CC BY
32
УДК 621.512/513 : 621.3.043
Д. В. УСТИМЕНКО, Р. В. КРАСНОВ, А. В. МАЗУР (ДПТ)
АНАЛ1З ВПЛИВУ ЗМ1НИ РЕЖИМУ РОБОТИ НА СТУП1НЬ НАГР1ВУ 1ЗОЛЯЦП ОБМОТКИ ЯКОРЯ ЕЛЕКТРОДВИГУНА ПОРШНЕВОГО КОМПРЕСОРА
Стаття присвячена питанню дослвдження фактор1в, що впливають на зм1ну режиму роботи електродви-гуна компресора, як1 в свою чергу впливають на стутнь нагр1вання 1золяцп обмотки якоря ЕД.
Ключовi слова: мотор-компресор, тривалють включения, екывалентний струм, теплов1 процеси, перегр1в 1золяци, захист
Зпдно статистичних даних експлуатаци електропо!зд1в ЭР-1 та ЭР-2 [1] за один рк з ладу виходить вщ 20 до 56 електродвигушв ДК-406 (409) компресор1в ЕК-7Б по причиш пробою 1золяци яюрно! обмотки.
Ймов1рними причинами, що призводять до такого стану можуть бути:
- перевантаження електродвигуна компресора струмами короткого замикання (як короткочасними так { бшьш тривалими у чаа);
Таблиця 1
Температура навко-лиш-нього сере-дови-ща, °С
недосконалий захист електродвигуна компресора;
- робота мотор-компресора з невщповщ-ною тривалютю включення (ТВ).
В данш статп розглянуто вплив змши на-пруги в контактнш мереж1 та значень ТВ на перегр1вання ¡золяци обмотки якоря електродвигуна (ЕД). Штучно змшюючи значення три-валост вв1мкнення, визначено яким чином цей факт впливае на температуру нагр1вання 1золя-ци яюрно! обмотки ЕД. Так як в реальних умо-вах експлуатаци дослщити змшу ТВ через недосконалий ремонт, неяюсш запасш частини та !х вщсутнють, низьку щшьшсть пневматичних мапстралей { тлн. ф1зично неможливо, то вка-зане дослщження проведено за допомогою ма-тематично! модел1 [2], що описуе перехщш процеси в електромехашчнш систем1 «мотор-компресор» та теплово! модел1 [3], що описуе процеси нагр1вання та охолодження 1золяцп обмотки якоря електродвигуна.
Для отримання значень температури нагр> вання 1золяци скористаемось значеннями
екв1валентних струм1в, отриманих у попере-дшх дослщженнях [4].
Щд екв1валентним струмом слщ розум1ти таке значення постшного струму, який, прот> каючи через провщник, видшить в ньому таку ж кшьюсть тепла, як { той струм, що змшюе свое значення у час за той же перюд.
Значення напру-ги в конта-ктнш мереж1
+20
Напруга в контактнш мереж!, кВ
2,
2
00
0,
,2 ,2
Напруга в контактнш мереж1, кВ
2,
0,
,2
-20
Напруга в контактнш мереж!, кВ
2,
00
,0
0,
Г--
,2
Зна-чення еквша-лент-ного струму, А
Зпдно з ПТЕ [5] допустиме мшмальне та максимальне значення напруги в контактнш мереж складае 2400 та 4000 В вщповщно.
В результат проведених дослщжень за допомогою математично! модел1 [3] встановлено, що при зниженш напруги в контактнш мереж до 2,4 кВ усталене значення струму, що прот> кае через обмотку якоря ЕД компресора стано-вить 3,7 А, що в 1,26 рази менше паспортного номшального струму 4,65 А. Екв1валентний струм при пуску мае значення 8,45 А. При цьо-му усталене значення максимально! кутово! швидкост складае 84,56 с-1, що вщповщае частот обертання вала 807,5 об/хв.
Кутова швидюсть вала компресора при на-пруз1 2400 В знижуеться до значення 84,56 с-1, що складае 84,56/106,8 ■ 100 = 79,2 %
в1д ®ном .
Час наповнення головних пов1тряних резер-вуар1в електропо!зда ЭР-1, ЭР-2 зворотно-
© Д. В. Устименко, Р. В. Краснов, А. В. Мазур, 2012
0
пропорцшнии значенню кутово1 швидкост1 вала ЕД компресора. Тобто при зниженш оберт1в з 1020 об/хв. до 807,5 об/хв. (зниження на 20,8 %) продуктивнють компресора падае, а час роботи для потр1бного заповнення резервуар1в збшьшуеться на 20,8 %.
