автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка функциональных и тепловых моделей алгоритмов выбора асинхронных двигателей серии АИС на основе экспериментальных данных

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ Р Г 8 ОД (Технический университет)

р ' На правах рукописи

МОИСЕЕВА Еленз ЕвгеньевМа

РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫ* И ТЕПЛОВЫХ МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМОВ ВЫБОРА АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ СЕРИИ АИС НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

( Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование )

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

О!"'

7

£

Москва

1994

-2. Работа выполнена на , кафедре Автоматизированного электропривода Московского энергетического института.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Ильинский Н.Ф.. _

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор . Шакарян Ю.Г. - кандидат технических наук Попов М.А.

Ведущее предприятие - АЭО "Динамо"

Защита диссертации состоится" /7 * ищи.* 1994г.

и аудитории М-214 в 14 нас_мин. на заседании специализированного

Совета К-053.16.06 Московского энергетического института.

Отзывы (а двух экземплярах, заверенные лечать'ю) просим направлять по адресу : 105835, ГСП, Москва, Е-250, Красноказарменная ул.,' д.14, Ученый Совет МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться б библиотеке МЭИ.

Автореферат разослан " М' мам, 1934 г.

Т.В. Анчэрсва

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования.

Короткоза?.-.кнутые асинхронные двигатели - наиболее массовый тип электрических машин, оснэза простейшего, самогс- распространенного п мире электропривода, потребляющего болез 50% всей производимой электрической энергия.

Асинхронное дэигатели - ходовой товар на мировом ринк.;, о частности, серия А11С - один из устойчивых предметов экспорта из стран СНГ. Качество асинхронных двигателей, их потребительские сьоисгп.з яз'ляются предметом пристального внимания и постоянном заботы в технически развитых странах.

Разнообразие применений и условий эксплуатации при пысошх требованиях к надежности и экономичности привода определяют сложность и ответственность задачи правильного выбора двигателя дли конкретного механизма, делают необходимым поиск наиболее совершзкных алгоритмов еэ решения.

Диссертация непосредственно связана с изучением широкого спектра характер-истин экспортной счрии двигателей АИС, используемых, а частности, фирмой ИМЭОА (Голландия - Германия ■ Англия - Ирландия) I) модернизированном варианте в составе электроприводов вентилятороо и других общепромышленных механизмов, с разработкой эффективных алгоритмов их выбора и обобщением результатов в виде компьютерно;-программы. Работа выполнялась на осноре контрактов кафодры Автоматизированного элехтролривода МЭИ с фирмой ИМОФА, которая предоставила образцы двигателей для испытаний.

Цель работы. Основная цель состояла в создание на осносе экспериментальных данных детального описания каждого .типоразмера и . серия А'ИС в целом, достаточного для обоснованного выбора и поддер:кки рационального использования двигателей с применением современных компьютерных технологий.

' .Для достижения указанной цепи необходимо было решить следующие задачи:

.1. Организовать многоплановый экспериментальный материал по двигателям в виде специализированной базы данных, содержащеь! функциональные, энергетические и тепловые модели каждого типоразмера

2. Обсбщить экспериментальные модели, получить "портрет серии",

выламть "м-;.",','/' и отклонения от нее.

3.Разработать и реализовать алгоритм иыбор^ двигателей.

•4.Представить материал в виде компьютерной программы:'

Методика проведения исследорания. В основу работы положены обширные результаты экспериментальных исследований партии электродвигателей. Обработка экспериментальных данных осуществлена с использиогкием . аппарата.. математического анализа и математической стат.;сп;: ■■.). При обобщении результатов, построении моделей двигателей и алгоритмов их выбора применены пр;:е,чы теории эксперимента и моделирования. Компьютерные программы выполнены в MS-DOS с использованием элементов теории экспертных систем.

