автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка методики расчета и анализа тепловых процессов асинхронных двигателей в системах частотно-регулируемого электропривода на основе графовых моделей

НИЖЕГОРОДСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи УЖ 621.313.333.017

CAT САМИ

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА И АНАЛИЗА ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ I СИСТЕМАХ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА НА ОСНОВЕ ГРАФОВЫХ МОДЕЛЕЙ

Специальность 05-09-03 Электротехнические комплексы и

системы, включал их управление и регулирование

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена на кафедре "Электропривод и автоматизация промышленных установок" Ташкентского Государственного технического университета имени Лбу Райхана Веруни. .

Научный руководитель доктор технических наук, профессор,

, Лауреат Государственной премии Республики Узбекистан в области науки ' и техники ХАШШОВ A.A.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор ЗАГОРСКИЙ А.Е.

, кандидат технических наук,

доцент БУРДА Е.М

Ведущая организация НПО ЭЛЕКТРОПРИВОД.

Зашита состоится " ^ 1992 г. в 14 часов

в аудитории 1258 на заседании специализированного совета К.063.85.06 по присуждению ученых степеней кандидата технических наук в Нижнє Новгородской ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте /603Є00, ГСП-41, г.Нижний Новгород, ул.Минина, 24/. •

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " р>

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, старший научный сотрудник

В.В.СОКОЛОВ

_ • І. ОБЩАЯ ХАРАІЇТЕРЛСША РЛБОТІІ

Актуальность работы. В нзстоітпео врс^я автоматизированный частотно-регулируемьП электропривод на базе короткозамкнутых асинхронных двигателей (АД) широко приуеняется во унэгнх отраслях (мазинострэпнии, горно-рудной, текстильно!! промкалошости»металлургии и др.) народного хозяйства. .

ВисокоэЗДективность частотнэ-регулируемкх электроприводов, позволявших повысить производительность і.'а::пн и качества выпускаемых продукций обеспечивается плавным регулированием скорости во время пуска, торкотання и ь рабочем цикле, в зависимости от требовании производственного механизма. Так как, комплектные статические преобразователи частоти в большинстве случаев комплектуется с АД обчолро’лпленного назначения, рассчитанными на частоту ^ = 50Гч, то возникают необходимость определить рациональность применения АД обг’-'пгл!г^:.'".ешпго назначения з системах частотно- ' регулируемого электропривода на основе исследования и анализа тепловых процессов, происходящих п них.

Анализ опубликованных работ в республиках, входящих п содружество независимая государств и за рубг-.ом показывает, что несмотря на определеннее успехи достигнутые в области исследования, процесса нагрева е АД при частотном управлении, зта задача полностью перемена и требует проведения дальнейшего исследования на основе разработки аффективных и простых їлатематотеских моделей, позволяли” рассчитать тепловые характеристики ДД с достаточной ;тг'"-и0р!0Я ТОЧНОСТЬЮ при. МИ!Г!:,-аЛЬНЄ!-! обЬе!.'Л исходных данных.

Пел ко настоящей тнсг»гтг.цноніпЯ работы япляетея: разработка г/етодоп расчета стационарных и нестационарных тепловых процессов ДД г> системах частотно-регулируеуих зле:;-, -.о приводе в на основе графоз^х :.чде-о,1, попполгггтлх получить достаточно точные результаты при ;г!ни-.'плы;0!.: объеме вычислительных работ. Проведение тео-ретическ": и гкспери'.генталыг-пс исследования процесса нагрева и охлаждения ДД в системах частотно-регулируемого электропривода и 0і'дг.ча практических рекомендацій по рациональному использованию электродвигателе;! по нагреву. •

Для тст’.гг.ения указанно.'! цели необходим было репить сле-зуг-ие задачи: . " .

Г. Разработать графовые подели уравнения теплового баланса аля стационар!,-ого и нестационарного решила нагрева ДД о системах ^•ястотно-рсгулируемого олектропризода.

2. Теоретически исследовать тепловые процессы, протекавшие 1> частотно-регулируемых ЛД, на основе графовых тепловых моделей и провести сравнительны!) анализ полученных результатов с данными аналитических и экспериментальных исследований.

3. Экспериментально исследовать тепловые процессы АД в системах тиристорного частотно-регулируемого электропривода на физической модели, практически реализовать результаты исследований с целью подтверждения предлагаемой методики расчета и теоретических положений и гыряботать конкретные рекомендации по применения графовых моделей длл расчета теплового процесса и эксплуатации электродвигателей с точки зрения нагрева.