Рис. 1. Д1аграма иагр1ваиия 1золяцп обмотки якоря ЕД ДК-406 (409) тд час пуску 1 робот у повторио-короткочасному режим1 при напруз1 в коитактиш мереж1 2,4 кВ
кост1 складае 129,57 с-1, що в1дпов1дае частот1 обертання вала 1237,3 об/хв.
Клас 1золящ1 В, що застосовуеться в елект-родвигунах ДК-406 (409) розрахований на до-пустиму температуру (т = 120 °С), яка визнача-еться втратами в машиш. Якщо реальна температура перевищить допустиму для даного класу 1золяц11", то 1золяц1я яюрноТ обмотки буде старь ти значно штенсившше. В результат! може ви-никнути проб1И 1золяц11' 1 вщповщно позачерго-вий ремонт двигуна.
Проведет дослщження показали, що зниження напруги живлячо1 мереж1 до 2400 В не викличе небезпечного перегр1вання 1золящ1 обмотки якоря, а тдвищення напруги до 4000 В може спричинити нагр1вання 1золяц1!' до небезпечного значення.
Для проведення дослщжень впливу зм1ни значення ТВ, яке викликане випадковими факторами, що не тддаються статистичному до-сл1дженню, на нагр1вання 1золящ1 було штучно задано ц1 значення ТВ з 60 до 80 % при напруз1 в контактнш мереж1 3 кВ. При цьому встанов-лено наступне:
Рис. 2. Д1аграма иагр1ваиия 1золяцп обмотки якоря ЕД ДК-406 (409) тд час пуску { робот у повторно-короткочасиому режим1 при иапруз1 в контактнш мереж1 4 кВ
При тдвищенш напруги в контактн1И мере-ж1 до 4 кВ, усталене значення струму п1сля за-кшчення перех1дного процесу буде складати 6,7 А, що в 1,44 рази бшьше паспортного номь нального струму 4,65 А. Саме цей струм буде впливати на нагр1вання 1золящ1 при робот1 компресора в повторно-короткочасному режи-м1. Екв1валентний струм при цьому складае 12,25 А. Значення максимально!' кутово1 швид-
Рис. 3. Д1аграма иагр1ваиия 1золяцп обмотки якоря ЕД ДК-406 (409) тд час пуску { роботи у повторно-короткочасному режим1 при иапруз1 в коитактиiИ мереж1 3 кВ, ТВ = 50 %
При робот в номшальному режимi макси-мальне перевищення температури складае ттах = = 61,49 °С, а мЫмальне тШи = 29,58 °С.
Штучно збiльшивши значення тривалостi ввiмкнення на 10 % (ТВ = 60 %), шсля 3.. .4 ци-клiв усталене максимальне значення температури названия iзоляцil обмотки якоря складае ттах = 65,7 °С, а мiнiмальне ттш = 36,59 °С.
и = 3000 В, I = 4,65 Л, ТВ = 60%, I = 360 с, 1 = 420 с,
К.М я р п
I (0-1) = 9,82 А, I (2-6) = 9,65 А при ^ = +20аС
64,П'С 5,6°С 5\ 65,7°С /\
/А
V/ \б/
36,04'С 36,53°С 36,55 "с
}2,07°С
Рис. 4. Ддаграма нагр1вання 1золяцп обмотки якоря ЕД ДК-406 (409) тд час пуску 1 роботи при напруз1 в контактнш мереж 3 кВ та ТВ = 60 %
При збшьшент ТВ на 10 % перевищення температури збшьшилось на Аттах = 4,21 °С та Аттт = 7 °С в пор1внянш з1 значеннями в ном1-нальному режим1 роботи.
= 3000 В, 1 = 4,65 А, ТВ = 70%, I = 420 с, 1п= (0-1) = 9,82 А, I (2-6) = 9,65 А при г
180 с, = +20°С
'Э «р
Й7 93°П 68,69°С 68,77°С
61,11 °с Л 5\ у/1 \
/А V/ \б /
\2/ \ 8
39,39°С
Рис. 5. Ддаграма нагр1вання 1золяцп обмотки якоря ЕД ДК-406 (409) тд час пуску 1 роботи при напруз1 в контактнш мереж1 3 кВ та ТВ = 70 %
Штучно збшьшивши значення тривалосп вв1мкнення на 20 % (ТВ = 70 %), тсля 3.. .4 ци-ктв усталене максимальне значення температури нагр1вання 1золяци обмотки якоря складае ттах = 68,77 °С, а мшмальне хтт = 44,34 °С.
При збшьшент ТВ на 20 % перевищення температури збшьшилось на Аттах = 7,28 °С та Аттт = 14,76 °С в пор1внянш з1 значеннями в номшальному режим1 роботи.
Штучно збшьшивши значення тривалосп вв1мкнення на 30 % (ТВ = 80 %), тсля 3.4 ци-ктв усталене максимальне значення температури нагр1вання ¡золяци обмотки якоря складае ттах = 71 °С, а мшмальне ттт = 52,98 °С.
