилляра; V - скорость течения жидкости; с!РЛ5х -градиент давления; Т1 - динамический коэффициент вязкости.

Условие прилипания жидкости У(Ю=0 и ограниченности V течения вязкой жидкости дает единственное решение уравнения (1) для общего потока ПС:•

Ре К4 Я Ро

V? = - Е , (2)

8 Т1 1

где р0 - плотность жидкости; И - радиус капилляра.

Для большей эффективности пропитки необходимо, чтобы соблюдалось условие ламинарности течения ПС в капиллярах изоляции, при котором число Рейнольдса (Ие) меньше Кекр. С учетом этого критическое значение напряженности электрического поля должно быть равно:

Екр = - 4 К Т12 1, (3)

И3

где К = р/ре и р - плотность заряженной части ПС .

Подставляя (3) в (2) получим выражение для максимального потока ПС в капилляре изоляции:

К Ро 31 Кекр «шах = - к Т1 ре. (4)

Наиболее эффективно процесс пропитки будет протекать при (ре тО -» мах, что может быть достигнуто за счет подбора соответствующих значений температуры (Т) ПС и концентрации зарядчика (С). Уменьшение вязкости ПС с ростом температуры и концентрации зарядчика способствует возрастанию подвижности и числа как заряженных, так и нейтральных частиц лака. Увеличение ре, а значит и удельной электропроводности (б) связано с интенсификацией процесса диссоциации молекул ПС. Однако нельзя допускать чрезмерного перегрева ПС и неограниченного увеличения концентрации зарядчика, т.к. это

может привести к пробою изоляции и интенсификации побочных электрохимических реакций. Таким образом, необходимо найти оптимальные режимы пропитки т. е. решить задачу оптимизации для температуры и концентрации зарядчика.

Если предположить линейное возрастание т\ и ре в небольших диапазонах изменения температуры и концентрации -зарядчика, можно записать:

где А1 ,А2 .N1 , 112 - численные коэффициенты; В - оптимизируемая величина. Это может быть температура, концентрация зарядчика и др.

Получив (5) и (6) для двух значений температур Т4 и Т2 и решив полученные системы уравнений, находим выражения для коэффициентов А! ,А2, Перемножив (5), (6) и исследовав полученное выражение на максимум, запишем выражение для оптимальной температуры пропитки изоляции в э.п.:

По известным 11 и ре при ^ и Т2 и найденным выражениям для Ы!, М2 по формуле (7) получим, что Топт = 31°С + 2°С. Решение задачи по оптимизации концентрации зарядчика проводим аналогично. В уравнениях (5-7) заменяем В на С. По известным п и ре для С1 и С2, найденным выражениям для М2 из (7) получим Сопт = 3,5%.

Таким образом, на основе анализа движения жидкости в капилляре получено математическое выражение (3) для расчета напряженности э.п., при которой заполняемость капиллярной системы изоляции ПС будет наибольшей. Решив задачу оптимизации, получили значения температуры и концентрации зарядчика, при которых проникающая способность ПС достигает максимального значения.

П = А! (В + ре = А2 (В + И2),

(5)

(6)

Топт = - + М2)/2

(7)

3. Экспериментальные исследования процесса

электрофоретической пропитки изоляции обмоток электродвигателей в сельскохозяйственном производстве

Математическое моделирование процесса пропитки изоляции ЭД, проведенное во второй главе, потребовало экспериментальной проверки. Не все оптимальные параметры удалось найти теоретически, поэтому нужны дополнительные экспериментальные исследования. Схема проведения экспериментальных исследований представлена на рис.1. Поисковые и экспериментальные исследования по выбору ПС, определению области нахождения оптимальных параметров пропитки, проведены на образцах ЭШ изготовленных по известным методикам ГОСТ 10518 - 88 и ГОСТ 10520 - 88. Методически задача решена в четыре этапа. Общий план исследований представлен в виде комбинированной схемы (рис.2). В каждом из циклов (рис.2-3) рассматривалась задача оптимизации для определенного варианта пропитки. Пропитка методом погружения в лак и ПС исследовалась в циклах (рис.3.а,в); в лаке и ПС при воздействии э.п. (рис. 3.б, г). Все четыре цикла входят в основную схему (рис.2). Разработанная методика направлена на получение наиболее достоверных результатов в процессе исследований основных закономерностей, связанных с электрофоретическим методом пропитки изоляции обмоток, и определение путей интенсификации этого процесса. При выполнении экспериментальной работы использованы известные методики физико-химических и электрохимических методов исследований.

