Аннотация
Тепловая защита является одним из важнейших аспектов системы управления двигателем. Любая система тепловой защиты выполняет две функции: осуществляет постоянный контроль текущей величины температуры защищаемого электрооборудовании и отключает его от сети при достижении предельного нагрева. В работе особое внимание уделено первой из указанных функций. Предложена общая классификация основных способов теплового контроля обмоток электрооборудования, показаны возможные пути их практической реализации. Приведены результаты разработки системы тепловой защиты, которая реализует способ контроля температуры, основанный на расчете активного сопротивления обмотки асинхронного двигателя (АД) по экспериментальным данным, получаемым в режиме реального времени непосредственно в процессе работы АД. Разработанная схема обеспечивает минимальное влияние схемы контроля на эксплуатационные показатели всей системы в целом за счет уменьшения влияния наличия измерительного шунта в цепи статора электродвигателя. Учитывая, что температурные процессы отличаются относительно большой инерционностью, предлагается реализовать процесс измерения информационных сигналов с определенной периодичностью. Показан алгоритм этого подключения в зависимости от условий нагрева АД в процессе эксплуатации. Разработана автоматизированная система управления АД с использованием разработанного способа тепловой защиты, управление которой осуществляется микроконтроллером. Приведена обобщенная блок-схема этой системы, показаны временные диаграммы работы таймеров в зависимости от режимов работы АД. Разработанная система защиты от перегревов может быть использована не только для защиты АД, но и для тепловой защиты других электротехнических устройств переменного тока.
Ключевые слова
асинхронный двигатель, система тепловой защиты, способы контроля температуры обмотки, автоматизированная система управления, программируемый логический микроконтроллер
1. Новиков В.А. Электропривод в современных технологиях. М.: Academia, 2014. 143 c.
2. Crowder R. Electric Drives and Electromechanical Systems. Butterworth-Heinemann, 2019, 322 р.
3. Сидельников Л.Г., Афанасьев Д.О. Обзор методов контроля технического состояния асинхронных двигателей в процессе эксплуатации // Вестник ПНИПУ. Геология. Нефтегазовое и горное дело. 2013. № 7. С. 127-137.
4. Lee S.B., Habetler T.G. An online stator winding resistance estimation technique for temperature monitoring of line-connected induction machines // IEEE Transactions on Industry Applications. 2003. 39(3). Pр. 685-694. doi: 10.1109/TIA.2003.811789
5. Крамарухин Ю. Е. Приборы для измерения температуры. М.: Машиностроение, 1990. 208 с.
6. A Review of Infrared Thermography for Condition-Based Monitoring in Electrical Energy: Applications and Recommendations / G. K. Balakrishnan, C.T. Yaw, S. Koh, T. Abedin, A.A. Raj, S.K. Tiong, C.P. Chen // Energies. 2022. 15(16). 6000. doi: 10.3390/en15166000
7. Ukiwe E., Adeshina S.A., Tsado J. Techniques of infrared thermography for condition monitoring of electrical power equipment // Journal of Electrical Systems and Information Technology. 2023. 10(1). 49. doi: 10.1186/s43067-023-00115-z
8. Саченко А.А. Измерение температуры датчиками со встроенными калибраторами. М.: Энергоатомиздат, 1986. 96 с.
9. Громов В.С., Шестимеров С.М., Увайсов С.У. Современные полупроводниковые интегральные датчики температуры // Датчики и системы. 2010. №12 (139). С. 59-68.
10. Соловьев А.Л. Защита асинхронных электрических двигателей напряжением 0,4 кВ. М.: НТФ «Энергопрогресс», 2007. 96 с.
11. Волобуев С.В., Юдаев И.В., Феклистов А.С. Повышение эффективности тепловых устройств защиты асинхронных двигателей // Вестник аграрной науки Дона. 2018. №4(44). С. 95-98.
12. Овчаров В.В. Эксплуатационные режимы работы и непрерывная диагностика электрических машин в сельскохозяйственном производстве. Киев: Изд-во УСХА, 1990. 168 с.
13. Власов А.Б. Модели и методы термографической диагностики объектов энергетики. М.: Изд-во «Колос», 2006. 279 с.
14. Волоконно-оптический датчик температуры для систем тепловой защиты электрооборудования / Н.А. Матюшечкин, Ю.Г. Белов, А.А. Болонина, Д.М Кочеганов, Т.Х. Абузяров // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. 2018. № 1 (120). С. 122-129.
15. Зюзев А.М., Метельков В.П. Двухканальная термодинамическая модель асинхронного двигателя для систем тепловой защиты // Электротехнические системы и комплексы. 2018. № 2(39). С. 4-11. doi: 10.18503/2311-8318-2018-2(39)-4-11
16. Валиуллин К.Р., Тушев С.И. Математическая модель нагрева асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором на основе эквивалентной тепловой схемы // Вестник ЮУрГУ. Серия Энергетика. 2022. Т. 22, № 4. С. 67-76. doi: 10.14529/power220408
17. Nasi B.A. Sensor-less Monitoring of Induction Motor Temperature with an Online Estimation of Stator and Rotor Resistances Taking the Effect of Machine Parameters Variation into account // International Journal of Engineering Trends and Technology. 2022. Vol. 70(6). Pp. 54-62. doi: 10.14445/22315381/IJETT-V70I6P207
18. ГОСТ 27222-91. Машины электрические вращающиеся. Измерение сопротивления обмоток машин переменного тока без отключения от сети. Введ. 1992-01-01. М.: Изд-во стандартов, 1991. 20 с.
19. Достов Л.И. Состояние и перспективы развития средств измерения температуры обмоток электрических машин в рабочих режимах // Электротехническая промышленность. Сер. 01. Электрические машины: Обзор. информ. 1990. Вып. 30. 44 с.
20. Бочкарев И.В., Галбаев Ж.Т., Келебаев К.К. Диагностика теплового состояния электрических машин силового электрооборудования ТЭС // Известия КГТУ. 2017. №4(44). С. 64-72.
21. Online temperature monitoring of a grid connected induction motor / A.A.H. Albla, B.M. Brkovic, M.M. Jecmenica, Z.M. Lazarevic // Electrical Power and Energy Systems. 2017. Vol. 93. Pp. 276-282.
22. 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(3). Pр. 2354-2359. doi: 10.17485/ijst/2012/v5i3.6
23. Enany T.A., Hassan M.A.M., Othman E.S. Induction motor temperature monitoring via signal injection enhanced with adaptive neuro fuzzy inference system // European Journal of Electrical Engineering. 2017. 19(1-2). Pр. 91-109. doi: 10.3166/EJEE.19.91-109
24. Lee J., Yoo J., Sul S.-K. Stator Resistance Estimation using DC Injection Robust to Inverter Nonlinearity in Induction Motors // IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE). IEEE, 2020. Pp. 2425-2430. doi: 10.1109/ECCE44975.2020.9235816.32
25. 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. doi: 10.14529/power190109
26. Пат. 2189 Кыргызстан. Устройство для тепловой защиты электрической машины / Бочкарев И.В., Брякин И.В., Багиев Х.Г., опубл. 31.01.2020. Бюл. № 1.
27. Левашов Ю. COSMO: оптические электронные компоненты. Оптосимисторы // Компоненты и технологии. 2005. №2. С. 18-20.
Разработка автоматизированной системы тепловой защиты асинхронных электродвигателей / И.В. Бочкарев, И.В. Брякин, М.Г. Гунина, Н.М. Тузелбай // Электротехнические системы и комплексы. 2025. № 1(66). С. 39-48. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2025-1(66)-39-48