Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Электромеханические характеристики трехвазного асинхронного двигателя при несимметрии обмотки статора

Диссертация: Электромеханические характеристики трехвазного асинхронного двигателя при несимметрии обмотки статора
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Методы исследования. Теоретические исследования проведены с использованием методов анализа электрических и магнитных цепей, магнитосвязаных контуров, метода симметричных составляющих. Достоверность результатов подтверждается сопоставлением расчетных и экспериментально полученных данных. Экспериментальные исследования проводились в лаборатории посредством методов испытания электромашинных систем… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Состояние исследуемого вопроса по литературным источникам
    • 1. 1. Вопросы анализа и расчета асинхронных двигателей при несимметрии, вызванной исключением части витков из фазных обмоток
    • 1. 2. Вопросы анализа и расчета асинхронных двигателей при несимметрии, вызванной наличием короткозамкнутых контуров в фазных обмотках
    • 1. 3. Выводы. Постановка задач исследования
  • 2. Электромагнитные процессы и характеристики трехфазного асинхронного двигателя при несимметрии фазных обмоток статора, вызванной исключением части витков
    • 2. 1. Уравнения напряжений при несимметрии фазных обмоток статора
    • 2. 2. Параметры контуров асинхронной машины при несимметрии фазных обмоток
    • 2. 3. Физические модели для исследования асинхронных машин с несимметрией фазных обмоток
    • 2. 4. Расчет и экспериментальное определение электромагнитных характеристик асинхронных двигателей
  • Выводы по разделу
  • 3. Вращающие моменты трехфазного асинхронного двигателя при несимметрии фазных обмоток
    • 3. 1. Высшие гармоники МДС, возникающие при несимметрии фазных обмоток статора
    • 3. 2. Вращающие моменты асинхронной машины с несимметричными фазными обмотками
  • Выводы по разделу
  • 4. Методика расчета электромеханических характеристик асинхронных двигателей и определение допустимой нагрузки для общего случая исключения части витков фазных обмоток
    • 4. 1. Методика расчета электромеханических характеристик асинхронных двигателей для общего случая исключения части витков обмотки статора
    • 4. 2. Определение допустимой нагрузки асинхронного двигателя при несимметрии фазных обмоток
  • Выводы по разделу
  • 5. Электромагнитные процессы и характеристики трехфазного асинхронного двигателя при несимметрии фазных обмоток, вызванной короткими замыканиями в обмотках
    • 5. 1. Модель междувиткового короткого замыкания части фазной обмотки статора
    • 5. 2. Уравнения напряжений при наличии короткозамкнутых контуров в обмотке статора
    • 5. 3. Параметры короткозамкнутого контура фазы А
      • 5. 3. 1. Индуктивное сопротивление рассеяния короткозамкнутого контура в обмотке статора
    • 5. 4. Формирование системы уравнений
    • 5. 5. Экспериментальные исследования на физических моделях
    • 5. 6. Расчетное определение токов и характеристик. Решение уравнений на ЭВМ
    • 5. 7. Оценка точности математической модели
    • 5. 8. О возможности оценки степени междувиткового короткого замыкания в фазных обмотках асинхронных двигателей
  • Выводы к разделу

Электромеханические характеристики трехвазного асинхронного двигателя при несимметрии обмотки статора (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность темы