За критерий качества пропитки принимался привес полимера в ЭИК после пропитки и сушки, определяющий эффективность технологического процесса в целом. Влияние степени заполнения обмоток ПС на качественные характеристики изоляции определялось по изменению электрической прочности (ГОСТ 7217-79) на установке АИМ-80 и по изменению сопротивления изоляции. Зависимости изменения сопротивления (Ю изоляции обмоток во влажной среде от степени заполнения лаком исследовались во влагокамере при влажности 95-98% и температуре окружающей среды 20°С * 2°С.

Эффективность процесса пропитки изоляции обмоток ЭД в э.п. зависит от многих факторов. Взаимосвязь между ними не может быть

определена однозначно. Поэтому выбраны и, исследованы только те, которые решающим образом влияют на характер и эффективность пропитки.

Оценка влияния различных факторов на степень проникновения ПС в обмотку проводилась с использованием метода статистического планирования эксперимента, которому предшествовали поисковые исследования с целью выбора воздействующих факторов и обоснования уровней варьирования. Реализовали план эксперимента З4 со "звездными точками". В качестве входных переменных взяты параметры, оказывающие наибольшее влияние на качество пропитки: приложенное напряжение, продолжительность пропитки, концентрация зарядчика, температура ПС. Полученные математические модели имеют вид:

У = А0+А1и + Агт + А3С + А4Т + А12ит + А13иС + А14 и Т +А23 Т С + А24 TT + A34 СТ + Ап U2 + А22 т2 А33 т2 +А44 Т2 + А1234 U т С Т . (8)

где У-исследуемые характеристики изоляции; А ...А1234 - коэффициенты регрессии; U,т,С, Т - приложенное напряжение, продолжительность пропитки, концентрация "зарядчика", температура ПС.

Экспериментальные исследования процесса пропитки, основанного на явлении электрофореза, привели к следующей математической модели:

Р = 73, 3 + 2 U + 1,55 т + 1,48 С + 0,34 Т - 2. 12 U т -4, 12 U С - 0, 62 U Т + 2, 4 т С + 1,1 t Т - 8, 2 U2 -3 Хг - 4,2 С2 - 3,2 Т2 - 1,1 U т С Т, (9)

где функцией отклика является привес оставшегося полимера после пропитки и сушки.

Исследовав (9) на абсолютный максимум, получили оптимальные параметры пропитки: U = 900 В, т = 24 мин, С=3,5 %, Т=36°С, при которых привес лака достигает наибольшего значения и, следовательно, электропропитка наиболее эффективна.

Из (9) получены частные уравнения регрессии и построены зависимости выхода сухого осадка (Р) от U,т,С,Т. Для определения области нахождения оптимальных режимов пропитки построены поверхности отклика и их горизонтальные сечения. Зависимость Р от вход-

ных переменных имеет ярко выраженный экстремальный характер. На (рис.4) показана одна из зависимостей Р(и.Т). Анализируя полученные горизонтальные сечения (рис.5), определяем область нахождения оптимальных режимов.

Проверка модели (9) подтвердила ее адекватность, а расхождение теоретических и экспериментальных значений не превысило 13%.

Влияние степени заполнения обмоток ПС на качественные характеристики изоляции определялось по изменению электрической прочности, а также сопротивления междуфазовой и корпусной изоляции. Экспериментальные исследования изменения электрической прочности корпусной изоляции в зависимости от параметров пропитки привели к следующей математической модели:

ипр = 7,3 + 0,2и + 8,6 т + 1,2 С - 5,2 Т - 0,22 и т -0,67 и С - 0, 156 и Т - 3,1 X С - 9,4 X Т - 1,9 С Т -0,61 и2 -0,23 Т2 - 0,4 С2 - 0.7 Т2. (10)

Исследовав (10) на абсолютный максимум, получили следующие значения оптимальных режимов пропитки, при которых электрическая прочность корпусной изоляции имеет максимальное значение:

и = 1000 В, т = 21 мин, С = 2,5 %, Т = 34°С. Модель (10) адекватна в условиях варьирования входных переменных, а расхождение теоретических и экспериментальных значений не превышает 20 - 30%.

