Исследование влияния несимметрии напряжения по обратной последовательности на нагрев, срок службы и коэффициенты снижения номинальной мощности асинхронных электродвигателей

При эксплуатации асинхронных двигателей может возникнуть несимметрия питающих напряжений из-за несимметрии нагрузки сети по фазам или из-за аварийных ситуаций [1]. Несимметрия напряжений вызывает ряд негативных последствий, одним из которых является уменьшение располагаемой мощности асинронных двигателей (АД) [4,5]. Стандарт МЭК 60034-26 содержит график ухудшения параметров асинхронных электродвигателей при несимметрии напряжений, который может использоваться, когда эти явления выявлены или могут появиться в питании электродвигателя [2].

Коэффициент,который     отражает     снижение     мощности электродвигателя называется коэффициентом снижения мощности и обозначается как Kp или K2.

Коэффициент снижения мощности при несимметрии напряжений источника питания определяется по формуле [2,6]:

К 2 =

Р ном

Р ном

Р ном

Р ном + ^ Р 2 и  ^Рном + ¹ п ^ Р ном К 2U Р ном

1 + К ад К U

где Р_ном- номинальная мощность АД, АР_НОМ - номинальные потери мощности АД, кР_2и - потери мощности АД при несимметрии напряжения по обратной последовательности, I_п – кратность пускового тока, K – коэффициент дополнительных потерь, К – коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности

Проведено исследование влияния несимметрии напряжения по обратной последовательности на снижение мощности АД серии А4 мощностью 400кВт напряжением 6 и 10 кВ и серии 4А мощностью 250кВт напряжением 380 В при К_2и = 2; 5; 8; 10; 15%

Кривые зависимости К₂ = f(K_2U) построены с учетом К_аД из справочника, а также с учетом расчетного К ад, определенного для каждого АД через каталожные параметры [3]. Результаты расчетов приведены на рисунке 1.

Рисунок 1- Зависимость K₂=f(K_2U) АД серий А4, 4А

Из графика (рис.1) видно,что несимметрия напряжения уменьшает располагаемую мощность электродвигателя. Поэтому, для оптимального выбора АД при работе сети с несимметричными нагрузками, необходимо учитывать снижение номинальной мощности электродвигателя. Разница между кривыми снижения мощности, посчитанными используя справочный коэффициент Кад и коэффициент расчетный, существенна (3,75,3%). Применение укрупненного отраслевого значения коэффициента Кад приводит к значительным погрешностям в расчете коэффициента снижения мощности.

Несимметрия напряжения по обратной последовательности так же оказывает значительное влияние на нагрев АД. Поскольку сопротивление обратной последовательности АД намного меньше сопротивления прямой последовательности, ток обратной последовательности, даже при малой величине напряжения обратной последовательности, получается большим, что приводит к перегреву АД.

Установившееся значение температуры дополнительного перегрева от тока обратной последовательности можно найти по формуле [9]

Д ^ = С K\_и                         (2)

2      2^    2 U где c29 - коэффициент передачи [8], °C/%2; К2у- коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности

Коэффициент передачи c _{2 &} зависит от класса изоляции [23].

Кратность снижения срока службы АД определяется по выражению [9]

Y z 2 = e                             (3)

где b - параметр изоляции,характеризующий тепловые свойства, ( ° C ) ^{- 1} [8]

Произведен расчет температуры дополнительного перегрева АД и кратности снижения срока службы АД марки 4АЗМ–1000/6000УХЛ4 при увеличении K с 2 до 5% с интервалом 0,5%.

Для 4АЗМ-1000/6000УХЛ4 с классом изоляции F, коэффициент передачи c _{2 &} =0,833 ° C /%² , значение кратности снижения срока службы b =0,052 ( ° C ) ^{- 1}.

Результаты расчета представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Дополнительный перегрев и кратность снижения срока службы АДмарки 4АЗМ-1000/6000УХЛ4 при увеличении K с 2 до 5%

K 2 U	А ^ , ° C	Y z 2
2,0	3,332	1,189
2,5	5,206	1,310
3,0	7,497	1,476
3,5	10,204	1,699
4,0	13,328	1,999
4,5	16,868	2,403
5,0	20,825	2,952

При максимально допустимом коэффициенте несимметрии K =4%, дополнительный перегрев составляет 13,328 ° C .Нагрев вызывает сокращение срока службы АД. При K =2% кратность сокращения срока службы составит 1,18, а при K =4% кратность сокращения срока службы составит 1,99%.

На рисунках изображены графики, показывающие как несимметрия напряжения влияет на нагрев АД и срок службы.

Рисунок 2 – График влияния несимметрии напряжения на нагрев АД

Рисунок 3 – График влияния несимметрии напряжения на кратность снижения срока службы АД

Вывод:

• 1.    Несимметрия напряжения уменьшает располагаемую мощность электродвигателя.

• 2.    При выборе АД необходимо учитывать снижение номинальной мощности электродвигателя в случае работы сети с несимметричными нагрузками.

• 3.    Для правильно расчета снижения мощности, необходимо учитывать расчетный коэффициент К ад .

• 4.    Во избежание перегрева двигателя, необходимо снижать его загрузку. Согласно публикации 892 МЭК полная загрузка АД возможна лишь при коэффициенте обратной последовательности напряжения не более 1 %. При 2% загрузка должна быть снижена до 96%, при 3% – до 90 %, при 4% – до 83% и при 5% –до 76% [7].