Научндя нопнчна. Для отрезка серии двигателей . АИС ( высоты 30 - 1 СО мм, двух- и четырехполюсные) создана база данных, систематизм-, ругащая и обобщающая результаты их комплексного скспериментального исследозания в виде зависимостей всех основных показателей от двух факторов - напряжения и момента. • V

Создан "обобщенный портрет" отрезка серии, устанавлиепющий средний уровень и обосновывающий "норму" важных эксплуатационных показателей, а также оценивающий реальные отклонения от нее. Предложена и обоснована динамическая тепловая модель двигателя в виде апериодического звена с постоянной, зависящей от температуры, определены ее параметры для серии АИС.

Разработан компьютерный алгоритм выбора двигателя, основанный на анализе многократно воспроизведенных с помощью тепловых моделей зависимостей температуры от времени при различных условиях.

Обоснована целесообразность представления результатов исследований и алгоритмов ЕЫбора в виде компьютерной программы, организованной б виде экспертной системы "Асинхронные двигатели".

■Практическая "мённЪ'стаГ¥г-" реализация работы. По заказу фирмы ИМОФА создано несколько " версий программы, содержащей полный электронный каталог отрезка серии. Енекаталожную базу данных, ответы на многочисленные вопросы типа "что-если", процедуру выбора двигателей. .

• Программы используются фирмой ИМОФА при решении различных технических проблем, связанных с применением двигателей ИМОФА -аналогов АИС.

Результаты работы могут быть использованы дл,1 оценки технического урогня серии АИС в целях поддержки аксгорта, а чпсптсти, при определении возможности использования сприи АИС при сподн-.-см а Европе нозсм стандарте напряжений.

Результаты работы е настоящее время "уже используются при создании коммерческих экспертных систем "Асинхронною двигатели сСщсго назначения", "Вентиляторы. Режимы управления и энсрюсберожен.-ч;", "Подшипники в электродвигателях" и др.

Апробация работы. Версии компьютерной программы демонстрировались на выставках и ярмарках в Лондоне, Париже, Ганноверо, Утрехте п др. в 1991-1993 гг. Основные положения дисссртоционсой работы докладывались и обсуждались на заседании кафедры автоматизированного электропривода МЭИ з 1993 г.

Публикации. По теме диссертации опубликованы две статьи в журнале "Электротехника" и сообщение-в разделе "Новые разработки" европейского журнала РС1М-Еигоре.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, золочения, списка литературы из 51 наименования, 2 приложений, содержит 112 страниц машинописного текста, 72 рисунков, и 4 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснованна актуальности диссертационной работы в связи с возрастанием требований к потребительским качостп;<м массовых асинхронных электродвигателей и электроприводов на их оснозе и новыми возможностями решения прикладных задач с использованием современных компьютеров. Сформулированы цепи и задачи исследования. Подчеркнута необходимость использования объективной информации о двигателях, полученной на основе экспериментальных исследований, и создания рациональной базы данных и эффективных алгоритмов выбора двигателей для любых конкретных условий.

В первой глазе содержится общая характеристика объекта исследования - отрезка серии трехфазных короткозамкнутых асинхронных двигателей (АД) общего назначения, описание испытательного оборудования.

состава экпериментальных данных и общая характеристика результатов экспсримечта.

Даигатзли серии АИ (АИС в экспортном исполнении), производимые в странах СНГ, проектировались в соответствии с рекомендациями Международной электротехнической комиссии (МЭК) и могут рассматриваться как типичныо представители современных стандартных асинхронных двигателей общего назначения. Сравнение общих технических характеристик двигателей^ различных производителей (данные из ката/югоо) показыпает, что АИС практически не отличается от лучших свролойских аналогов. Пример-механических характеристик1 показан на рис.1