По данным статистики более половины случаев выхода из строя асинхронных машин (АМ) происходит из-за повреждений обмотки статора. Главной причиной является повреждение проводниковой и пазовой изоляции. Это может быть следствием как нарушений в технологии производства или ремонта двигателей, так и неправильной эксплуатации или длительной работы. В результате возникают короткие замыкания: междувитковые, междуфазные, на корпус. Об их наличии свидетельствуют повышение уровня шума и вибрации двигателя, возникает несимметрия фазных токов. В этом случае, как правило, машины должны быть отключены от сети и отправлены в ремонт. Однако иногда допустима их работа на некоторое время, особенно в ответственных установках, до момента включения резервных машин. В настоящее время ограниченные средства на ремонт оборудования часто вынуждают промышленные предприятия сокращать объем ремонтных работ. Так, при выходе из строя нескольких секций обмотки статора асинхронных двигателей (АД), эти секции не извлекают из пазов, но исключают из схемы обмотки, а концы оставшихся секций соединяют в обход неисправных. В результате обмотка статора (ОС) становится несимметричной и двигатель в дальнейшем эксплуатируется с такой обмоткой. Несимметрия фазных токов приводит к отклонению характера магнитного поля в воздушном зазоре от кругового. В итоге в кривой поля появляются гармоники различных порядков, которые вызывают искажение формы кривых вращающих моментов и при значительной доле выведенных секций могут сделать невозможным пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Возникает необходимость определить допустимое число исключаемых секций, при котором искажения пусковых характеристик еще могут позволить эксплуатацию двигателя при требуемой нагрузке. Решение этой задачи сводится к расчету вращающих моментов асинхронной машины при несимметрии фазных обмоток трехфазной обмотки статора.

С помощью известных методик, приведенных в работах А. И. Адаменко, Т. Г. Сорокера и других авторов, фазные токи при небольшой степени несимметрии фазных обмоток статора определяются достаточно точно, однако электромагнитный момент определяется без учета высших гармоник, возникших из-за несимметрии. Это вызывает значительную погрешность расчета величины момента. В известной литературе отсутствуют сведения о расчете гармоник МДС низшего и дробного порядков, возникающих при несимметрии фазных обмоток. Возникает задача разработки методики определения вращающих моментов с учетом высших гармоник МДС.

В связи с изложенным, задача расчета электромеханических характеристик асинхронных машин, при наличии несимметричной обмотки статора, сегодня является актуальной.

Цель диссертационной работы — определение работоспособности и качества функционирования трехфазных асинхронных двигателей с несимметрией обмотки статора для продления срока эксплуатации.

Основные задачи исследования:

1) разработка математической модели асинхронной машины с несимметричными (усеченными) фазными обмотками в трехфазной системе координат;

2) усовершенствование существующей методики расчета электромеханических характеристик и определения вращающих моментов несимметричного АД с учетом высших гармоник МДС;

3) определение допустимой нагрузки асинхронного двигателя с усеченными фазными обмотками.

4) получение аналитических выражений для взаимоиндуктивностей несимметричных фазных обмоток и уединенных короткозамкнутых витков;

5) разработка математической модели асинхронной машины с короткозамкнутыми витками в фазных обмотках.

Объект исследования — несимметричная трехфазная асинхронная машина при усечении, либо коротком замыкании витков в фазных обмотках статора.

Предмет исследования — электромагнитные и электромеханические процессы при несимметрии фазных обмоток статора и эксплуатационные характеристики АД.

Методы исследования. Теоретические исследования проведены с использованием методов анализа электрических и магнитных цепей, магнитосвязаных контуров, метода симметричных составляющих. Достоверность результатов подтверждается сопоставлением расчетных и экспериментально полученных данных. Экспериментальные исследования проводились в лаборатории посредством методов испытания электромашинных систем.

Научная новизна исследования:

1) разработана математическая модель трехфазной АМ в трехфазной вращающейся системе координат с несимметричными (усеченными) фазными обмотками с использованием метода вращающихся магнитных полей;

2) уточнен существующий способ определения составляющих вращающих моментов с помощью пространственно-временных эпюр МДС обмотки статора;

3) получены аналитические выражения для главных индуктивностей частей фазных обмоток и взаимных индуктивностей между ними;

4) разработана математическая модель трехфазной АМ в трехфазной системе координат с короткозамкнутыми витками в фазных обмотках;

5) предложен принцип работы устройства для обнаружения междувиткового короткого замыкания в обмотке статора на ходу машины.

Практическая значимость работы:

1) разработана методика и компьютерная программа расчета характеристик АМ с усеченными фазными обмотками;

2) разработана методика определения допустимой нагрузки АД при усеченных фазных обмотках;

3) разработана методика расчета токов в фазах АД при коротком замыкании части витков.