Методика проведения исследований. Теоретические исследования базируются на теории нагрева электрических машин, теории линейных электрических цепей-и теории графоЕ. Б качестве математического аппарата используются матричные и итерационные истоды. Главным инструментом в теоретическом исследовании тепловых процессов является метод эквивалентных тепловых схем в сочетании с элементами теории графов,в экспертоентаяьнсм - физические модели.

Научная новизна.. .

1. Разработана методика расчета стационарных К нестационарных тепловых процессов ДД в системах частотно-регулируемого электропривода на основе графовой модели.

2. Получены закономерности изменения постоянных времени нагрева и охлаждения АД в системах частотно-регулируемого электропривода, позволяемо определить установившиеся значения процесса нагрева и охлаждения электродвигателей.

3. Определено эффективное воздействие повышения скорости холостого хода ротора на процесс охлаждения частотно-управляемого АД.

Практическая ценность работы состоит:

- в разработке эффективного метода расчета тепловых процес-

сов АД в системах частотно-регулируемого электропривода, иусеео-го достаточно простой алгоритм расчета, хорояую наглядность и точность; '

- в научном обосновании рекомендаций по оптимальной эксплуатации АД в системах частотно-регулируемого электропривода с учетом тепловых процессов;

- в уточнении выбора мощности АД для режимов работы 52 от охлаждения с повышением скорости холостого хода ротора, позволяющего повысить надоглость и улучшить энергетические и эксплуатационные показатели ДЦ.

- 5 -•

Реализация результатов исследований. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, а также практические рекомендации могут бить использованы при тепловых расчетах и анализе АД для комплектных частотно-регулируемых электроприводов на базе тиристорных преобразователей частоты, при модернизации су-иествуюших и разработки единых серий специальных двигателей с частотным управлением.

Результаты исследований реализованы:

В разработках института Энергетики и автоматики АН Республики Узбекистан - методика и алгоритм расчета процесса нагрева на базе эквивалентных тепловых схем с элементами теории графов, позволявшие произвести тепловой расчет с достаточной инженерной точностью; результаты теоретических и экспериментальных исследований тепловых процессов и обобщенные расчетно-графические материалы и практические рекомендации по анализу процессов нагрева и охлаждения АД з системах частотно-регулируемого электропривода.

Практическим выходом реализации вышеуказанных результатов явилось создание ряда энергосберегающих автоматизированных регулируемых электроприводов на базе тиристорных преобразователей, мощностью от 150 до 200 кЕт для насосных агрегатов насосных станций "Ленин йули", "Заурак", "Саяд" и др., внедренных в Ташкентской, Андижанской и Бухарской областях Республики Узбекистан. Фактический народнохозяйственный экономический эффект от внедрения результатов НИР составил в долевом участии 64 /шестьдесят четыре/ тысячи рублей.

В учебном процессе-в рабочих программах и используются при чтении'лекций, в ведении курсовых и дипломных проектов.

Апробация. Научные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на научных^конференциях профессорско-преподавательского состава ТашПИ /Ташкент, I988-.I99I гг./ и на расширенном заседании кафедры "ЭП и АПУ" ТТСУ от II февраля. '

Публикация. Иатериалы опубликованы в двух статьях. •

Автор залипает следуюшие основные положения:

1. Эффективность предлагаемой методики расчета стационарных

и нестационарных процессов нагрева АД в системах частотно-регулируемого электропривода, позволявший получить в простых графовых моделях параметры теплового процесса с достаточной инженерной точностью. .

2. Полученные зависимости постоянных времени нагрева и охлаждения, позволявшие заранее определить установившиеся значения процесса нагрева и охлаждения частотно-регулируемого АД.

процессе охлаждения, позволяющей рационально использовать по нагреву частотно-управляемого ЛД. ■

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка дитературы из 51 наименования, 2-х приложений, содержи 114 страниц машинописного текста, 33 рисунка и 7 таблиц._

П. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность теш диссертационно работы: исследование теплових процессов частотно-регулируемых Рф необходимость дальнейшего совершенствования методов теплових рас четов АД в системах частотного электропривода, а также формируют сп цели и задачи исследования.

ГЛАВА I. РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В СИСТЕМАХ ЧАСТОТГО-РЕГУЛИ-РУШОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА '

В настоящее время для исследования процесса нагрева злектрг ческих машин различного исполнения применяются в основном три мс тода расчета: метод тепловых параметров, метод температурного не ля и метод эквивалентных тепловых схем /ЭТС/.