- 1М0ГА ---AGU -о—»- Electrim -----Rotor

. .....AEG 4- АТВ -----Brook Ciompton о o o o-Siemens

"TOSSfq А

• 1Б0М2 \ Y7 ; W /у"

i i » V4 ' ■\з < \ ♦ \\ i i

О 0.5 1.0 1.5 2.1) 2.5

рис.1

При.выполненйи_ работы использовались результаты испытаний двигателей АИС самых массовых габаритов: 0.65 ... 18.5 кВт (высоты 80 ... 160 мм), 14 типоразмеров четырехполюсных. и 13 типоразмеров двухполюсных двигателей. Каждый типоразмер был представлен двумя или тремя экземплярами машин, выбранных из экспортных поставок по случайному признаку: заводские номера двигателей одного типоразмера, существенно отличались между собой, что позволяет создать "статистический портрет" каждого типоразмера и отрезка серии в целом,

определяя разброс каждого существенного признака или п.чра,.'ет[м.

Для получения экспериментальных донных было ncncfii.30ii.nic специализированное нагрузочное устройство, сбеспечиз.чющео тлыелн.-.сть задания любого мсментз нагрузки Wc на салу испытуемою дчипп'.'л^ пли люОой нагрузочной диаграммы путем установления спр'-д^г.и^М;« значений тока якоря и тока возбуждения нагрузоч"ой г.цш.ины постоянною тока. В испытательном стенде имеется возможность питания испытуемого дзигателя люСым требуемым напряжением - с заданной сп'псш.ю !(••-симметрии, синусоидальным или с искажениями.

Термопары были установлены в лобсчой части обмотки сг.нчра испытуемых двигателей около аыводной коробки со сорг-:!м, противоположной вентилятору. Как показали ранее проподгсшигея исследования, эта зона является наиболее опасной с точки зрешн гп-ре-греаа изоляции, причем ее расположение не зависит от усаог.ии нагружения и питания и от режима работы дсигатся«. Vbr.:i.-pr'Яну температуры осуществлялось с помощью стандартного самоли^'/щг.ю прибора класса 0,5, измерение напряжения и тока якоря, тока возбуждения нагрузочной мзеиины, ? также напряжений, токоз и мощности испытуемого двигателя - с помощью приборов класса 0,5.

Момент определялся по результатам коезенных иомгрсни:» с погрешностью +0.25 Нм. скорость - по ЭДС тахоггнератора с погрешностью 1%. Ряд испытгний производился на специальном полностью компьютеризированном стенде.

Для построения экспериментальных моделей АД были прсводсмы типовые и специальные испытания каждого двигателя. В результлю установлено, что разброс токсв и температур в рамках одного типоразмера при одинаковых условиях невелик и составляет ссответсти'.'мпо 5-10% и 3-4°С.

На основе комплексного экспериментального исследования создана база данных, систематизирующая и обобщающая результаты. База дчиных организована как совокупность двухфакторных моделей для установившихся, режимов каждого типоразмера двигателей. Модели связ^ваог электрические (ток, входная мощность), механические (скорость, выходная мощность), тепловые (температура обмоток) и энергетические (КПД, cos .р) показатели с двумя независимыми координатами: напряжением \\ моментом. Определены также динамические тепловые характеристики 0 = f(i;

дгм ра:>Л',1ччь<х услопий. Пример тепловых моделей показан на рис.2.

рис.2

Зторля глаза посвящена детальному анализу базы данных и построению обобщенных статических электромеханических и тепловых моделей рассматриваемого отрезка серии АД.

Предварительный анализ бгзы данных позволил установить, что разброс тскоэых и тепловых характеристик разных типоразмеров существенно больше, причем, различия носят не только количественный, но и качественный харэктер.

Для " большинства "машин (исключение ч основном составляют двигатели с классе:.; изоляции 3) значение серзис-фактора ЭР (отношение допустимой по изоляции температурь; к реальной температуре обмотки при номинальном режиме} превосходит 1.1 (рис.З), т.е. дзигатели и?.<еют существенный запас по нагреву.

Часть машин выполнена перенасыщенными: ток хопостого хода при

43 30 20 10

псс - -«вн 'ат а и

—

10 30 20 10

о 1.0 1.15 1.3 1.45 ЭР

---- псс} шип атк 1Н

-----

о 0.2 0.35 О.ь |„

рис.3

рс.4

номинальном напряжении доходит до 80% от номинального токл дпиглтгля" (рис.4).