На защиту выносятся:

1) математические модели трехфазной АМ с усеченными, либо частично закороченными фазными обмотками;

2) усовершенствованная методика расчета вращающего момента АМ с усеченными фазными обмотками с учетом моментов от высших гармоник поля;

3) аналитические выражения для главных и взаимных индуктивностей несимметричных фазных обмоток и их частей.

Реализация результатов работы. Методика расчета характеристик АМ с несимметрией обмотки статора используется на Газоперерабатывающем заводе ООО «Газпром добыча Оренбург».

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на семинарах кафедры «Электромеханика» ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет». Результаты исследований по этапам докладывались на ежегодных Всероссийских научно-практических конференциях (Оренбург, 2006, 2007, 2008 г. г.), на Всероссийской научно-технической конференции (Оренбург, 2007 г.), на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием (Оренбург, 2007 г.). По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 2 в периодических научных изданиях из перечня ВАК.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 56 наименований, 5 приложений на 25.

Выводы к разделу 5.

1. Разработана система уравнений напряжений асинхронной машины с несимметрией фазных обмоток статора, вызванной короткозамкнутыми контурами, образованными междувитковыми замыканиями.

2. Объектами исследования были АД небольшой мощности (2,2 7,5 кВт) с отводами из фазных обмоток статора, а также крупный двигатель мощностью 500 кВт.

3. Выведены формулы для расчета собственных и взаимных индуктивностей КК в фазных обмотках. Указанные индуктивности являются коэффициентами системы уравнений, упомянутой выше.

4. Решение системы уравнений выполнено по разработанной программе в среде МаШСАО.

5. Расчетные величины токов в контурах статора (фазные обмотки, короткозамкнутые контуры) достаточно близки к экспериментальным значениям, полученным на испытуемых АД.

6. По результатам анализа опытных данных выявлена связь значения коэффициента мощности с наличием короткозамкнутых контуров в ОС. С увеличением количества короткозамкнутых контуров значение со $ф возрастает. На этом принципе основано выявление короткозамкнутых витков в фазе статора.

Заключение

.

В результате проведенных в диссертационной работе исследований решены следующие научные и практические задачи.

1. Разработана математическая модель в трехфазной системе координат трехфазной асинхронной машины с несимметричными (усеченными) фазными обмотками и создана программа её расчета на ЭВМ. Расчетные значения характеристик близки к измеренным. Максимальная погрешность не превышает 6%.

2. Предложены усовершенствованные (с более строгими допущениями) способ и методика определения электромагнитных вращающих моментов с учетом высших гармоник МДС, справедливые как для симметричных, так и для несимметричных фазных обмоток. Расчетные значения моментов близки к измеренным. Максимальная погрешность не превышает 5%.

3. Выработаны рекомендации, которые использованы для определения допустимой нагрузки трехфазного асинхронного двигателя с усеченными фазными обмотками.

4. Получены аналитические выражения для взаимоиндуктивностей несимметричных фазных обмоток и уединенных короткозамкнутых витков, использованные для математических моделей несимметричных фазных обмоток.

5. Предложена расчетная модель короткозамкнутой части фазной обмотки при междувитковых коротких замыканиях. Модель короткозамкнутой части обмотки использована в разработанной математической модели асинхронной машины с короткозамкнутыми контурами в фазных обмотках. Расчетные значения токов близки к измеренным. Максимальная погрешность не превышает 7%. Предложен способ и принцип работы устройства для обнаружения и оценки степени междувитковых коротких замыканий асинхронного двигателя при вращении в режиме холостого хода.

Разработанные методики расчета асинхронных двигателей с усеченными фазными обмотками используются на Газоперерабатывающем заводе ООО «Газпром добыча Оренбург».