Метод ЭТС является наиболее приемлемом методом для расчета тепловых процессов. .Для исследования нестационарного процесса нагрева частотно-регулируемого АД закрытого исполнения, состоящего из семи.взаимосвязанных в тепловом отношении тел, согласно ЗТС /рисЛ/, имеем:

+ Аи01$_ А|2 02$_ Либз». Л|т0т5^ Р|*

_ Ла|8)^н-

С з—- Лзі8і{_Лза6і5 + УІззОз^ _ Л5Д0г,с = Рз£

.'Сд^|^ _Л*,5 0з$ + Ли$8ц _ /1/,є50с$ = Рі,%. - Ьйі^вц + /[¡ц 0$5 _ = Р5^

(І)

сіЬ

_ Лсі.$0Ц_ЛбГ$0І*4./І£^06$_/и?{07$ = Рб5

сіЬ

_ /\7І 015 _ Лї€^ 0Су + Лг?$ 0Т£ = о

где 8ц*0г{, Ci* С?. Pi5 -Г PsÇ - превышение температуры,теплоемкости и потери мощности стали спинки статора, зубца статора, пасовоЯ части обмотки статора, добової! частя обмотки статора, ротора, внутреннего воздуха и корпуса; Ліі - тепловая проводи-

Рас.Т- Эквивалентная тгпловап схема АД закрытого исполнения

и системах частотно-регулируемого электропривода (а) л ес геометрическая разрез (б)

Следует отметить, что расчет тепловых провесов АД закрытого {сполнения относительно округащеЯ среды имеет слогзшй алгоритм ’зсчета и это затрудняет пирокоп применение методики в инженерной фактике. Для облегчения рвения требуется дальнейшей сяперпэист-ювание методики теплового расчета на основе графовых моделей как утя стационарного* так я для нестационарного ре~:ма нагрева, что

[ ВШОЛНеНО ЧИТО*. ' ' -

..2.?АЗРй»т КЗГ0Д*.Ш РАСЧЕТА Я АНАЛИЗА СТАЦШАПШ ТЕПЛО-Б’Л ПРОЦЕССОВ АСШРОНШЖ ДЗ’ТАТЕЛЙ 3 {^СТЕКАХ ЧИСКЯТО-

регслярузого сяекггопрлэока на оснавз твои» моделей .

Обмпризианнкыи а развиваемыми в настоящее время в научких убликацнях капиино-оряоптировашшх методов расчета, анализа :: иптчза слопных электрических цепеЯ является топэлргичесгпЯ мзто.п. остроенне динамических графовых моделей процессов а электрических епкх основано на применении графов переменного состояния. Произ-едл элементарно?» преобразование градов, юам сокращать число их злов к ветвей ток:т постепенно,что при последних применениях пре-бразованных градов можно сократить ” до одиоП вэтпи. Для пестро-кия графозоЯ тдели стационара го реат&а нагрева АД применяется зтод преобразованных ЭТС. После преобразования исходной ЗТС рис Л) получил три преобразованных тепловых схпм.представлоньчнс

w o o -3

o o ► a -o

c? Г- -J

>1 £s • i < «

c- a o

'tj 7?;

-f £3 Э

<<—>» o TJ

C? o t -.]

v_^ -3 c<

£4 b O

o СЭ

C\ o w

o ъ

-3 ÍT. £3

я ь ».

o o 5

-3 »1 o

:j -3 c;* 7]

o Э

*CÍ r\

p Ö

1 ►Î •t^ o *í

*tí Г-3 i<

н a CT :4

tí o .2

! O *Ü -4

ti ü

¿3 » j • 3 'rt P

c\ «w* 3

§ «• O ***»

£■» SI c\

u¿ íi "Л

o

ÜOL'lWi МЛЗІ’.З ИІЯЇ i’ii'î'JXO »MüüyüOCUíipucíiu

■^ГЧ9 W-J9 15

L vci J L*'9 J ■ L **v- Чу J

(Z) 5¿q

üiitoftíJK/ хкї:аоли*шіис»иігйцоі- олоіпі;:вс t¡V ojciw.u^aad іііС-піі.иіл.япк пяншпип (..UiRuniu.t. '.ііп.>нлиії/С ¡Ъхихакя кин a u‘>*okíí un

л» Выполняем :шв-эрсяи граЛа:

^ АЬ

'АЬгв л/щ №

¿Ь //"'\\ а>!5]/ \^>_ \ л*"{

¿[1.. .

*У

а,»>> 84

А'Л ' ~

"с/льчг.ем узол 0^ >/лГ,{ Р',

ЧЛ«\

Исключаем петли д*^

0||____/Аи$Лм1~АРу

‘ Ал5 Лзз$/

Ли[Лл1-А^ ,» д* ■ Ьл\ /Ьз&

а|=.