Рис. 6. Д1аграма нагр1вання 1золяцп обмотки якоря ЕД ДК-406 (409) пвд час пуску 1 роботи при напруз1 в контактнш мереж1 3 кВ та ТВ = 80 %
При збшьшенш ТВ на 20 % перевищення температури збшьшилось на Аттах = 9,51 °С та Аттт = 23,4 °С пор1вняно з1 значеннями в ном1-нальному режим1 роботи.
З рис. 4-6 видно, що при штучно збшьше-ному значенн ТВ час роботи електродвигуна компресора збшьшуеться (при цьому ¡золящя обмотки якоря нагр1ваеться), тод1 як час паузи вщповщно зменшуеться (при цьому 1золящя обмотки якоря охолоджуеться), що призводить до бшьшого нагр1вання обмотки якоря ЕД по-р1вняно з номшальним режимом роботи.
Анал1зуючи отриман результати можна зробити висновок: система «мотор-компресор» на електропо!здах ЭР-1, ЭР-2 працюе з1 знач-ними перевантаженнями по струму, що е основною причиною пошкодження ¡золяци { як на-слщок передчасного виходу машини з ладу. З урахуванням вищесказаного необхщне сутте-ве шдвищення якосн захисту кш двигушв ком-пресор1в, а також замша ¡золяци класу В на клас Б.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Вплив умов експлуатацп на надшшсть двигушв компресор1в електропо!зд1в постшного струму [Текст] / Л. В. Дубинець [та ш] // Вю-ник Дншропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. 1м. акад. В. Лазаряна. - 2007. - Вип. 18. - Д.: Вид-во ДНУЗТ, 2007. - С. 29-31.
2. Математична модель електропривода поршневого компресора з двигуном ДК-406 (409) електропойда ЕР-2 [Текст] / Л. В. Дубинець [та ш] // Вюник Дшпропетр. нац. ун-ту за-л1зн. трансп. 1м. акад. В. Лазаряна. - 2007. -Вип. 17. - Д.: Вид-во ДНУЗТ, 2007. -С. 64-65.
3. Краснов, Р. В. Дослщження перерву елект-родвигуна (ДК-409) компресора (ЕК-7Б) еле-ктропо1'зду постiйного струму (ЭР-1, ЭР-2) за допомогою теплово1 схеми замщення [Текст] / Р. В. Краснов // Вкник Днiпропетр. нац. унту залiзн. трансп. iм. акад. В. Лазаряна. -2011. - Вип. 36. - Д.: Вид-во ДНУЗТ, 2011. -С. 81-85.
4. Дубинець, Л. В. Дослвдження перехвдних про-цесiв при пусковi двигуна компресора елект-ропо1'зда ЕР-1 (ЕР-2) [Текст] / Л. В. Дубинець, Р. В. Краснов, Д. В. Устименко // Вестник нац. техн. ун-та ХПИ. - 2008. - № 7. - С. 56-61.
5. Правила техтчно1 експлуатацп залiзниць [Текст] : Наказ Мштрансу Украши № 411 ввд 20.12.96 : Зареестр. у Мшюсл Украши 25 лютого 1997 р. за № 50/1854.
6. Проектирование тяговых электрических машин [Текст] / М. Д. Находкин [и др.]; под ред. М. Д. Находкина. - М.: Транспорт, 1976. -623 с.
Надшшла до редколегп 30.03.2012.
Прийнята до друку 07.04.2012.
Д. В. УСТИМЕНКО, Р. В. КРАСНОВ, А. В. МАЗУР
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ РЕЖИМА РАБОТЫ НА СТЕПЕНЬ НАГРЕВА ИЗОЛЯЦИИ ОБМОТКИ ЯКОРЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА
Статья посвящена вопросу исследования факторов, которые влияют на смену режима работы электродвигателя компрессора, которые в свою очередь влияют на степень нагревания изоляции обмотки якоря ЭД.
Ключевые слова: электродвигатель, поршневой компрессор, длительность включения, эквивалентный ток, тепловые процессы, перегрев изоляции, защита
D. V. USTIMENKO, R. V. KRASNOV, A. V. MAZUR
ANALYSIS OF INFLUENCE OF CHANGE OF OFFICE HOURS ON DEGREE OF HEATING OF ISOLATION OF PUTTEE OF ANCHOR OF ELECTRIC MOTOR OF PISTON COMPRESSOR
The article is devoted the question of research of factors which influence on changing of the mode of operations of electric motor of compressor, which in same queue influence on the degree of heating of isolation of winding of anchor ED.
Keywords: electric motor, piston compressor, duration of including, equivalent current, thermal processes, overheating isolations, defense