Показать весь текст

Список литературы

  1. Г. Г. Проведение испытаний электрических двигателей / Энергетик, 2005, № 9, стр. 33.
  2. А. А. Электромагнитная совместимость погружного электрооборудования предприятий нефтедобычи и разработка комплекса мер по повышению надежности его работы: Автореферат диссертации.канд. техн. наук Самара, СамГТУ, 2005. — 22 с.
  3. Надежность изоляции электрических машин/ Галушко А. И., Максимова И. С., Оснач Р. Г., Хазановский П. М. М.: Энергия, 1979. — 176 с. ил. — (Межиздательская серия. Надежность и качество).
  4. Н. П., Жерихин И. П. Надежность электрических машин. Л., «Энергия», 1976, 248 е., ил.
  5. А. М. Аварийные режимы асинхронных электродвигателей и способы их защиты. М.: Колос, 1979, — 112 е., ил.
  6. А. Р. Неполадки в работе асинхронного двигателя. Л. «Энергия», 1976, 96 е., ил.
  7. Р. Г. Неисправности электрических машин/Под ред. Р. Б. Уманцева. 9-е изд., перераб. и доп. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1989.-336 е.: ил.
  8. И. П. Математическое моделирование электрических машин: Учеб. для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 2001. -327 е.: ил.
  9. А. И. Несимметричные асинхронные машины. Киев: Изд-во АН УССР, 1962. — 212 с.
  10. А. И. Методы исследования несимметричных асинхронных машин. Киев: Наук. Думка, 1969. — 356 с.
  11. В. П. Расчет электрических машин/ Энергия, 1968, 732 е., ил.
  12. Р. Рихтер. Электрические машины. Том IV ГОНТИ, 1939. 472 с.
  13. Е. И. Метод анализа и расчета характеристик многофазной асинхронной машины с пространственной несимметрией обмоток // Электричество, 1970, № 9, с. 18−23.
  14. А. И. Электрические машины. Учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений. 3-е изд., перераб. — Л.: Энергия, 1978. 832 е., ил.
  15. Иванов-Смоленский А. В. Электрические машины. В 2-х т. Том 1: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательство МЭИ, 2004. — 6526. е.: ил.
  16. И. А. Режимы работы асинхронных и синхронных электродвигателей. М.-Л., Госэнергоиздат, 1963, 528 е., ил.
  17. В. И. и др. Электрические машины: Асинхронные машины: Учеб. для электромех. спец. Вузов/Радин В. И., Брускин Д. Э., Зорохович А. Е.- Под ред. И. П. Копылова-М.: Высш. шк., 1988. 328 е.: ил.
  18. Т. Г. Теория и расчет многофазных асинхронных двигателей с несимметричными обмотками статора // Труды ВНИИ ЭМ. т. 45, М. 1976.-е. 103−121.
  19. А. С. Трехфазная асинхронная машина при нарушении равномерности воздушного зазора и симметрии фазных обмоток статора: Автореферат диссертации. канд. техн. наук Самара, ИПК ОГУ, 2002. -21 с.
  20. М. А., Абдулзаде С. В. Исследование в целях диагностики физических процессов функционирования электрических машин при неисправностях в обмотке статора и ротора // Электротехника, 2004, № 2, с. 20−27.
  21. М.А., Гаджиев Г. А., Мирзоева СМ. Диагностирование неисправностей обмотки статора электрических машин // Электрические станции, 1998, № 11, с.30−35.
  22. М. А., Гаджиев Г. А. Диагностирование технического состояния электрических машин // Электрические станции, 2000, № 9, с. 4147.
  23. А. В., Несговоров Е. В., Вяткина О. С., Сошенин Н. А. Выявление витковых замыканий в обмотках статора электродвигателя на основе методов идентификации параметров // Вестник ВоГТУ, http://www.es.vstu.edu.ru/vestnik/viavlen.htm.
  24. Н. Г. Многофазная реальная асинхронная машина: математическое моделирование, методы и средства диагностики: Монография. Оренбург: ГОУ ВПО ОГУ, 2003. — 334 с.
  25. ., Гамата В. Высшие гармоники в асинхронных машинах / Пер. с англ. М.: Энергия, 1981. — 352 е.: ил.
