Проверка тепловой модели асинхронного двигателя, работающего в сети с некачественной электроэнергией

Внедрение: 2014 г.

В статье [1] днепропетровского учёного описывается пример применения АЦП Е‑440 (сертифицированный аналог: E14‑440) в задаче непрерывного измерения мгновенных значений тока и напряжения в 3‑фазной цепи ~380 V питания асинхронного двигателя (АД) с помощью внешних датчиков тока и напряжения с гальванической развязкой. 

Измерения проводились с целью проверки одномассовой тепловой модели асинхронного двигателя, работающего в условиях сети с некачественной электроэнергией.

Соответствующие эксперименты проведены в условиях лаборатории электромеханических систем кафедры энергетического менеджмента Запорожской государственной инженерной академии. В качестве исследуемого рассмотрен асинхронный двигатель типа 4АХ80А4У3. Двигатель был нагружен на генератор постоянного тока типа П31У4. В процессе опытов АД нагревался при работе под номинальной нагрузкой, а остывал при невращающемся роторе. В крышке двигателя было сделано отверстие для определения температуры лобовых частей обмоток с помощью лазерного пирометра типа Fluke 568. Токи и напряжения регистрировались с помощью мобильного измерительно-диагностического комплекса на базе датчиков тока типа LА 25A, датчиков напряжения – LV100P (производство фирмы LEM) и АЦП Е‑440 (L‑Card, Россия).

Примеч. от L‑Card: Эти датчики с выходом тока могут быть подключены к входу напряжения АЦП с применением резисторов-шунтов. Требуется также внешний источник напряжения для питания датчиков. 

В результате эксперимента одна из полученных кривая нагрева исследуемого двигателя приведена в качестве примера на рисунке 1. 

Рисунок 1. Кривая нагрева АД при работе под номинальной нагрузкой с идеальным питанием.

По результатам опытов была составлена система уравнений и произведен расчет параметров одномассовой тепловой модели. 

На рисунке 2 показана осциллограмма фазных напряжений для условий, соответствующих работе двигателя с температурой, превышающей допустимую для данного класса изоляции (105 °С). Нахождение АД в таком состоянии может быть только кратковременным, т.к. возможен тепловой пробой его обмоток. 

Рисунок 2. Фазные напряжения в опыте № 4.

В качестве примера на рисунке 3 представлен график превышения температуры двигателя над температурой окружающей среды (25,7 °С) в опыте нагрева. Кроме того, показана расчетная кривая температуры, полученная с помощью последовательного совмещения электромеханической модели асинхронного двигателя и его тепловой модели. 

Рисунок 3. Кривые нагрева двигателя в опыте № 3 (k_U = 8%, ε₂=0%).

Был произведен расчет погрешности прогнозируемого значения температуры в динамике нагрева. На рисунке 4 показаны экспериментальные и расчетные (прогнозируемые) значения температуры для всех проведенных опытов, которые и использовались для проверки адекватности модели по методу, изложенному в статье. Здесь различный формат маркеров относится к соответствующим опытам.

Рисунок 4. Взаимосвязь прогнозируемых τ_м и экспериментальных τ_д значений превышения температуры обмотки АД.

Полученные результаты свидетельствуют об адекватности предложенной тепловой модели АД, работающего в сетях с некачественной электрической энергией. Учитывая, что для многих типов двигателей в справочной литературе отсутствуют сведения о коэффициентах теплоотдачи и теплоемкости, а по отдельным приводятся только тепловые постоянные времени, значения указанных параметров модели могут быть получены по использованной в статье методике.

Источник:
Кузнецов В.В. Синтез и проверка адекватности тепловой модели асинхронного двигателя, работающего в сети с некачественной электроэнергией // Гiрнича електромеханiка та автоматика: науково-технiчний збiрник. – 2014. – Вып. 93. – С. 14‑18. 

Разработчик: В.В. Кузнецов (Национальная металлургическая академия Украины, Днепропетровск)