Динамика вентиляционных машин с асинхронным электроприводом при несимметрии фазных токов

• Автор: Романовский, Александр Игоревич
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 219 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ПРОБЛЕМА ВЫСОКОЙ ВИБРАЦИИ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ МАШИН И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРОВОЗОВ
1.1. Проблема низкой надежности и высокой вибрации вентиляционных
машин электровозов
1.1.1 Статистика отказов вспомогательных и вентиляционных машин
электровозов
1.1.2 Параметры технического состояния мотор-вентиляторов. Нормы допустимой вибрации
1.1.3 Анализ уровня и спектрального состава вибрации в электровозах при работе вспомогательных машин
1.2. Теоретические основы электромеханического преобразования энергии
и возникновения вибрационных сил в асинхронном двигателе при нарушении симметрии в его системе питания
1.2.1 Основные элементы конструкции асинхронного электродвигателя
1.2.2 Теория электромеханического преобразования энергии в электрических машинах в номинальных режимах работы
1.2.3 Особенности преобразования энергии в электрических машинах при несимметрии фазных токов в обмотке статора
1.2.4 Образование магнитодвижущих сил, токов и моментов прямой и обратной последовательности многофазной обмотки электродвигателя
1.2.5 Влияние несимметрии токов в фазах обмотки статора на магнитные вибрации
1.3 Вибродиагностика и термодиагностика как эффективные средства безразборного контроля вентиляционных машин
1.3.1 Актуальность внедрения вибродиагностики в процесс ремонта
вспомогательных машин
1.3.2 Основные методы и средства вибро- и термодиагностики электровозов при техническом обслуживании и ремонте
1.3.3 Вибродиагностические и тепловые признаки механических дефектов мотор-вентиляторов
1.4 Цель и задачи исследования
Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ И
СОПУТСТВУЮЩИХ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНИЧЕСКОГО
СОСТОЯНИЯ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ МАШИН ПРИ НЕСИММЕТРИИ
ФАЗНОГО ТОКА
2.1 Методика и аппаратура экспериментального измерения вибрации.
Вибрационные признаки электрических дефектов

2.1.1 Методика проведения виброизмерений
2.1.2 Аппаратура экспериментального измерения вибрации
2.1.3 Вибрационные и сопутствующие признаки электрических дефектов асинхронных электродвигателей
2.2. Исследование уровня и спектрального состава вибрации вентиляционных машин на электровозах
2.2.1. Исследование вибрации вентиляционных машин на участке испытаний
2.2.2. Исследование вибрации вентиляционных машин на электровозах
2.3. Экспериментальная установка для проведения динамических исследований асинхронных машин с несимметрией фазного тока
2.3.1. Описание экспериментальной установки
2.3.2. Способ формирования и характеристика несимметричных
режимов
2.4. Вибрация асинхронного электродвигателя с несимметрией фазного
тока при жестком креплении его к основанию
2.4.1. Общий уровень и спектральный состав пространственной вибрации электродвигателя
2.4.2. Спектральный состав пространственной вибрации электродвигателя при изменении тока в фазах и начального дисбаланса
2.4.3. Спектральный состав вибрации электродвигателя при работе его под нагрузкой и в качестве электропривода вентиляционной машины
2.5. Исследование вибрации электродвигателя с несимметрией фазных
токов на упругой подвеске с изменяемой жесткостью
2.5.1. Характеристики жесткости упругих элементов
2.5.2. Массо-инерционные характеристики электродвигателя марки АИР901АУЗ
2.5.3. Экспериментальные исследования свободных колебаний электродвигателя на упругом подвесе
2.5.4. Исследования вынужденных колебаний электродвигателя при
его пуске в случае моделирования несимметрии тока
2.5.5. Исследования спектрального состава колебаний электродвигателя при моделировании несимметрии тока
2.6. Выводы и заключения по главе
Глава 3. ДИНАМИКА АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ МАШИН ПРИ НЕСИММЕТРИИ ТОКА В ФАЗАХ
3.1. Математическая модель силовых взаимодействий в асинхронном электроприводе при несимметрии тока в фазах
3.2. Анализ воздействия тангенциальных электромагнитных сил в зазоре
статора и ротора
3.2.1. Колебания вращающего момента ротора

