Аннотация
В статье изложен подход к построению системы тепловой защиты асинхронного двигателя на основе разделения термодинамических процессов на быстрые и медленные. Обоснована структура двухканальной термодинамической модели, в которой реализован этот принцип разделения процессов, получено математическое описание такой модели. Преимуществом предлагаемого подхода является небольшой объем исходных данных, необходимых для параметрирования системы тепловой защиты. Предлагаемый вариант системы тепловой защиты использует двухмассовую термодинамическую модель двигателя для вычисления превышения температуры обмотки статора над температурой окружающей среды, при этом обеспечивая более простое решение проблемы задания начальных условий для запуска в работу системы защиты после перерыва, чем системы контроля теплового состояния электродвигателя, использующие традиционные тепловые модели. Рассмотрены вопросы определения параметров предлагаемой двухканальной термодинамической модели. Приведены значения постоянных времени быстрого и медленного каналов модели для асинхронных двигателей закрытого исполнения различной мощности. Изложен подход к учету влияние изменения скорости на охлаждение двигателя. Проанализировано влияние погрешности, возникающей при переходе от исходной термодинамической модели (двухмассовой модели традиционного типа) к модели, преобразованной к двухканальному варианту. Описан алгоритм работы системы тепловой защиты на основе двухканальной модели для ситуаций медленного возрастания температуры и для кратковременной сильной перегрузки. Отмечены особенности задания начальных условий для рассматриваемой термодинамической модели после перерыва в работе системы. Приведены результаты моделирования в Matlab/Simulink работы этой системы защиты.
Ключевые слова
Тепловая защита, асинхронный двигатель, термодинамическая модель, тепловая проводимость, теплоемкость, математическое моделирование, Matlab/Simulink, постоянная времени нагрева, термодинамические процессы, превышение температуры обмотки статора.
1. Метельков В.П. О расчете параметров двухмассовой термодинамической модели асинхронного двигателя // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2016. Т. 16, №1. С. 58-65.
2. Гуревич Э.И., Рыбин Ю.Л. Переходные тепловые процессы в электрических машинах. Л.: Энергоатомиздат, 1983. 216 с.
3. Кондратьев Г.М. Регулярный тепловой режим. М.: Гостехиздат, 1954. 408 с.
4. ГОСТ IEC 60034-1-2014. Машины электрические вращающиеся. Ч. 1. Номинальные значения параметров и эксплуатационные характеристики. М.: Стандартинформ, 2015. 58 с.
5. Расчетно-теоретическое определение изменения теплового состояния обдуваемых асинхронных двигателей в режиме короткого замыкания и после него / А.Н. Бурковский, О.И. Пилипенко, О.А. Рыбалко, А.А. Мельник // Взрывозащищенное электрооборудование: сб. науч. тр. УкрНИИВЭ. Киев, 2007. С.183-193.
6. Филиппов И. Ф. Теплообмен в электрических машинах: учеб. пособие. Л.: Энергоатомиздат, 1986. 256 с.
7. Бурковский А.Н., Макеев В.В. Исследование и аппроксимация кривых нагрева обмоток статоров взрывозащищенных асинхронных двигателей в режимах S1, S2 // Техническая электродинамика. 1982. №3. С.8-14.
8. Асинхронные двигатели серии 4А: справочник / А.Э. Крав-чик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболенская. М.: Энергоиздат, 1982. 504 с.
9. Крановое оборудование: Справочник / Алексеев Ю.И., Богословский А.П., Певзнер Е.М. и др.; под ред. А.А. Рабиновича. М.: Энергия, 1979. 240 с.
10. Яуре А.Г., Певзнер Е.М. Крановый электропривод. М.: Энергоатомиздат, 1988. 344 с.
11. Гольдберг О.Д., Свириденко И.С. Проектирование электрических машин: учебник для вузов / под ред. О.Д. Гольдберга. 3-е изд., перераб. М.: Высш. шк., 2006. 430 с.
12. Кацман М. М. Расчет и конструирование электрических машин: учеб. пособие. М.: Энергоатомиздат, 1984. 360 с.
13. Зюзев А.М., Метельков В.П., Максимова В.А. Расчет параметров двухмассовой термодинамической модели асинхронного двигателя // Энергетика. Инновационные направления в энергетике. CALS-технологии в энергетике: материалы VI Международной научно-технической интернет-конференции (г. Пермь, 1–30 ноября 2012 г.). Пермь: Изд-во ПНИПУ, 2013. С. 121 131.
14. Сипайлов Г.А., Санников Д.И., Жадан В.А. Тепловые, гидравлические и аэродинамические расчеты в электрических машинах. М.: Высш. шк., 1989. 239 с.
15. Борисенко А.И., Костиков О.Н., Яковлев А.И. Охлаждение промышленных электрических машин. М.: Энергоатомиздат, 1983. 296 с.
16. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода: учебник для вузов. М.: Энергоиздат, 1981. 576 с.
17. Автоматизированный электропривод промышленных установок. Г.Б. Онищенко, М.И. Аксенов, В.П. Грехов, М.Н. Зарицкий, А.В. Куприков, А.И. Нитиевская; под общ. ред. Г.Б. Онищенко. М.: РАСХН, 2001. 520 с.
18. Захаров А.В., Кобелев А.С., Кудряшов С.В. Определение превышений температур и допустимых нагрузок закрытых асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, эксплуатируемых в широком диапазоне частоты вращения // Электричество. 2010. №12. С. 35-42.
19. Пат. 2415504 Российская Федерация, МПК H02H7/08. Устройство для защиты трехфазных асинхронных двигателей / Филичев О.А., Поздеев Н.Д.; заявитель ГОУ ВПО «Вологодский государственный технический университет» (ВоГТУ). № 2009110614/07; заявл. 23.03.2009; опубл. 27.03.2011.
20. ГОСТ 27888-88. Машины электрические вращающиеся. Встроенная температурная защита. Правила защиты. М.: Изд-во стандартов, 1989. 18 с.