III Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2011

Темой работы является исследование тепловых процессов в асинхронном электродвигателе, разработка тепловой схемы замещения электродвигателя и тепловизионная диагностика электродвигателя, с целью определить возможности точной пирометрической диагностики электродвигателя в судовых условиях.

В качестве объекта исследования был выбран асинхронный двигатель серии интерэлектро АИР80А4У3 IP. Для достижения номинального тока, с помощь муфты, к валу двигателя был подсоединен генератор, который являлся нагрузкой электродвигателя. Исследования проводились как в номинальных режимах (холостой ход с обдувом, номинальная нагрузка с обдувом), так и в аварийных (перегрузка с обдувом, холостой ход без обдува, номинальная нагрузка без обдува, перегрузка без обдува). Температура лобовых обмоток фиксировалась с помощью термопар, тепловой поток, отдаваемый лобовой обмоткой и корпусом двигателя фиксировались с помощью датчика теплового потока, температура корпуса двигателя фиксировалась с помощью оптического пирометра. Параллельно с тепловым исследованием электродвигателя проводилось тепловизионное исследование посредством тепловизора.

В результате исследования были получены кривые нагрева лобовых обмоток электродвигателя, кривые нагрева корпуса электродвигателя, кривые изменения теплового потока, отдаваемого лобовыми обмотками и корпусом электродвигателя, а также теплограммы электродвигателя, полученные с помощью тепловизора, позволяющие судить о температурном распределении по поверхности электродвигателя.

В номинальных режимах перегрев лобовых обмоток относительно окружающего воздуха составил 44,7ºС. Но в аварийных режимах (особенно в самых тяжелых (перегрузка с обдувом и перегрузка без обдува)), температура лобовых обмоток сильно превышала температуру окружающего воздуха. Перегрев лобовой обмотки относительно окружающего воздуха в режиме перегрузки составила 159ºС в случае с обдувом и  170ºС в случае без обдува.

Тепловой расчет, выполненный по справочнику Гурина Я.С. и Кузнецова Б.И. «Проектирование серий электрических машин», для данного электродвигателя, подтвердил данные полученные экспериментально. Согласно расчета, перегрев лобовых обмоток электродвигателя относительно окружающего воздуха в режиме номинальной нагрузки составляет 47,3ºС. Совпадение результатов теплового расчета и экспериментальных данных исключает возможность ошибки. Разница в значениях в 2,6ºС возникла из-за погрешностей измерения.

Тепловая схема замещения, построенная согласно справочника, под редакцией Сипайлова Г.А. «Тепловые, гидравлические и аэродинамические расчеты в электрических машинах» и смоделированная в программном пакете EWB512, так же подтверждает данные, полученные экспериментально. Из этого следует, что данные, полученные в результате опытов верны.

Здесь стоит сказать о результатах тепловизионной диагностики. На теплограммах, полученных в результате тепловизионной диагностики, отчетливо видно, что двигатель нагревается неравномерно, причем неравномерность наблюдается уже на стадии прогрева двигателя. На теплограмме отчетливо видно, что температура меняется как по горизонтали, так и по вертикали. Неравномерный нагрев по горизонтали можно объяснить тем, что обмотки статора закреплены в центре станины двигателя, именно там происходит самая большая теплопередача от обмоток статора к станине и обдувом с левой стороны. Неравномерность нагрева по вертикали частично объясняется, наличием датчика теплового потока, закрепленном в верхней части двигателя. Однако на графике распределения температуры по вертикали можно увидеть, что температурный максимум расположен много ниже датчика потока, и при движении вверх от максимума до датчика потока температура падает. Это говорит о том, что в верхней части отвод тепла от статора чем-то ухудшен (неплотное прилегание статора к станине, прокладки и т.п.).

Опираясь на результаты опытов и результаты тепловизионной диагностики делаю вывод, что в условиях эксплуатации электродвигателя на судне, в случае, когда никакая другая диагностика кроме пирометрической (она наиболее распространена на судах в настоящее время) невозможна точно определить состояние обмоток статора можно только в номинальных режимах. В случае  изменения условий работы электродвигателя (поломка крыльчатки вентилятора, засорение вентиляционных каналов, перегрузка электродвигателя) о температуре обмоток статора по температуре корпуса электродвигателя судить достаточно сложно. Перегрев лобовых обмоток электродвигателя относительно его корпуса меняется в зависимомти от того, какой параметр меняется и на сколько. Так при увеличении нагрузки от номинала до значения, составляющего 150% от номинала и при наличии обдува, температура лобовой обмотки увеличивается на 115ºС. А при номинальной нагрузке и при исчезновении обдува температура лобовой обмотки увеличивается на 38ºС.

При проведении пирометрической диагностики электродвигателя стоит учитывать локальность нагрева электродвигателя. Если электродвигатель не был исследован тепловизором, и места наибольшего нагрева на его корпусе не были выявлены, то при пирометрической диагностике нельзя руководствоваться температурой, снятой с одной точки. Для точной диагностики необходимо определять температуру как можно большего количества точек, при этом за рабочее значение принимать наибольшее. В случае проведения тепловизионной диагностики, места наибольшего нагрева помечаются, и при проведении диагностики в процессе эксплуатации достаточно определить температуру этой точки.

Код для цитирования: Скопировать