а*‘д& ^;лй$

■ д‘$< Исключаем узелиг^

8.) А^/й-А.пЧ

Ап( Аз?9

гЖ-Л* 1

'•А-''' А зз^

Лзз^ Лзз^ - Лгд^

МцЬщ-ЛЪ

(ЛГ^Лт'^-ЛТ»"()Г/1 »(ЛяиЬн) ^

/____Азз(__\ / Ап^ЛиУ )

Лн}Ли5-Л2Н Лп^Лп^-/^'

/ /’и , А^ \/АГ;(Ат 1

1ЛТ.*Л«1-А»| МГцЛТч-ЛЬУ

Окончательный вид графовой модели трплового тела 01$ имеет следующий вид:

I _

Ли$ (А*|$Лн)-А*10Л^Лм$-Л«О~Аи$ Л«* ’

_АкА

211.

АГг^ (Л||^ЛЪ$-Л*1})(Лз5$А«$-Л«()~Л|2$Лзз£ 1

1 _ /||з([Л*з;Аз;$-А:з{) + Аг^ А«з;

/\р^ (Ап5 Л”^'А|!})( АТэ;Лз;| -Лг2^) — ЛТг^ А?з2}

Выполняя аналогичные преобразования получим окончательные виды графовых моделей уравнений (3) и МЬ ■ ■

Рис. 3 .Око нчате л ышз ,. графовые модели уравнений стационарного нагрева АЛ.

• Общий вид решения уравнения топлоеого баланса для стационарного режима представляется в матричном виде:

- 1 h»S \ О о 0 о' ГРГ*' •в,'

й

“Да? • hn\ 1 О о 0 о ■ 0г$

1 Мл Amj 1 ж 0 о О о 03j

о о о A«J 1 At* 1 о X R5 =’

о О 0 its 1 At»; о R5

о О о 1 Аб*{ !_ lk\ о »г CD

A'csf

о о Q о 0 о 1 Л«-! щ L4

На основании окончательной графовой модели (рис.З) теплового процесса стационарного режима нагрева АД можно составить рациональ ный алгоритм теплового расчета на ЭВМ частптно-регулируемо'гп АД.

Сравнительные данные превышения температуры частотно-регулируемого АД типа ДШОБДЫЗ, полученные расчетом графов и экспериментальным путем для нагрузки Мс« Мн= const, показывает, что при значении частоты .|= 50Гц наибольшая абсолютная погрешность по сравнению с экспериментом даат тепловое тело "спинки стали статора", где Л9|= б°е, а при -|»ЮГи тепловое тело "лобовая часть статора" дает наибольпую A8i,=-?*c. Анализируя расчетные и оксперименталь-:шз данные температур активных частей АД при частотном управлении можно отметить, что самая большая абсолютная и относительная погрешности по сравнению с экспериментом соответствует тепловому телу лобовой части обмотки статора ¿8;* -7 °с , fjflr* -117«

- корпус АД ) и видно, что предлагаемая методика расчзта вполне приемлема для инкенерных расчетов.

■ Установлено, что превышение температуры в рассматриваемы:: частях АД происходит за счет изменения потерь и теплоотдачи в функции частоты и нагрузки. РационалкшП диапазон регулирования частоты составляет 20-50 Гц, в пределах которого температура двига-тяля но пропитает допустимого значения,установленного • ГОСТом.

..З. РЛПРАЕОТіЇЛ ЖТОД'ЛХІ РАСЧЁТА Ч ЛНАЛ’.ІЗЛ НЕСГАЩОНАРНІхХ ТЕПЛОБІІХ ПРОЦЕССОВ AC5HXP3HHUX ДВЙГАТЕКЗЙ Б СЇСГЕШ ЧДСТОТііО-РЕГУЛ'Л?У-ЕЛГО ОЛЕЇГГгаПР.ійОДА f!A 0СНЭ32 ГРЛЖчЯ КОДЕЛЕП

Длгг получг*іг.ія хлрактор'їс?^.:; нестац'.онлрнпг:'! ря~:;з я а гпа в а -Д необходимо р-тлать систему уравнения толкового баланса, составлению: на основі» прообрятзакт;;: окзизалснтнюс сх-їк. Рассматривая тсп-лозуя емкость Сі, -ли: а::т:і2!і5о! олеетнт , s.e. ;:п:; потери Pô.состоим ураснеияП лая нлстационарного |у>т.!*:а н.ігрнпа частстнп-упраиляеь:ого ДД закрытого исполненчя: *