Совместное исследование (9) и (10) на абсолютный максимум позволило получить окончательные значения оптимальных параметров пропитки удовлетворяющих обоим уравнениям:

и = 913 В, х = 22 мин, С = 3,4 %, Т = 34°С. Полученные результаты подтверждают теоретические выводы полученные в главе 2.

Экспериментальные исследования процесса пропитки в оптимальном режиме показали эффективность использования э.п. Выход сухого осадка по сравнению с традиционным методом пропитки увеличился на 35%, что оказало положительное влияние"на качественные характеристики изоляции. Так влагостойкость увеличилась в 2.3 раза по сравнению с влагостойкостью изоляции, "пропитанной методом погружения. Электрическая прочность корпусной изоляции возросла в 1,7 раза.

Физические процессы, происходящие в ристеме пазовой изоляции ЭД при электрофоретической пропитке, позволяют предположить, что э.п. внутри паза близко к равномерному. Зная величину напряженность э.п. соответствующую оптимальному напряжению пропитки для исследуемой толщины изоляции, можно рассчитать приближенное зана-чение оптимального напряжения для любой' толщины -пазовой изоляции обмоток. Напряженность э.п.(Еэкс), возникающая в исследуемых образцах при оптимальном напряжении пропитки 900 В"и толщине пазовой изоляции (1экс =0,2 мм, равняется 4, 5* 106 В/м. По формуле и = Еэкс* й рассчитывается напряжение пропитки для любой толщины пазовой изоляции.

Теоретические и экспериментальные исследования позволили найти эффективный способ интенсификации процесса пропитки изоляции в

з.п. Согласно формуле (2), процесс заполнения ЭИК ПС можно увеличить не только за счет изменения физико-химических характеристик ПС, но и изменяя параметры прикладываемого э.п. Увеличение проникающей способности ПС в ЭИК основано на совмещении постоянной и пульсирующей составляющих э.п.

Для достижения положительного эффекта необходимо правильно подобрать форму, скважность, частоту повторения импульсов и численное отношение амплитуд пульсирующей и постоянной составляющих напряжения. Экспериментальные исследования процесса электрофоре-тического способа пропитки, основанного на совмещении постоянной и пульсирующей составляющих э.п.(рис.7), привели к следующей математической модели процесса:

Р = 65 + 0,5 и - 1 Г -5,25 и К + 1,75 и Г + 2,25 К Т -13,3 и2 - 1,1 К2 + 0,6 ^ , (И)

где К = ит~/ и£; и£= и= + ит~ - результирующее напряжение пропитки. ит= , ит~- постоянная и пульсирующая составляющие э..п.

Исследование (10) на абсолютный максимум дало возможность получить оптимальные параметры процесса, при которых Р — тах

и,следовательно, пропиткка наиболее эффективна: иг= 960 В,

Г = 870 Гц, к = ига~/ И%= 0,3 при скважности, равной 4 и прямоугольной форме импульса.

Использование э.п. со специальными параметрами дает возможность увеличить привес лака на 30-40%. Время пропитки достигает

18 мин, что на 4 мин меньше, чем при пропитке в постоянном э.п. Влагостойкость изоляции возрастает в 3,6 раза по сравнению с влагостойкостью изоляции пропитанной методом погружения в лак и в 1.3 раза по сравнению с влагостойкостью изоляции пропитанной в постоянном э.п.

4.Разработка устройства электрофоретической пропитки изоляции обмоток электродвигателей в условиях сельскохозяйственного производства

Разработанное устройство представляет собой несложный преобразователь, на выходе которого генерируются импульсы напряжения с оптимальными параметрами. Структурная схема устройства (рис.6) содержит блок питания (1), преобразователь напряжения (2), модулятор (3), стабилизатор питания генератора (4), задающий генератор (5). ограничитель тока (6). Устройство позволяет получить импульсы напряжения с оптимальными параметрами описанными в 4 главе. Мощность, потребляемая устройством от сети, не превышает 30 Вт. Масса устройства не более 2 кг.