3.2.2. Пространственно- временное распределение тангенциальных

3.3 Анализ воздействия радиальных электромагнитных сил в зазоре
статора и ротора
3.3.1. Одновременное воздействие радиальных сил по всей окружности кольцевого зазора (колебания формы г - О)
3.3.2. Деформация поля радиальных сил и анализ периодических
составляющих возмущений при несимметрии фазного тока
3.4. Динамические свойства двумерной системы упругой подвески
электродвигателя
3.5. Численное моделирование динамики асинхронного электропривода при несимметрии
3.5.1. Структура программы расчета динамических характеристик твердого тела на упругом подвесе ‘Т)т_ТТ”
3.5.2. Исходные данные для численного моделирования пространственной динамики асинхронного электродвигателя
при несимметрии фазного тока
3.5.3. Результаты моделирования свободных и вынужденных
колебаний
3.6 Выводы и заключения по главе
Глава 4. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА ВХОДНОГО ВИБРОКОНТРОЛЯ И
МЕТОДИКИ ИСПЫТАНИЙ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ МАШИН С
АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПРИ ОБСЛУЖИВАНИИ И
РЕМОНТЕ
4.1 Комплекс входного виброконтроля мотор-вентиляторов при техническом обслуживании и ремонте
4.1.1 Требования к аппаратуре входного виброконтроля
4.1.2 Состав и характеристики комплекса
4.1.3 Технология виброиспытаний при проведении технического обслуживания и текущего ремонта
4.2 Данные опытно-промышленных испытаний и диагностики дефектов при
обслуживании и ремонте
4.3 Исследование сопутствующих параметров температуры статорной обмотки асинхронного электропривода при несимметрии фазного
тока
4.3.1. Экспериментальные исследования полей температур при несимметрии тока
4.3.2. Расчет превышения температуры обмотки статора двигателя марки АИР90Ь4УЗ экспериментального макета, работающего в номинальном режиме, при нарушении симметрии в системе питания

Фазные напряжения приемника определяются как разности потенциалов соответствующих точек: UAn = UA - Un, UBn = UB - Un, UCn = UC- Un.
Фазные токи статора электродвигателя определяются по закону Ома: т — —Ап т _ — Bn т ЦСп
Lai~~z—; î-bi - 7 ; lci~~— (1.16)
Ala Al в AlC
На векторных диаграммах фазные токи определяются в виде комбинации токов прямой 1ц и обратной 1]2 последовательности по следующим зависимостям:
Lai =1и +1п>
lm=I_na2+I_na, (1.17)
Lc =L\a+Lu
где a = е2и/3 ; a2 = е4л/3, причем 1 + а + а2
В свою очередь фазные токи статора прямой и обратной последовательности определяются следующей зависимостью (1.18):
=(La +Lb'G.+Lc-g2 )/3-Lu =(La +lei'g2 +Lc'g)/’ (i-i8)
La +Lb +Lc = 0.
Тяговые сети электрифицированных железных дорог характеризуются колебаниями напряжения в широком диапазоне, что оказывает существенное влияние на работу асинхронного электродвигателя. Кроме того, качество питающего напряжения ухудшается процессами, происходящими в силовых и вспомогательных цепях электровозов переменного тока в зависимости от режимов их работы [37]. Поэтому пределы колебаний напряжения на обмотке трансформатора, от которой через фазорасщепитель питаются двигатели, оказываются шире, чем на токоприемнике. Например, колебания напряжения питания асинхронных двигателей в результате воздействия указанных факторов изменяются в пределах от -22 до +31% от номинального [79, 85], в то время как согласно, ГОСТ 6962-75, допустимые колебания напряжения в сети составляют от + 16 до - 24% номинального. Качество питающего напряжения по нормам ГОСТ 13109-97 [28] характеризуется уровнем напряжения и его постоянством на клеммах нагрузки в пределах ± 10%, при этом допустимая несимметрия фазных напряжений и токов может достигать от 2 до 4%. В [30] авторами установлен предел амплитуднофазовой несимметрии для электродвигателей вспомогательных машин электровозов в 2%.
В рамках научных исследований проведены измерения значений фазных токов асинхронного электропривода вспомогательных машин электровозов серии ВЛ80р в условиях эксплуатации. Результаты сведены в таблицу 1.3.