Evaluation of Load Fluctuations Impact on Induction Motors Insulation Resource

Abstract

ВведениеБольшое количество электроприводов в различных отраслях работает в режимах, для которых характерно периодическое изменение нагрузки или периодов работы и паузы. При работе в таких режимах температура элементов двигателя может изменяться в широком диапазоне. Широко распространенный классический метод оценки теплового состояния электродвигателей на основе средних потерь так, как и методы эквивалентных величин, основанные на нем, не учитывают это обстоятельство. Вывод выражений для этих методов предполагает линейную связь между скоростью термического старения изоляции и ее температурой, так как только в этом случае средняя температура отражает среднюю скорость старения изоляции.В действительности скорость термического старения изоляции () связана с температурой () экспоненциальной зависимостью. Эта зависимость может быть получена, исходя из законов кинетики химических реакций [1], и может быть представ-где B и G -постоянные коэффициенты;  A = 273 °С; k = 3600, если срок службы измеряется в секундах. Расход термического ресурса изоляции за время t work может быть представлен как(2) Расход термического ресурса изоляции за время работы в номинальном режиме с температурой  N будет R N = ( N )t work . В этом случае можно ввести коэффициент ускорения расхода термического ресурса изоляции k   = R/R N , позволяющий оценить влияние изменений температуры обмотки на ее долговечность.Выражение (1) описывает монотонно возрастающую функцию с положительной второй производной. Из этого следует, что увеличение скорости старения изоляции при увеличении температуры вверх от средней не компенсируется ее снижением при снижении температуры. Поэтому любые колебания температуры ведут к увеличению скорости расхода термического ресурса изоляции, а при колебаниях температуры с разной амплитудой, но одинаковым средним ее значением, средняя скорость старения изоляции будет разной (k  всегда больше единицы). Это ведет к сокращению срока службы двигателя, что не учитывается классическими методами оценки теплового состояния двигателя [2]. Однако факт влияния колебаний температуры на ускорение расхода термического ресурса изоляции обмотки при определенных условиях может оказываться весьма существенным [2-5].На рис. 1 показано влияние колебаний нагрузки, характеризуемых относительной величиной среднего квадратичного отклонения мощности потерь ( P ), на коэффициент ускорения расхода ресурса изоляции k  . Графики показаны для t/t б = 0,01 при соблюдении условия равенства средней за цикл (P ср ) и номинальной (P N ) мощностей потерь; t -характерное время постоянства нагрузки; t б = C   lim /P N ; C  -суммарная теплоемкость двигателя;  lim -максимально допус-Электромеханические системы УДК 62-83:621.313 Уральский федеральный университет, г. Екатеринбург, РоссияАктуальность исследований обусловлена необходимостью повышения надежности и снижения аварийности асинхронных электроприводов из-за выхода из строя обмотки статора. Целью исследований является разработка способа учета влияния изменений температуры обмотки при коле...