Напряжение от сети 220В через блок питания (1) подается на преобразователь напряжения (2) который собран по схеме выпрямителя-удвоителя. Модулятор (3) выполнен по схеме усилителя тока и напряжения по схеме с общим эмиттером. Блок питания генератора (4) представляет однополупериодный выпрямитель с параметрическим стабилизатором напряжения. Задающий генератор (5) выполнен по схеме несимметричного мультивибратора с эмиттерной связью. Частоту и скважность выходных импульсов определяют элементы задающего генератора, включенного по схеме эмиттерного повторителя. Ограничитель тока (6), обеспечивает необходимое токоограничение при замыкании нагрузки и заданную форму внешней характеристики.

Нагрузочная характеристика рассчитана таким образом, что устройство максимально реализует свои возможности, поддерживая на выходе эффективные для пропитки и вместе с тем безопасные для изоляции ЭД уровни напряжения.

5. Технико-экономическая эффективность применения электрофоретической пропитки изоляции обмоток электродвигателей в сельском хозяйстве

Для оценки технико-экономической эффективности технологического процесса ремонта ЭД сравнивали проектируемый и базовый варианты. В нашем случае в качестве базового варианта рассматривали пропитку обмоток ЭД методом погружения в лак, а в качестве проектируемого - пропитку обмоток лаком под воздействием электрического поля. В основу расчета технико-экономической эффективности технологии пропитки положена методика определения экономической эффективности при использовании новой техники и технологий. Расчеты в ценах на декабрь 1996 года показали, что экономический эффект на одну пропитку составляет 12% от стоимости нового ЭД. Реальный экономический эффект будет выше, если учесть, что повышение долговечности изоляции обмоток путем улучшения качества ремонтов в значительной степени продлевает ресурс ЭД, работающих в с. п.

В приложении к диссертационной работе приведены результаты проведенных исследований, программы расчетов на ЭВМ, значения коэффициентов уравнений регрессии, результаты статистической обработки экспериментальных данных, двухмерные сечения функций отклика, акты внедрения результатов работы.

основные научнье результаты и выводы

1. Недостаточная эффективность существующих способов пропитки, укладки, намотки и неблагоприятное воздействие влажной окружающей среды на изоляцию обмоток электродвигателей - основные причины высокой аварийности ЭД в сельскохозяйственном производстве.

2. В результате исследований физических аспектов электро-форетического метода пропитки ЭИК ЭД получены математические модели, связывающие ее эффективность с величиной приложенного напряжения, продолжительностью процесса, концентрацией зарядчика и температурой ПС. Теоретически обоснованы и экспериментально установлены оптимальные параметры пропитки ЭИК под воздействием Э.П.: и = 913 В, х = 22 мин. С = 3, 4 %, Т = 34°С.

3. Повышение эффективности использования электрофорети-ческого метода пропитки достигается за счет наложения пульсирующей составляющей э.п. Оптимальные режимы прямоугольных импульсов напряжения: и2= 960 В; Т = 870 Гц; к = 0, 3; скважность 4.

4. Использование э.п. со специальными параметрами дает возможность увеличить заполнение обмоткок ЭД лаком на 30-40%, сократить время пропитки до 18 минут, повысить влагостойкость изоляции в 3,6 раза по сравнению с влагостойкостью изоляции пропитанной методами простого погружения в лак и в 1,3 раза по сравнению с влагостойкостью изоляции пропитанной в постоянном э.п.

5. Разработано энергоэкономичное (потребляемая мощность не более 30 Вт), малогабаритное (100*100*1500 мм, масса до 2 кг), простое в эксплуатации устройство, реализующее предлагаемый способ пропитки ЭД в условиях любого ремонтного производства.

6. Экономический эффект от внедрения разработанного способа пропитки составляет 41 тыс.руб. на одну пропитку, что соответствует 12% от стоимости нового ЭД. При этом социальный эффект заключается в повышении культуры эксплуатации технологического оборудования. Разработанные теория и устройства пропитки используется в лекционных и лабораторных курсах 2-х вузов.

ПЕРЕЧЕНЬ ТРУДОВ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Экологически чистый способ пропитки изоляции электродвигателей // Материалы междунар. конф. "Инженерные проблемы экологии" Вологда, июль 1993.-е. 47-50.

2. Немировский А.Е., Мороз .К., Киселева Н.В., Бугаков В.Г. Новый способ пропитки изоляции электродвигателей //Инф. лист N200-93,- Вологда.- ЦНТИ.- 4 с.

