CC BY
13
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 212
1971
ИСПЫТАНИЯ МОЩНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ТЕРМОРЕАКТИВНОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
А. Н. Зуев, Л. Я. Кленштейн, В. Г. Рязанов, В. Г. Сяков, М. 3. Туллер
(Представлена научным семинаром кафедр электрических машин
и общей электротехники)
На Новосибирском заводе «Сибэлектротяжмаш» внедрена гермо--реактивная изоляция Монолит-П для катушечных обмоток крупных электрических машин, разработанная ВЭИ совместно с СибНИЭТИ. Изолированные сухой стеклослюдинитовой лентой катушки укладываются в сердечник, который затем пропитывается под вакуумом эпоксидным компаундом и подвергается запечке. Известно, что термореактивная изоляция отличается от компаундированной микалентной более высокими электрическими, механическими и теплофизическими характеристиками.
Проведены сравнительные испытания серийного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором типа АЗ-500/6000 (500 кет, 6 /се, 57 а, 3000 об/мин) и выполненного на его базе двигателя с изоляцией Монолит-Н. Двигатели отличаются только типом изоляции, причем толщина ее одинакова. Естественно, двигатели имеют практически одинаковые электромагнитные показатели и расходы воздуха. Некоторые отличия в величинах тока холостого хода, потерях в стали и др. не превышают обычные отклонения, отмечаемые при контрольных испытаниях серийных двигателей.
Двигатели выдержали регламентируемые ГОСТ 183-66 испытания.
Сравнение величин диэлектрических потерь в прогретых до 45°С машинах приведено в табл. 1. из которой видно, что для изоляции Монолит-П они в диапазоне рабочих напряжений в 1,5 раза ниже.
Непосредственное сравнение электрической прочности типов изоляции нельзя выполнить, так как пробой обмоток не осуществлен с целью сохранения двигателей, тем более, что по результатам испытаний только1 на одной паре двигателей сравнение неправомерно.
Электрические испытания изоляции
Таблица
]
1^6 всей обмотки, %
кв
Двигатель К (с компаундированной изоляцией)_
Двигатель М (с изоляцией Монолит-П)
5,0
6,6
4,4 6,4
7,0
10,0
Испытания на образцах, изготовленных по принятой для Монолит-П технологии, показывают, что его электрическая прочность в 1,8—2,0 раза выше.
Тепловые испытания двигателей
Двигатели оснащены теплоконтролем, позволяющим определять нагревы активной стали и потоков воздуха. Из-за технологических и конструктивных трудностей не поставлены термопары на активную медь статора.
Результаты измерений в некоторых характерных режимах приведены в табл. 2.
Таблица 2
№ режима Характеристика режима Тип двигателя Напряжение 1 : Ток статора Механические потери 1 5 Потери в стали 1 о | Температура П 1 входящего 1 воздуха Расход воздуха ! Средний перегрев 1 воздуха в корзи-| не лобовых частей о 1 Средний перегрев п зубцовой зоны сердечника 1 статора Средний перегрев с обмотки статора
кв а кет м'6/сек' 0 С
К — — 6,6 23,8 1,16 4,3
1 Вентиляционный
М — — 6,5 22,3 1,16 4,8
2 Холостой ход К 6,0 13,6 6,1 23,5 4,0 1-8,7 10,4
М 6,03 13,7 7,1 22,9 4,0 15,5 11,!
Питание обмотки
3 постоянным током К 0,116 57,0 23,6 8,6 17,3 40,5
М 0,115 57,1 22,6 8,0 15,4 25,§
С номинальным
4 током и напряже-К 6,01 56,9 1(6,6 8,6 54,5 59,9
нием М 6,02 56,9 21,5 8,3 46,6 43,П
Сравнение данных режимов 3 и 4 показывает, что Монолит-П обеспечивает значительное снижение перегревов обмотки статора, причем не только вследствие ее более высокого коэффициента теплопроводно сти, но и благодаря тому, что при пропитке сердечника с обмоткой компаунд заполняет зазоры между катушками и стенками паза, пропитывает прокладки в пазах и бандажные вязки в лобовых частях.
Анализ испытаний ¡(см. Приложение) показывает, что эквивалентная тепловая проводимость между медью и отводящей из обмотки тепло средой (сталью сердечника или воздухом в корзине лобовых частей) увеличилась в двигателе М примерно в 1,5 раза как в пазовой, так и в лобо вой части. Средний перегрев обмотки статора двигателя М относительно входящего воздуха (1 = 40° С) в номинальном режиме ниже на 16,5° С (46,5° С против 63,0° С).
Обработка результатов показывает также, что при допустимом среднем перегреве обмотки 80° С двигатель К способен нести нагрузку 560 кет, а двигатель М — 670 /сет, т. е. на 20% выше.