Отличия типоразмеров, связанные с особенностями материалов, технологий и деталей конструкции наиболее полно проявляются при р.чзнч'х напряжениях в некаталожных характеристиках 1-д = Г(М) и I) = '(Гу1), которое могут иметь принципиальные различия (рис.5 и 0) и гюзиолью": обоснованно судить о качестве двигателей и о возможности их использования при различных напряжениях.

380 в . за» о/ и

' ¿нэк 120 в ,г ---

—' 1

Чо 1 ¿0 » 1 1 ) 1

"»« М м м 11 нс:1

а) б)

рис.5

а) ' б)

рис.6

Для оценки этих особенностей были введены дополнительные параметры: .

- электрический фактор насыщения магнитной цепм Зс

80 =Д110*Ми\- _ (1).

- тепловой фактор насыщения магнитной цепи 5д

50=де0*ми*, ' (2)

где Л1ю*, ЛОо*" относительные приращения тока холостогб хода и температуры обмотки на холостом ходу,

ди*= С-11-иНОм)'иКом " относительное превышение (11оино;и) напряжения питания.

Гистограмма на рис.7 свидетельствует о высокой чувствительности большей части (белее ¿0%) двигателей к повышению напряжения: сравнительно небольшой его рост (10%) приводит к заметному повышению тика холостого хода двигателя.

Еще более заметно это явление на рис.8: . ряд двигателей подвержен существенному перегрееу-при небольших повышениях напряжения по отношению к номинальному значению. Параметр 6о отражает существенно различное соотношение потерь в меди и стали для отдельных образцов. Так, в испытанной выборке машин двигатель 80625 при вполне благополучных значениях Д!-.0*-О,52 и во = 2,4 имеет параметр 5ц = 4,2,' т.е. температура ненагруженного двигателя с ростом напряжения ог 3808 до 420В резко - в 2 раза - растет при сравнительно мало меняющемся токе.

%

40 30

20 10

все -двигатели

О 0.75 1.5 2.25 3.0 Эо

40 30 20 10

двигатели

0 1.5 3.0 4.5 6.0 дп

рис.7

рис.8

Влияние напряжения на нагрев у двухполюсных машин выражено слабее, чем у четырехполюсных.

Из общего анализа приведенных на рис.3,4 и 7,8 гистограмм следует:

1. Средни^ значения ЭР = 1,2 и Л1ю*= 0.5 пполне удовлетворительны; около половины машин исследозанного отрезка серии имеют значительный запас по теплу (5Р >1,3).

2. Большой разброс всех показателей, особенно Бо и 6^,, свидетельствует о существенно неодингкоаом качестве машин различных типоразмеров, а иногда - о необходимости пересмотра технологии, изменения параметров или использования лучших материалов.

3. Все исследованные двигатели могут быть разделены на три условные группы.

"Нормальные" двигатели - характеристики .которых соответствуют рис.5а и рис.ба при БР > 1,2. Д110* < 0,65, 50 < 2,25, §0 < 3. Около 60% испытанных двигателей, у которых ни один из указанных показателей на зыходит за границу "нормы", можно отнести к этой категории.

"Условно нормальные" дзигатели {примерно 15%) - рабочие характеристики которых могут быть представлены кривыми на рис.Са и 66, либо кривыми на рис.5б и 6а.

"Аномальные" двигатели (около 253») - у которых рабочие характеристики соответствуют крггъ'.м нэ рис.об и Со; как правило, это доигатели малой мощности, хзрзктерчз\к>щ;ося <>д> 3 и 30 > 2,25 (или Д1ю* >0,С5).

4. Опасны небп.г'лчриятные сочетание нескольких Факторов -

низкого йр и высоких л1ю* и йд,

встречающиеся в отдельных Типоразмерах (рис.З).