Ст^ + Ат} Orí « rPtj , is)

dt.

c« dfiif cît, . ЛГ,(21?_ . а!?'. О:; _ /.із Ç 0if = p-f

tí dC*íí ' dt ' . /.=!{ Glj /ijîîOij - /i’î'jCb; -

Cs -#1- _ Aiij Gii „ AríOij j- Cbj -.- p;5

с: c!0u\ ’dt ‘ ' . Aii-jOij _ П'Л\'.Ч \ - Ліс* 0;5 =• P4

cî dtlr'. dt. . Ar:5 0:-5 ■” r\ * b"j ■■■\ - l’Wj ßi-j --

с‘ dO'-* dt _ /iCI.’jOi, _ !щ Gíj ... РЛ

Г

( т)

( -3}

где Ci - Cr •- ¡ігогбразовяш'ка тепло si:? сп::ост!" сзотвлтстау-'.~дн:: "crr:ou:::í тел.

Per:-пне уравнончп CG) пропстаплг.етсл ;:а;: одна окспонг-пта:

О'.; (I) -- Stí ( ; - е " ; . со) •

' Дли построен::;: грЦдзоД пи.т.! ckctpvh уравнения (7) ,(G)t4o6;a>-Л-'нз ^ле гг.- д::;.0ерекц;:рзг-ать п затем іюсі ре:'1.: гр''••or-“-? "еп:?.

Для гг:с:р;еннп грл.^п::;п; моделей пеетаципнарноге ре/;::“?. нэгр-:-га

v.ry у рл ’иія*.: Со /l-¡ і . ; ■ *.s . рус:.'.

d'-G:î с!/- • IL Ci iî J cíGií" cil: am . dr. . ft'isj' її ¿|L

d30;'t _ -Сл.-і (f>:îîS-ci2ti. - Cú?j- á

dt1 fit ‘ ot C--

аг0з> - 03 ,, tJGi'i . аз:у„:1!іїі ... G-íí-dO^ .

СІІг 1 dt dt ' dt

rC?. C<IIj - Afti Vrt О'іг j " ÛlîL C.* O ui «A»Í cr

С: Ca С? Сз

С?

Строим граф тепловой цэпи, соответствующий уравнена (10),

В.} ___________-«!» ....

Здесь передачами ветвей графа является олемзнт «атрицы:

(Х115 (Х125 СХ(з5

(Хл* — 0(эа% ¿Х:з$ СХ315 С(щ - 0'«5

( И)

Вычисляем матрицу

ра-1]

1р+СЦ) - —£Х|з$

- ( р+ С&2|) _ №3$

- СХ315 — с(з2^ (р+с&1)

• Выполняем инверсна грацза: ' ..

8к1И КР+й’^

р+С()^

( 12)

615(0)

0^5(0)

•О

0з5(о)

•О

ptan^ д,4(р;

Исключив узли 8:$(Р) и 0з$(Р), выполняя преобразования, аналогичные выполнению! для получения графовых моделей стационарного режима нагрева,получим графовую модель нестационарного рзки-ка нагпева теплового тела 615(1).

. е,;ш^....^1°..........»РГ4

I „ ГI - 6 )[( (Хщ+ЬНр(щ*1\)- (Х2зу СХзз$1 ы*1- -гогь- и) СГ

м - адз;^2г)- оьц- а»5 3

■}: (-¿1~ 1г)(-¿г-4з) С* ^

, (|-е )£(Ощ+Ъ)((Хщ + Ь)- (Хщ £Хзг^1 Г. Ы4|--гз)(4з-*з) С.* 5

I __ _(1-е4|1)[-<ОГз51+|1)0(|Ц_ с«и}-01и$ 3 '¿ХщШ ~ ь <-*< - -ы( ¿1 - ы Сз

{1-еы)[-(ащ+!0 си - «32}]

Ы -¿I -4г)а1-Ь) с5

( I-е*'*')[-( (Хзз$ +¿з) &Щ- Йи^СХгг^] 1з ( Ъ - "Ы ( ¿г - "Ы С|

I _ ( I - 6 )£&2Ц + #13$ ( £<225 ■* ‘¡О ]

и^Ш

■ (I - е *1>С СМ ан; 4 д1?4 ( С(зз^ + 12) 1 -Ы Ь- Ы(*2-Ы С1

, ( I -е11)1ачЧ (ХиЦ- 0(13$

' 1з (1) - 1з) С?

