Бочкарев И.В., Брякин И.В., Храмшин В.Р., Сандыбаева А.Р. Разработка систем защиты от перегрева электродвигателей переменного тока - Журнал «Электротехнические системы и комплексы»

Аннотация

Проведен анализ известных методов и систем тепловой защиты электродвигателей. Показано, что наиболее перспективными из них являются методы, основанные на контроле активного сопротивления обмотки статора электродвигателя, величина которого однозначно определяется ее температурой. Однако такие методы требуют или ввод постоянного измерительного тока, или выделения указанных параметров алгоритмическим путем из рабочих переменных величин. Предложен новый способ тепловой защиты электродвигателей переменного тока. Способ основан на том, что изменение активной и/или реактивной составляющих импеданса обмотки вследствие изменения ее температуры вызывает соответствующее изменение угла между векторами фазных напряжений и токов. Это позволяет осуществлять тепловую защиту путем контроля изменения указанного угла. Разработан соответствующий вариант структурной блок-схемы устройства, реализующего предложенный способ тепловой защиты. Проведены экспериментальные исследования, результаты которых подтвердили работоспособность и эффективность предложенного технического решения.

Ключевые слова

Электродвигатель переменного тока, тепловая модель, устройство плавного пуска, активное сопротивление обмотки статора, синхронный детектор, синфазная и квадратурная составляющие напряжения питания, разность фаз между векторами напряжения и тока.

Бочкарев Игорь Викторович – д-р техн. наук, профессор, кафедра электромеханики, Кыргызский государственный технический университет имени И. Раззакова, г. Бишкек, Кыргызстан. E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9873-9203.

Брякин Иван Васильевич – д-р техн. наук, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией информационно-измерительных систем, Институт машиностроения и автоматики, Национальная академия наук Кыргызской Республики, г. Бишкек, Кыргызстан. E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.. ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7463-8072.

Храмшин Вадим Рифхатович – д-р техн. наук, профессор, кафедра электроснабжения промышленных предприятий, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, г. Магнитогорск, Россия. E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.. ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0972-2803.

Сандыбаева Аида Рысматовна – старший преподаватель, кафедра электромеханики, Кыргызский государственный технический университет имени И. Раззакова, г. Бишкек, Кыргызстан. E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1097-0989.

1. Кисаримов Р.А. Электропривод: справочник. М.: РадиоСофт, 2012. 352 c.

2. Контроль состояния изоляции электрических машин в эксплуатации / Г.А. Безчастнов, А.М. Красильников, Т.М. Нэмени, Ю.А. Филиппов. М.: Энергопрогресс, 2001. 64 с.

3. Hewitson L., Brown M., Balakrishnan R. Practical power systems protection. Newnes, 2005. 289 р.

4. Mccleer P.J. The Theory and Practice of Overcurrent Protection. Mechanical Products in Jackson, Mich., 1987. 233 р.

5. Paithankar Y.G., Bhide S.R. Fundamentals of Power System Protection. Prentice-Hall of India Pvt.Ltd 2004. 301 р.

6. Юндин М.А. Токовая защита электроустановок. СПб.: Изд-во «Лань», 2011. 288 с.

7. Гордов А.Н., Жагулло О.М., Иванова А.Г. Основы температурных измерений. М.: Энергоатомиздат, 1992. 303 с.

8. Zhi Gao. Sensorless stator winding temperature estimation for induction machines. Georgia Institute of Technology, 2006. 204 р.

9. Макаров А.В., Вечеркин М.В., Завьялов А.С. Обзор тепловых моделей асинхронных двигателей // Электротехнические системы и комплексы. 2013. № 21. С . 75-84.

10. Gao Zhi, Habetler T.G., Harley R.A. An Online Adaptive Stator Winding Temperature Estimator Based on a Hybrid Thermal Model for Induction Machines. IEEE International Conference on Electric Machines and Drives, 2005, pp. 754-761.

11. Zhang P., Du Y., Habetler T. G. A transfer function-based thermal model reduction study for induction machine thermal overload protective relays. IEEE Transactions on Industry Applications, 2009, vol. 46, Issue 5, рр. 1919-1926.

12. Бочкарев И.В., Ашмарин А.В. Устройство для измерения температуры обмотки электрической машины переменного тока под нагрузкой: а.с. 1108337 SU, МКИ G01К7/16, G01R27/08, заявл. 23.11.81; опубл. 15.08.84, Бюл. № 30.

13. Albla A.A.H., Brkovic B.M., Ječmenica M.M., Lazarevic Z.M. Online temperature monitoring of a grid connected induction motor. Engineering, 2017, p. 276-282.

14. Bochkarev I.V. Measuring the winding temperature of AC machines under load. Russian Electric Engineering. New York, Allerton Press, Inc. 1999, vol. 70, no. 2, pp. 28-32.