Одна из решавшихся в работа задач - оценка возможности использования двигателей ЛИС в условиях нопого европейского стандарта напряжений 230/400 В и 400/690 В, вьедиг.юго о 1S97 году согласно требованиям DIN !ЕС 38.

Производимые а настоящее время в СНГ и странах Европы асинхронные двигатели общего назначения рассчитаны на питание от сети (в общем случае) 220Ш0 В или 380/660 В. Диапазоны отклонений напряжения от номинального значения различные в разных странах, однако, по существующим е.настоящее время стандартам не превышают 10%. "В работе изучалась возможности использования выпускаемых в настоящий момент двигателей при новых значениях напряжения с доработкой, если возможно и необходимо, их конструкции. Установлено, что "нормальные" двигатели в диапазоне новых. напряжений чувствуют себя достаточно "комфортно". Использование "условно нормальных" двигателей при повышенных напряжениях является проблематичным, и их уверенному экспорту в новых условиях должны предшествовать соответствующие доработки. Использование "аномальных" двигателей при повышенных напряжениях недопустимо.

Все -двигатели, за исключением "аномальных", при напряжении <?ООВ±5°/о имеют уменьшенный на 5% номинальный ток, по отношению к его значению при 3C0B. Из изложенного следует, что подавляющее большинство двигателей исследованных типоразмеров готовы (60%) или могут быть относительно просто адаптированы (15%) к новому европейскому

% типоразмеров, выходящих зз норну по ппи~»ткам

50 40 30 20 10

0 ' 1 Z 3 4 признаки рис.9 - ..:

стандарту, 25% двигателей нуждаются в более серьезной дороЬотке. В целом же серия двигателей АИС предстазпяотся достаточно пеиепсктип-ной (за исключением небольшого ряда типеразмероп). что находит подтверждение в больших объемах поставок этих двигателей но рмнок.

Б третьей главе разрабатываются динамически тепловые модели двигателей и компьютерный алгоритм оптимального выбора двигателя.

Многочисленные исследования тсплозь;х полей о серийных асинхронных двигателях при различных воздействиях позволили надежно установить наиболее напряженную в тпп/ювом отношении зону - это лобовая часть обмотки статора со стороны, противоположной вентилятору, вблизи клеммнэй коробки, Температура в уозлиной зоне выиэ, чем в других частях обмотки статора, на 5-7 "'С. Средняя температура обмотки, измеренная методом амперметра - вольтмвтрг», мож-jt отличаться от температуры в опасной зоне на 10-15;С. в связи с чем этот показатель неудобен для использования в моделях, предназначенных для выбора двигателей или оценки их ресурса. Ряд характерных примеров повреждения обмотки в указанной зоне, вызванного перегрузкой двигателя, подтверждает целесообразность использования а тепловых моделг.х температуры наиболее нагретой части обмотки.

Многочисленные тепловые .испытания позволили установить, что разброс температур, измеренных термопарами в указанной пыше опасной зоне двигателя при одинаковых углозиях, в рамках одного типоразмера не превышает 3-4-С от среднего значения, г для различных типоразмеров составляет 20 - 25~С.

Из изложенного следует, что при отсутствии паспортных данных о номинальной температуре каждого типоразмера представительные тепловые модели могут быть построены лишь на основе экспериментальных данных применительно к каждому отдельному типоразмеру. Удобен принятый выше способ получения статических моделей: задание на электрический и механический "входы" нужных воздействий - в простейшем случае напряжения U и момента М-и измерение установившейся температуры Oyer в тобой точке, в частности, в отмеченной выше наиболее напряженной зоне обмотки:

0уст= ^и.М) (3)

Часто тепловая модель используется для непосредственного определения температуры в опасной зоне как функции времени при

изменяющихся во времени заданных воздействиях. Здесь отбывается удобным использовать исходную статическую модель (3), дополнив ее любой приемлемой динамической моделью двигателя. Динамическая модель будет от, етлять изменение температуры во времени 9(t) при входном еоздейсти/.и Ссх = ОуСт , диктуемом (3)*.