Для других тепловых тел графовыз модели нестационарного режима нагрева получим таким же образом:

Рис.4. Окончательные графовые модели уравнений нестационарного нагрева АД.

- F, - _

оап'-р'т.ів постройки* гра^пм-'х мод-’лпіі получ’-i;.; о^т;:!іі вид р^п:«-ц:?я урчптшя трплоюго балаяся для н<,стац«ікпріпп рог.;::/п пагропа п гптричїпй фор:.^ im och'ípí* прнпшчгля грпфа гкроу«нніго с?>стп;аї;;дг

1 tt,VU 1 a,v,(î> » о «Гм<« ■ О О ■ -р,Г "Díjlí.)'

1 aiid) і Olínít) 1 о oiüíu: О 0 Рц OisdJ

^ S2 о ,■=* — і aïîjitî о айн» О JL . о о 1 1 X Рц R5 tr: Gjjít) G^d)

C4!Í<U ССс;«)

о 0 О ' ötV,(t) і і 0-ЩІІ) СлУи Psi 9¿jfU

о — о О 1 CífcVjít) і і аки) cífetít) Рч Bsjit)

F.->урягк^ігля «'’стпзтппри'г» р-''.г-:м:і н:-грп'_;г; чяст'ітно-управг.к«м'>го ДД л;;:;к':тсг с"рп:.г'г_тл;)о ¡¡^ •.•«дьк-» для «potreen v.:ігр’пя,

m ■' nfntrenn nxsnvMitna, іягдг d k'hviit oxsasjîw:.” сг~л-їС7:

p^nj'cj Gû^u о. Гіри ото;;. ne*' nr'.ті-pH iip-.:pc.r.i;;:j;voT к ¡;у.*о. Mn cí<:¡"m-:i-

итл окэнчйтсдг.пЯ грогом!» nvn; т^плознго n:¡ou.--ecr. itccvauw-.cp-mn р.-’Кііча !iarp'?Dn клзаг. состав.:ггь адгорнтк расчета »:?. S£4, ьмтл-руй гпрволяпт пг>тп;л':т«:':'.!рпптг^ тлучгч:.:;* 'л-оультг^ои к^стпи'їокпрґі-г’п рок.;«.:« i!.<irpo¡;n от^-лн;-;:: рассїлг.т^зг.лїго.“: чгст^Л частотиз-р-ту;::?-руоі.пго ДД,

На р::с.5. пр^дстгсл-'Ш» кри..;;^ •r»ws-‘p:,ryr; рггссч'---

?г.,’!іін:: пг, гл'їоду грпфс п\> ».«»тоду с::сїг-ї.-> ур.л^нг. "г..:-

“о а;:сп'чг.ік'*ігга;:ьпїк» зскракг^рйоти;:” нзгр^ьл

ДД тхла ДЛІООЗДУЗ для ііагрузк:: Uz*- Ми* сс.«1. v..-? trr.n.i.".

тсі-'ппргтур ДД гас»!™тии:* кр:тш«, г,пр-'>д<-лгг;;г:"-‘ m к«>тоду гр;^г,^,бо-' л<гг точна согласуется с o::.cr.--,p;:v-'j:roM« Camp Соліт^ з'ісолтл« расхоядснч.-, G0С no cpa«.(:J¡;¡.c> с сз:cn^puvc:îvoïг оэотютстг-уст кс-ніу переходного прэцесса теплового теяй^ ста;;:; статор':/'.

позеоллпт нам для йн.-.^илркоР. практик;: роког.^ндо-^ль » ;••?:<>£ гу-.гі-їз порайонного состлг.пин для т^ндаыгх расчлтос АД,

Срг'.гп;їтг'."!.нь;ґі йь\>т.:з иродлагзл:.пп ;.Y‘ïo;ùuk;î pac*:'. с па оапьа грсфвых '«лелея npatysccnn імгpp.DS ДД для нретацк.нкри^гп с с!1алит;жг.1кы-:гт-~р~:г-г.;;н^;.: ¡¿п'одо;,: пока-Улзо?, чго ипгидьку una-.тлттюлкко ретйііііл задач;; сСлспоч'.шазтся wßpauvi«iH«:.i-np'.iösvK%nrncj ьи?тодомі та ьятодегка на основе гра$оішх кздагаЯ дает dnr-аЬ .тэч;&*<» '

результаты, т.к. по данной методика задаются равным значением времени, а не шагом приращения времени, как это делается итерационным изтпдом.