3. Немировский А.Е., Мороз Н.К., Киселева Н.В., Бугаков В.Г. Устройство пропитки изоляции электродвигателей //Инф.лист N199-93,- Волигда. - ЦНТИ. - 4 с.

4. Киселева Н.В. Пропитка обмоток электродвигателей в электрическом поле //Сб.науч.тр. ВМИ." Актуальные проблемы развития сельскохозяйственного производства",- 1993,- с. 135-137.

5. Киселева Н.В. Методические особенности пропитки изоляции электродвигателей в электрическом поле // Материалы НТК " Совершенствование технологии и улучшение качества пищевых продуктов",- Вологда - Молочное,- 1994,- вып.1,- с. 62-64.

6. Киселева Н.В. Влияние электрического шля на процесс пропитки изоляции электродвигателей // Материалы НТК " Совершенствование технологии и улучшение качества пищевых продуктов",- Вологда - Молочное,- 1994,- вып.1,- с.65-67.

7. Немировский А.Е., Мороз Н.К., Киселева Н.В. Оптимизация процесса пропитки изоляции электродвигателей в электрическом поле //Материалы НТК " Ресурсосберегающие технологии в машиностроении"- Рубцовск, июнь, 1994г. с.

8. Немировский А.Е., Мороз Н.К., Киселева Н.В. Пропитка изоляции обмоток электродвигателей методом электрофореза

// Техника в сельском хозяйстве ( впечати).

9. Решение о выдаче патента на изобретение по заявке N 96121154/09(027699) от 24.10.96, кл. 6 Н 02 К 15/12.

Аббревиатура сокращений

ЭД - электродвигатель, АД - асинхронный электродвигатель, ЭИМ -электроизоляционный материал, ЭИК - электроизоляционная конструкция, ДЭС - двойной электрический слой. э.п. - электрическое поле, ПС - пропиточный состав, УС - устройство пропитки, с.п. -сельскохозяйственное производство, с.х. - сельское хозяйство.

СОИСКАТЕЛЬ:

1 зтап

Вз^О^

оптимального пропиточного состава и его характеристики

Р>

ча^с^л.* с^1 АГи.л

-растворитель -электролит

-лак

-зарядчик

-вязкость -р!1 среды -"Х- потенциал -электропроводность - плотность

технологические аспекты прсцео-

о

-время

- концентрация -напряжение

-сопротивление изоляции -злектоическая прочность

3 г таи

выбор метода контроля

-вр&лл

электрическая емкость

оптимальные параметры - методические рекомендации -опытно промышленная проверка 'устройство пропитки

Гкс.1. Схема исследований процесса пропитки изоляции обмоток; .электродвигателей в электрическом поле

Выбор оптимальных .параметров пропиточного состава

>о-

Выбор оптимального режима пропитки изоляции ЭД в электри ческом поле

Рис. 2. Схема процесса оптимизации пропитки изоляции обмоток ЭД в электрическом поле

па

| кет Ца

оптимизация параметров пропитки лаком

1_Р

определение: ^$-потенц,.£/ пр.

О.)

олтимия ация параметров пропитки паком в электрическом • поле

определение: 1/пр, •$- поте/,

9

Рис. 3. Структура вложенных циклов комбинированной схем ы оптимизации режимов пропитки изоляции обмоток электродвигателей: а) пропитка в лаке погружением; б) пропитка лаком в электрическом поле; в) пропитка в ПС погружением; г) пропитка ПС в электрическом поле

600

840 1080

и, В

Рис. 4. Поверхность отклика для выхода сухого осадка при выборе оптимального режима пропитки изоляции обмоток ЭД

Т, С

38

33

29

600 840 1080 II, В

Рис. 5. Сечение поверхности функции отклика Р ((Л Т) при <£= 22 мин , С = 3,4 %

Рис. 6. Блок - схема устройства пропитки:

I - блок питания, 2 - преобразователь напряжения, 3.- модулятор, 4 - стабилизатор, 5 - запавший генератор, 6 - ограничитель тока

ц \ В

и 1

1 1 1 1 1 1

Рис. 7. Кривая напряжения электрофоретической пропитки с постоянной и пульсирующей составляющими:

У - амплитуды постоянного ¿¿, и пульсирующего и напряжений