Простейшая динамическая модель вида:

0 4-7,^=0^=0^, (4)

где Тт - тепловая постоянная времени при нагревании или охлаждении, как известно, может служить . лишь первым грубым приближением к реальным процессам изменения температуры в некоторой зоне двигателя. Более строгой физически, однако, и существенно более громоздкой был5 бы двух- или многомассовая модель двигателя, применение которой в рассматриваемом случае ¿ряд ли целесообразно в силу очевидной сложности учета начальных условий.

Предложено скорректировать модель (4) Сез изменения ее вида, поставив Тт в зависимость от температуры:

О 4 7, (()) ~ - 0ВХ - 0yct" ~ ...(5)

либо - при определенных условиях - от времени:

.______0 + ' W

Такая коррекция - рост Тт по мере нагрева - отразит неучитываемую в'одномассовой моде ли.,(4). разницу .в темпе- изменения температуры с обметке и в теле двигателя и заметно приблизит модель к реальному

процессу.

На рис.10 применительно к' серийному двигателю AHC100LA4 показано характерное различие реальной и полученной по (4) кривых 0(t) в наиболее горячей точке обмотки (соответственно кривые 1 и 2). Там же

* прием предложен А.О.Горновым

призедена зависимость 0(t), полученная при использовании указанной коррекции и вполне удовлетворительно соответ-

ствующая реальному процессу (кризая 3).

При воздействиях из двигатель в виде произвольных, но определенных функций Бремени U(t) и M(t) удобно представить модели (3) и (4) их структурной cxe.-rô (рис.11). Для ступенчатого, например, ■ графика M(t) произвольней формы достаточно определить 9зх=0уСТ на каждой ступени по первому блоку в структурной схеме и свести задачу к простой итерационной процедуре •

многократного решения (4) при соблюдении единственного условия - равенства температур в начале и конце "далекого" цикла, соответствующего квази-устансзиешемуся режиму работы деигателя. Пример реальной и расчетной кривых 9(t) для • некоторого цикла нагрузки показан на рис.12.

рис.10

и.м

:| а =ци.ы) ;

! ®»х 1 9

J

рис.11

Temperature Torque

п

(cirque

cxpi.'fiiTicntsl ГспфегйГиге c^lcutïMed temperature

J_

lime

рис.12

Далее рассматривается компьютерный алгоритм оптимального выбора двигателя при любых нагрузочных диаграммах. Алгоритм основан на построении по моделям (3) и (5) или (3) и (б) реальных температурных диаграмм и оценке по ним ожидаемого срока службы изоляции обмотки.

Основным критерием выбора принят оптимальный уровень температуры обмотки или оптимальный сервис-фактор БР, удовлетвори-

юший условию _____

1,15 <SF< 1,5. ~ (7) ■

Ограниченном является возможность осуществления пуска при заданной нагрузке.

Для посторно-краткозременных режимов работы привода с малым временем цикла вводи гея дополнительное ограничение - допустимое число циклоа в час.

Разработанный алгоритм выбора применим при следующих

условиях:

-диапазон мощностей дпигателей 0,25 ... 18,5 кВт;

-напряжение питающей сети отличается от номинального не более чем на ±10%, несимметрия но презышает 5%;

-частота питающей сети отличается от номинальной не более чем на ±2%:

-температура окружающей среды -30 ... +SCC;

-зла/кность, запыленность, высота нзд уровнем моря и т.п.-нормальные и соответствуют стандартам DIN;

-при повторно-кратковременном режиме приведенный момент инерции нагрузки пргвышает момент инерции двигателя не более чем в 50 раз.

На первом этапе выбора двигателя оценивается мощность, соответствующая нормальным условиям работы, проверяется принципиальная возможность es раали:ации каким-либо двигателем из данного отрезка серии при его рациональном использовании и осуществимость пуска этого двигате7Тя"п0д нагрузкой с учетом возможных отклонений напряжения питающей сети; если пуск невозможен, выбирается другой двигатель .