  26. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов / И. П. Копылов, Б. К. Клоков, В. П. Морозкин, Б. Ф. Токарев- Под ред. И. П. Копылова. 3-е изд., испр. и доп. — М.: Высш. шк., 2002. — 757 е.: ил.
  27. Проектирование электрических машин // под редакцией Сергеева П. С. //М, Энергия, 1969.
  28. Проектирование электрических машин // под редакцией Копылова И. П. // М., Энергия, 1980, 496 с, ил.
  29. Проектирование электрических машин // Учеб. для вузов.- В 2-х кн.: кн. 1/ И. П. Копылов, Б. К. Клоков, В. П. Морозкин, Б.Ф. Токарев-
  30. Под ред. И. П. Копылова. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1993.- 464 с.
  31. Я. С., Кузнецов Б. И. Проектирование серий электрических машин переменного тока // Л., Энергия, 1974, 504 с, ил.
  32. Е. М. Автоматизированное проектирование электрических машин малой мощности: Учеб. пособие / Лопухина Е. М., Семенчуков Г. А. М.: Высш. шк., 2002. — 511 е.: ил.
  33. О.Д., Гурин Я. С., Свириденко И. С. Проектирование электрических машин // М., Высшая школа, 1984, 431 с, ил.
  34. А.Е. Конструкция электрических машин // М., Государственное электрическое издательство, 1958, 427 с, ил.
  35. Е.П., Гаинцев Ю. В., Ковалев Ю. М. и др. Асинхронные машины общего назначения // Под ред. Петрова В. М., Кравчика А. Е. // М., Энергия, 1980,-488 с, ил.
  36. Я.Б., Домбровский В. В., Казовский Е. Я. Параметры электрических машин переменного тока // М. Л., Наука, 1965, — 339 с, ил.
  37. Унифицированная серия асинхронных двигателей Интерэлектро // под ред. Радина В. И. // М.: Энергоатомиздат, 1990. 416 с, ил.
  38. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник // М: Энергоиздат, 1982.-504 с, ил.
  39. И. И. Электромеханические процессы в машинах переменного тока. Л.: Энергия. Ленигр. отд-ние, 1980. — 334 е., ил.
  40. Р.Г. Погрешности балансирных моментомеров // АН СССР ВНИИЭМ Электрические машины малой мощности. Сб. трудов. -Издательство Наука, Л.: 1970, с. 99 115.
  41. Г. А., Кононенко Е. В., Хорьков К. А. Электрические машины (специальный курс) // М., Высшая школа, 1987, 287 с, ил.
  42. И. Г. Шум и вибрация электрических машин // Энергоатомиздат, 1986. 208., ил.
  43. Е. М., Янко Ю. И. Испытание электрических машин. -М.: Энергоатомиздат, 1990. 320 е.: ил.
  44. О.Д. Испытание электрических машин // Учебн. для вузов по спец. «Электромеханика». М., Высшая школа, 1990. — 225 с, ил.
  45. Л.М., Васютинский С. Б., Несговорова Е. Д. Испытание электрических машин // м! Л., Госэнергоиздат, 1960. — 372 с, ил.
  46. Г. К. Промышленные испытания электрических машин // М. Л., Госэнергоиздат, 1959. — 504 с, ил.
  47. Г. К. Промышленные испытания электрических машин // М. -Л.: Энергоатомиздат, 1984. 408 с, ил.
  48. Н.Ф., Кузнецов Н. Л. Испытания и надежность электрических машин // Учебн. пособие для вузов по спец. «Электромеханика». М.: Высшая школа, 1988. — 232 с, ил.
  49. Н. Г., Омон А. Б. Уравнения напряжений асинхронной машины при наличии короткозамкнутых контуров в обмотке статора // Вестник ОГУ. 2006. № 12 приложение, с. 438−440.
  50. Н. Г., Падеев А. С., Омон А. Б. Вращающий момент трехфазной асинхронной машины при несимметрии фазных обмоток статора // Электричество, 2008, № 2, с. 49−54.
  51. Н. Г., Омон А. Б. Высшие гармоники МДС, возникающие при несимметрии фазных обмоток статора // Труды Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: состояние, проблемы, перспективы» Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2007, с. 227−233.
  52. А. Б. Современные устройства для контроля состояния обмотки статора электрических машин // «Вызовы XXI века и образование» Материалы Всероссийской научно-практической конференции. Оренбург, ОГУ, 2006.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?