Приведенные результаты обработки пока следует рассматривать как качественные, так как только испытание ряда машин позволяет исключить возможное влияние случайных факторов (например, качество изготовления решетки лобовых частей, плотность наложения изоляции) и получить количественные соотношения. Однако следует все же ожидать значительного эффекта от применения Монолит-П, тем более, что ее высокая электрическая прочность позволяет уменьшить толщину корпусной изоляции примерно на 30%.
Испытания изоляции на надежность.
Общепризнано, что максимальным температурным и механическим воздействиям изоляция подвергается в режиме пуска при максимально допустимой его длительности. На двигателе М выполнено 1000 пусков при номинальном напряжении, с предельно допустимой по Техническим условиям маховой массой, причем режим работы между пусками подобран таким образом, чтобы средний перегрев обмотки статора перед очередным пуском был близок к перегреву в номинальном режиме (для имитации так называемого «пуска из горячего состояния»).
Затем было выполнено 50 режимов для определения способности изоляции выдерживать максимальные теоретически возможные колебания температуры обмотки. Охлажденный в среднем до —20° С двигатель запускался с маховой массой, на 30% превышающей допустимую по Техническим условиям, затем отключался от сети и запитывался постоянным током 1,2*1ПОм (и) с доведением средней температуры обмотки до + 150° С.
После описанных режимов двигатель выдержал испытания изоляции па пробой при и=15 кв (по ГОСТ-183—66 требуется 13 кв). В процессе испытаний производились внешние осмотры состояния обмотки и измерения диэлектрических потерь. Состояние обмотки не отличается
от исходного, величина 1<7д заметных изменений не претерпела.
* * *
Исследования двигателя с изоляцией Монолит-П подтверждают ее высокие электрические, механические и теплофизические свойства и в целом показывают высокую эффективность ее применения в мощных высоковольтных электрических машинах.
/
Приложение
Обработка тепловых испытаний выполнена в нижеследующем объеме и очередности.
1. По методу, изложенному в [1], произведена обработка режимов г 1>0,7 1Н (в них меньше влияет погрешность измерений) двигателя К. Определена средняя тепловая проводимость лобовых частей Х\ и величины тепловых потоков из пазовой части обмотки в лобовую q в каждом режиме.
- 2. По (8) из [1] определена величина q в режиме холостого хода двигателя К.
3. Во всех режимах определен удельный тепловой поток через изоляцию в пазовой части р1—р2--г-и построены (рис. 1) зависимости сред-
'2
него перегрева сердечника #С2 от величины р* для нагрузочных режимов с-и = 6«;в (прямая а) и режима питания постоянным током (прямая б).
19. Зак. 4917. 289
4. Если в первом приближении положить, что сердечники обоих двигателей идентичны в тепловом отношении во всем, что не связано с обмоткой статора (равенство геометрии, функции ЬСЬ), расходов воздуха и др.)> тогда для двигателя М функция (рО должна быть параллельна прямой а и расположена ниже на разность в величинах ФС2 при холостом ходе двигателей (прямая в), а функция, выраженная прямой б, должна быть справедлива и для двигателя М. По прямым бив определены величины р! (а следовательно и д) во всех режимах двигателя М.
Рис. 1.1 — холостой ход, и=1,0; 2 — частичная нагрузка, 11=1,0; 1 = 0,8; 3, 4 — полная нагрузка, 11 = 1,0; 1=1,0; 5 — вентиляционный режим, и = 0; 1 = 0; 6 — питание обмотки постоянным током, 1=1,0
5. Для каждого режима система уравнений (8) и (10) из [1] решается относительно параметров и Яг при известном <7.
Затем определяются средние значения величин Я1 я Яг двигателя М.
Для двигателя К была принята величина Я2 = 6,55 вт/пог. м° С, что соответствует ^ = 0,16 вт/м °С. В итоге получены средние величины:
Л2 = 6,55 и Лх = 3,89 — для двигателя К,
д2= 10,0 и 5,76 — для двигателя М.
Относительные отклонения искомых величин Я от средних не превышают во всех режимах ±6% (за исключением режима постоянного тока двигателя М, где, возможно, возрастает роль погрешностей измерений
вследствие относительно низких #С2 и Оср.обм.Ь Величины Я двигателя М выше примерно в 1,5 раза.
Рис. 2. Перегрев обмотки статора по длине катушек в номинальном режиме. У — двигатель К, 2 — двигатель М
На рис. 2 представлены кривые распределения перегревов обмотки статора обоих двигателей в номинальном режиме, полученные расчетом с использованием величин (*) и функций ФС2(рО на рис. 1.
ЛИТЕРАТУРА
1. В. Г. Рязанов. Оценка распределения температуры в обмотке при неравномерном ее охлаждении по длине (см. в данном сборнике).