На следующем этапе ос/ществлкется расчет температурной диаграммы двигателя, основанный на моделях .(3) и (5) или (3) и (6). При этом заданный или наиболее характерный и тяжелый цикл нагрузки делится на 150 равных участков, для каждого из которых определяется температура перегрева опасной зоны обмотки двигателя при заданном значении момента. В предположении, что цикл нагрузки многократно повторяется, расчет ведется до тех пор, пока разность температуры в начале и конце цикла превышает 5%.

По полученным кривым температуры перегрева обмотки вычисляется значение серзис-фактора. Если оно соответствует (7), то двигатель принимается в качестве основного и проверяется-возможность исполь-

зозания соседних с ним двигателей.

Если условие (7) не выполняется, делается попытка использования большего (при SF < 1,15) или меньшего (при SF > 1,5) двигателя для случаев, когда это возможно.

В четвертой глазе изложены принципы построения и дано описание г.акетэ прикладных компьютерных программ, обобщающих результаты исследований и лредстазляющих их в вида эксперной системы, содержащей полный электронный каталог отрезка серии АИС, онегаталокную базу данных, процедуру выбора дсигателей.

По мере накопления экспериментальных данных о двигателях создавались версии программы iMOFA MOTOR SELECTION (IMS).

Версия IM.1" 1.0 (1991г.) содержала базу данных лишь по четырем типоразмерам двигателей, не имела меню - использовался принцип последовательного доступа к информации, что создавало неудобства для пользователей.

Важным положительным свойством данной версии бчло наличие в ней блока проверки правильности выбора ухе установленного двигателя г,о реальной зависимости тока статора от времени и условиям работы двигателя. В более поздних версиях программы зтот блок был временно опущен, несмотря на его полезность.

В версии IMS 2.0 (1991г.) были учтены недостатки первой версии, в результате чего информация была организована в виде отдельных блоков с доступом через меню; "Общая информация" с описанием серии, "Технические' данные и характеристики" с каталогом и результатаг-и испытаний каждого типоразмера, "Выбор двигателя". В программу был взеден раздел "Обзор применений АД", который облегчал пользователю задачу выбора типа нагрузочной диаграммы. Выбор дзигг.еля осуществлялся для базового варианта нагрузочной диаграммы и нормальных условий работы, а затем пользователю была предоставлена возможность многократного изменения этих условий, а также и характера нагрузки на валу двигателя.

Версия IMS 3.1 (1993 г.), как и предыдущая, состоит из-трех больших разделов.

Первый - "Общая информация" - содержит сведения о двигателях фирмы IMOFA (аналоги АИС)- стандарты, обозначения, материалы, схемы включения обмоток, требования к условиям работы и т.п.

Второй раздел - "Технические данные" - составляют детальные

сзсдония о каждом типоразмс-ре и ответы на вопросы "что-гсли", чертежи в ■ ■ различных исполнениях, эажчейшие технические данные, механические, электромеханические, энергетические и тепловые характеристики для различных условий, диаграммы пуска двигателя разными способами при заданной нагрузке и т.п.

Третий раздел посвящен выбору двигателя при заданной нагрузочной диаграмме, известных свойствах питающей сети и условиях окружающей среды.

После ввода попозователсм своих данных программа анализирует их и при выполнении всех ограничений выбирает наиболее подходящий. двигатель по рассмотренным выше критериям. Результаты выбора сопровождаются необходимыми комментариями. Пример экрана приведен на рис.13

-------

^-z^j-* I

"1

vo;t Лгл Ami n чо

IOA

UXLEI2_Y.M I lr4

УЛЯ

I4wtr Sciv.t^ctQr Г" Gron Pficc!

mEIHI

iTUFMT

l" nrri'nrn tl J"ull ridla

Allernutives

Ми.