На рис.6, представлени экспериментально снятие тепловые характеристик процесса нагрева и охлаждения лобовых частей обмотки статора со стороны вала. Снятие процесса охлаждения выполнено для двух случаев: первый случай для0эр»0, а второй - GJp» I5ï С*1 і Интенсификация процесса охлаждения частотно-регулируемого ДД путем вращения ротора с помощью вспомогательного двигателя после отключения ЛД от ТПЧ позволяет почти в два раза сократить время охлаждения двигателя и повысить надежность системи электропривода.

ГЛ.4.3!ССПЕЕОЕНТ^ЬШЕ ИССІВДОЗАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ .

ЛС:ГгП<РЛШЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В СИСТЕШ ИРЛСТОРДОГО >

ЧАСТОТЮ-РЕГУЛ’ЛРУЕШГО ЭЛЕПТОПРЯВОДА.

Для снятия кривых нагрева частотно-управляемого АД была монтирована и налажена экспериментальная установка с комплектным тиристорним преобразователем частоты ТПЧ-І5-У4. Исследовались ЛД различных серий (АО,4А и др.) и мощности в диапазоне 1*10 кВт, нагруженные на генератори постоянного тока. Для изменения температуры в активних частях частотно-регулируемого АД в качестве датчика температури использовались термопары. Созданная экспериментальная установка позволяет снять и автоматически записывать тепловые характе-' ристики с 17 исследуемих теплових точек двигателей.

Кривые нестационарного режима нагрева частотно-управляемого АД Т1!па4-1!0054УЗ для случая -| =-j*n = 50 Гц и Mc = MH=const при питании двигателя от ТПЧ и от сети показывает, что влияние гармоники па тепловое состояние тепловых тел ощутимое. Особо ощутимо влияния писшах гармоник к температуре зубца и спинки статора. Самыми нагретини частями АД являются лобовые части обмотки статора по обе сторони двигателей » самую низкую температуру имеет корпус АД

Убілкчзниє температури вита допустимого значения приведет к старенир изоляции а сокращению срока служби ДД. Во избежание сгорания обмотки АД при низких-частотах по достижении двигателем допустимой температури тепловій испытания заканчиваются и установившеся температура рассматриваемых частей двигателя определяются графическим мзтодсм, . .

Язькжеьла постоянных времени нагрева отдельных рассматриваемых частей АД, питаемого от 1ГіЧ,для случая Мс= Мн» const в функции частоти представлена на рнс,7. Постоянна времени нагрева АД при

О 20 АО 60 30 (00

Рис.5 Сравнение превышения температури теплових характеристик ДД, пазовой части обкатки-статора, стали.спинки статора, корпуса двигателя, полученных методом графов,экспериментальным и итерационным путем при нестационарном режиме нагрева ДД.

гузпипанля частоты, кипя различны» значения п различных частях • Ш'лгателя такхк умпкмаатся. На рис.7 также яр^дставлонн кривые тостоянных времени охлладония частотно-р^гулхручшго АД пр.! раз-тчных значениях скорости ротора 03р=0' (I1). В птпм случая по всем 1иапазоцр регулирования сг-простк тстеяннк»» з романа ,'хлаядения ос-, гаются нпизмопны. Ео второе случа«, к->гда скорость изм^ня^тся тр^п^рц’л^нальнл частот” С0р= Х^аь (2'), с у^нь'^ниг-м частоты увплжш-заатся тпстояины» вр^м^н:; охлата^нля. Б третьем случае, когда :корость ротора врштумпя н^из^ниа равна но \г,:: > а л ы ■ о :гу =! 5 ? с'1 (37, тостоянных вр^¡.'''к;: охлайШ’нкя езгь^ шок::« я нгглзущшь-го по псп?-? мапа-зон« регулирования скорости. '

пр-зуенн иагрова " охлагдо.ння тепловых'тол АД п системах частотного элоктропрчпода.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ .

1. Впервые разработана і/етодика расчета процесса нагрева

АД в системах частотно-регулируемого электропривода на базе прообразованных эквивалентных теплових схем с элементами теории графов, позволявшая призвести тепловой расчет электродвигателей сродней и большой мощности с достаточной инженерной точностьв. Предло-кен алгоритм расчета теплових процессов АД на ЭВМ, позволяющий разработать локальный САПР, существенно облегчающий работу проек-тировцнков v. эксплуатационников при тепловом расчете л анализе частотно-управляемого электропривода. . '

2. При равных прочих условиях по сравнении с анаяитачоским методом алгоритм расчета стационарного теплового процесса с помощью графовой модели существенно упрощается зн счет вычисления тепловых расчетов простыми артистическими действиями с наглядной интерпретацией процедуры расчета. Точность полученных ращений . тепловых параметров практически равносильна.с полученный рекеняеи аналитическим методом и хорошо сходится с экспериментальным« дан-

