Учет колебаний температуры обмотки статора асинхронного двигателя при проверке по нагреванию в повторно-кратковременном режиме

Abstract

Актуальность работы обусловлена необходимостью снижения аварийности асинхронных электродвигателей, увеличения срока службы и эффективности их использования за счет повышения точности оценки теплового состояния на этапе конструирования электропривода и в период эксплуатации. Цель работы: определение границ применимости метода средних потерь для оценки теплового состояния асинхронных двигателей в повторно-кратковременном режиме и уточнение этого метода с учетом нелинейной связи скорости старения изоляции с температурой, а также соотношения параметров цикла и постоянных времени нагрева двигателя. Методы исследования: аналитические методы и вычислительный эксперимент, основанный на пятимассовой термодинамической модели асинхронного двигателя закрытого исполнения. Результаты. Установлено, что существуют такие комбинации параметров цикла в повторно-кратковременном режиме, при которых оценка теплового состояния асинхронного двигателя методом средних потерь является некорректной. Так, при малой продолжительности включения средняя скорость термического старения изоляции обмотки статора за время цикла может существенно превосходить то ее значение, которое получается путем расчета по средней за цикл температуре. Выполнена оценка необходимости учета влияния колебаний температуры обмотки при проверке двигателя по нагреву в зависимости от размера двигателя. Предложен уточненный способ оценки теплового состояния асинхронного двигателя методом средних потерь путем введения поправочного коэффициента, учитывающего нелинейность зависимости скорости старения изоляции от температуры обмотки статора. Получены формулы для расчета этого коэффициента. Показано, что в пределах формальных границ повторно кратковременного режима (10 мин) расхождение между результатами, полученными аналитически и с помощью пятимассовой термодинамической модели асинхронного двигателя, использованной в ходе вычислительного эксперимента, весьма невелико и не превышает 6...8 %.

The relevance of the work is caused by the need to reduce the accident rate of induction motors, increase the service life and efficiency of their use by improving the accuracy of the estimation of the thermal state at the design stage and during the exploitation. The main aim of the study is to determine the limits of applicability of the average loss method for estimating the thermal state of induction motors in intermittent mode and refinement of this method, taking into account the nonlinear coupling between rate of aging of insulation and temperature, as well as the ratio of the cycle parameters and the thermal time constant of the motor. The methods used in the study: analytical methods and computer experiment based on five masses thermodynamic model of the TEFC induction motor. The results. It was found that there are such combinations of parameters of cycle in intermittent mode for which evaluation of the thermal state of the induction motor by the average loss method is incorrect. Thus, at a low duty ratio the average insulationaging rate per cycle may exceed its value obtained by calculation based on the average temperature for the cycle. The authors have evaluated the need to consider the effect of winding temperature fluctuations when checking engine for heating according to the size of the engine and proposed a refined method of estimating the thermal state of the induction motor by the average loss method by introducing a correction coefficient that takes into account the nonlinear coupling of the rate of aging of insulation from the stator winding temperature. The formulas for calculating this coefficient were obtained. It is shown that within the formal borders of intermittent mode (10 min), the divergence between the results obtained analytically and via five masses thermodynamic model of the induction motor used in the computational experiment is very small and does not exceed 6...8 %.