Hfttil r«nfj<-. kW

Cycje Tim«, mm

TIITIC T1. n»n

L«>«il ine.'lia.kijm2

Rent rnnge. kfjm7

Tint motor ii not volid hct:eu»e maximum level ul load ix too high.

4.BD 1 S

U.D5

5.25

г

755

Т,лип

ч (C> COPYRIGHT 1912 IttCrй- Г1РЕ1

рис. 13 . .

Бее программы пакета IMS выполнены по заказу фирмы IMOFA, имеют кркс .выраженный профессиональный характер и не являются коммерческими. Вместе с тем, на основе сделанных в работе обобщений, (гл.2, 3), а также опыта, приобретенного в процессе разработки пакета

IW3, оказалось возможным перейти к созданию коммерческого пакета "Асинхронные двигатели АИС", ориентированного на использование как в

ь

s

О ... О.Е

профессиональных, так и в учебных целях. В этом пакете со<р;>нуны принцип пострсения в форме экспертной системы, структура 1МЗЗ оправдавший себя на практике пользовательский интерфейс, у/, с Ост по работы с программой. Вместе с тем, программа основана на универсальных моделях и охватывает двигатели различных фирм, обладает большей гибкостью, позволяет легко изменять текстовые файлы переходить на другой язык, исключать и добавлять информацию.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Для отрезка серии массовых асинхронных кероткозамкнутых дзигэтелей общег назначения АИС (высоты 60 ... 1 GO мм, двух-, иотырех-полюсные) создана база данных, систематизирующая и обобщающая результаты их комплексного экспериментального исслодогания.

База данных организована кзк совокупность двухфактерных модолей каждого типоразмера двигателей, связывающих электрические (ток, входная мощность), механические (скорость, выходная мощность), тепловыо.(температура сбмотск) и энергетические (КПД, cosip) показатели с двумя независимыми координатами: напряжением и моментом.

2. Создан "обобщенный портрет" отрезка серии, устанавливающий средний уровень и обосновывающий "норму" важных эксплуатационных показателей, а также оценивающий реальные отклонения от него. Так, "норма" по температуре перегрева обмоток составляет 100 С (сереис-

• фактор 1,15 для изоляции класса F), по относительному току холостого . хода Д10* ~ 0,65, по электрическому фактору насыщения магнитной цепи . . Sq = 2,25, по тепловому фактору насыщения магнитной цепи о0 = 3.

3. Предложена и обоснована динамическая тепловая модель двигателя в виде апериодического звена с постоянной, зависящей от

■ времени, определены ее параметры для серии АИС, Разработки и реализован в виде компьютерной программа! алгоритм оптимального выбора двигателя при любых нагрузочных диаграммах, основанный на построении по указанной модели реальных температурных диаграмм и оценке по ним ожидаемого срока службы изоляции обмотки.

4. По контракту с фирмой Имофа (Голландия, Ирландия, Германия, Англия) разработано несколько версий программы "Imofa Motor Selection and What-ir, v.1.0 - 3.1, активно используемых заказчиком при решении

амалогэми АИС. ■ _____

5. Сформулированы и обоснованы принципы организации компьютерной программы, обобщающей результаты. в вида экслсрной системы "Асинхронные двигатели АИС", включающей полнь;й электронный каталог отрезка серии, внекаталожную базу данных, процедуру выбора дзиготелой и образующую в результате законченную версию систематизированной базы знаний в указанной области.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

1.'Моисеева E.G. . Динамическая тепловая модель асинхронных двигателей И Электротехника,- 1994,- N23.

2. Моисеева Е.Е., Прудникова Ю.И., Сидоров Н.В. Обобщенный экспериментальный портрет серии асинхронных двигателей АИС. ,// Элек.ротехника,-1094,-№3. -

3. Программа "Центробежные вентиляторы. Режимы управления." // Power Conversion and Intelligent Motion (PCIM),13?4.- №1, Jan./Feb. - Ha англ.яз. . ~ -

|,p.iiji!« K|-.j.-i..KJ«df.-!4i,iji, |3.