15. Бочкарев И.В., Ашмарин А.В. Устройство для измерения температуры обмотки электрической машины: а. с. 998873 SU, МКИ G01К7/16, заявл. 15.09.81; опубл. 23.02.83, Бюл. № 7.

16. Бочкарев И.В., Ашмарин А.В. Устройство для тепловой защиты электрической машины: а.с. SU № 1187234. МКИ Н02Н5/04, Н02Н7/08. Заявлено 23.04.83, опубл. 23.10.1985, Бюл. № 39.

17. Zhang P., Lu B., Habetler T.G. Active stator winding thermal protection for AC motors. Conference Record of 2009 Annual Pulp and Paper Industry Technical Conference 2009, pp. 11-19.

18. Zhang P. Active thermal protection for induction motors fed by motor control devices. Georgia Institute of Technology, 2010. 202 р.

19. Lee S.B., Habetler T.G. An On-line Stator Winding Resistance Estimation Technique for Temperature Monitoring of Line-connected Induction Machines. IEEE Transactions on Industry Applications, 2003, vol. 39, no. 3, pp. 685-694.

20. Aalabaf Sabaghi M., Feshki Farahani H., Hafezi H.R., Kiani P., Jalilian A. Stator winding resistance estimation for temperature monitoring of induction motor under unbalance supplying by DC injection method. Engineering 2007, 42nd International Universities Power Engineering Conference 2007, рр. 217-222.

21. Sabaghi M., Farahani H. F. Monitoring of induction motor temperature under unbalanced supplying by stator resistance estimation. Indian Journal of Science and Technology, 2012, vol. 5, no 3, рр. 2354-2359.

22. Enany T. A., Wahba W. I., Hassan M. A Remote and Sensorless Stator Winding Temperature Estimation Method for Thermal Protection for Induction Motor. Engineering, Computer Science IJSDA. 2014, vol. 3, pp. 53-72.

23. Zhang P., Lu B., Habetler T. G. A Remote and Sensorless Stator Winding Resistance Estimation Method for Thermal Protection of Soft-Starter-Connected Induction Machines. Computer Science, Engineering. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2008, vol. 55, no.10, pp. 3611–3618.

24. Zhang P., Du Y., Lu B., Habetler T. G. A DC Signal Injection-Based Thermal Protection Scheme for Soft-Starter-Connected Induction Motors. IEEE Transactions on Industry Applications, 2009, vol. 45, pp. 1351-1358.

25. Enany T.A., Hassan M., Othman E.S. Induction motor temperature monitoring via signal injection enhanced with adaptive neuro-fuzzy inference system. Engineering, 2017, pp. 91-109.

26. Zhang P., Lu B., Habetler T.G. An active stator temperature estimation technique for thermal protection of inverter-fed induction motors with considerations of impaired cooling detection. IEEE International Electric Machines and Drives Conference, 2009, 9 р.

27. Matic P.R., Gecic M. A., Lekić Đ., Marcetic D.P. Thermal Protection of Vector-Controlled IM Drive Based on DC Current Injection. IEEE Transactions on Industrial Electronics 2015, vol. 62, Issue 4, рр. 2082–2089.

28. Tshimanga T.P., Bezabih E., Iyer V.R., Zhang S., He L., Harley R.G. Stator temperature estimation of open-loop controlled induction machines via active DC voltage injection. North American Power Symposium (NAPS), 2015.

29. Baneira F., Asiminoaei L., Doval-Gandoy J., Delpino H.A.M., Yepes A. G. G., Godbersen J. Estimation Method of Stator Winding Resistance for Induction Motor Drives Based on DC-Signal Injection Suitable for Low Inertia. IEEE Transactions on Power Electronics, 2019, vol. 34, pp. 5646-5654.

30. Yoo J., Lee J.-H., Sul S.-K., Baloch N. A. Stator Resistance Estimation Using DC Injection With Reduced Torque Ripple in Induction Motor Sensorless Drives. IEEE Transactions on Industry Applications, 2020.

31. Контроль температуры обмоток и защита от перегрева электрических машин переменного тока / И.В. Брякин, И.В. Бочкарев, Х.Г. Багиев, К.К. Келебаев. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2019. Т. 19. №1. С. 75–84.

32. Брякин И.В., Бочкарев И.В., Келебаев К.К. Диагностика параметров электрических машин переменного тока // Электротехнические системы и комплексы. 2017. №4(37). С. 38-44.

33. Брякин И.В., Бочкарев И.В. Способ измерения составляющих полного сопротивления и устройство для его реализации: пат. RU 2691624. Опубл. 17.06.2019. Бюл. № 17.

Подробности: Опубликовано: 29 сентября 2020 г.; Обновлено: 29 сентября 2020 г.; Просмотров: 665