1Ш1£И. . : ■ . . . ■ '

' 2. Сравнительный анализ предлагасіюй ьгетодикя рссчоха на

основе графовых моделей процессов нагрева АД для нестационарного режима с пналитичоскнм-итерацизкным «етодпм показу веет, что поскольку аналитическое решение задачи обеспечивается итерационным- , приближенным гатодом, то методика на основа трефових Аделей дао? болео точные результате, так кпк по данной методике задгется рає-кыш значениями времен*, а но вагоы прирадангія врокзки» как ото . долсстся итерационным методом. . V ’ .

4. С методической точки зрання, признание графовых годелай целесообразна для расчета тепловых процессов двигателей болідів?. : >

мощности. В отих двигателях єнутренни!» тепловые взаимосвязи исаду : телами несколько слабо отрапаотся пг сравнений с двигателями «алзй ' и средней мощности и следовательно, существен?» облсгчаэтск голу-чение графовой модели тепловых процессов, т.н. матрица теплових. \ проводимостей для дви.гптеля бользой МОЩНОСТИ будзт нзпоякосгъв заполнена. ■ ■ . ' V

Устанэзлони эашюиернэстя изквнеімя пр?і»шсчаш їсиаратуїв.-. а разліпііаас частях АД в системах частотного электропривода с учетом изменения потерь и тепловых параметров двигателя. Определен, рациональный диапазон регулирования АД по частоте 20-50 Гц для класса нагрузки характеризуемой постоянством момента в пределах

котороЛ температура двигателя «в превшает допустимого значения, установленного ГОСТом для данного класса изоляции.

6. Получены теоретическим и ¡экспериментальным путем постоянные времени нагреЕа и охлаждения частотно-рзгулируемсго АД, позволявшие определить с достаточно:! точностью время установившегося значения температуры стационарного рег.ша нагрева, а также время необходимое для полного охлаждения двигателя.

7. Установлено, что в процессе охлаждения АД при СОр^Опос-тоянные времени охлаждения при -f < |.ч также уменьшаются в 2,21 раза, а приЫр=Т?а\. и пропорциональном изменении текушеП частоты - постоянные времени увеличиваются в 1,57 раза. Интенсификация процесса охлаждения позволяет увеличить частоту включения АД в циклических реглиах и ото позволяет снизить установленную мса-ность'двигателя, поеысить надепшеть частотного электродвигателя

8. Создана экспериментальная установка для исследования теп лових процессов АД в системах тиристорного частотно-регулируемого электропривода, позволяющая снять и автоматически записывать тепловые характеристики с 17 исследуемых тепловых точек двигателя при исследовании процессов нагреЕа и охлаждения при различных режимах работы электропривода.

9. Полученные сбобиенные результаты и рекомендации могут бить использованы при разработке, проектировании и рациональной эксплуатации частотно-регулируемых комплектных электроприводов, где широко используются обиепромьппленные АД различных серий.

Основное содержание диссертации опубликовано в следуюши:: работах:

. I. Хакимов A.A., Имамназаров Л.Т., Сат-Самн. Расчет стационарного pe:iö;rга нагрева асинхронного двигателя.// Прикладные "опросы электроавтоматики и преобразовательной техники: Труды ТГТУ. - Ташкент: IS9I. с.53-63. " ' .

2. Хвпииов A.A., Имамназаров Л.Т., Ga-т Сами. Использование олекентов теории граТюв для расчета стационарных режимов нагрева частстко-регулируе:.;ых асинхронных двигателей.// Отчет по НИР. "Разработка автоматизированных частотно-регулируемы;: электроприводов с силоеимн полупроводниковыми преобразователями /СПИ/ с он тпмизацие;'; их ре/кичев и повышения надежности электрооборудовании гидроэлектрических и насоснух станций". J,‘ Госрегистрации OI8VOOIS234, ТГТУ, Та-шсент, IS9I г. с. 20-29,

- 20 -

Личный вклад автора в работу. Бее включенные в диссертацию исследования, выполненные в соавторстве, проведены при но посредственном участии автора на всех этапах работы. Во все публикации автором внесен решавший творческий вклад.

¿Г. -----

Подписано в печать 4.03.92 г. Формат 60x84 1/16 пл. - 1,5 3ак.1329 тираж 130 .

Отпечатано на Ротапринте ТашЗНШЛ

700000 Ташкент, Почтамт, a/п ÏG8