Проблемы надежности работы асинхронных двигателей в агропромышленном комплексе

Системный анализ данных процессов позволил из комплекса существующих вопросов выделить проблему безопасности и надежности АД. Для ее решения необходимо обеспечить высокое качество производства, эксплуатации и ремонта электрических машин. Как известно, прогресс современной науки и техники неразрывно связан с применением электрической энергии в различных производственных процессах. При этом надежность и ресурс используемого электрооборудования и конструкций определяют так называемые зоны концентрации напряжений (ЗКН) – основные источники развития повреждений. В частности, для асинхронных электродвигателей (АД), получивших наибольшее распространение в промышленности и на железнодорожном транспорте, ЗКН являются обмотки статора, в связи с чем все остальные элементы конструкции АД подбираются с учетом надежности изоляции его обмоток [1].

Проблема обеспечения высокой надежности работы электродвигателей с каждым годом становится все более актуальной, так как старение оборудования значительно опережает темпы технического перевооружения.

Цель работы. Повышение ресурса асинхронного двигателя путём применения эффективной технологии капсулирования изоляции лобовой части обмотки статора инфракрасным излучением.

Задачи:

• –    проанализировать современные технологии и технические средства повышения ресурса изоляции обмоток статора асинхронных двигателей;

• –    выполнить экспериментально-теоретическое обоснование по повышению эффективности капсули-рования изоляции лобовых частей обмоток статора инфракрасным излучением.

Научная новизна. Приведено теоретическое обоснование процесса капсулирования изоляции статора АД с использованием ИК-энергоподвода; впервые осуществлено макетирование процесса капсулирова-ния различных изоляционных материалов пропиточными смесями с использованием ИК-излучения; впервые получено сечение теплового поля ИК-излучателя типа ESC-2, рекомендованного в технологии капсулирова-ния изоляции. Практика эксплуатации асинхронных двигателей в агропромышленном комплексе Восточного региона показывает, что порчи и неисправности АД в 1,7 раза превышают среднесетевые. В экстремально холодный зимний период 2012–2013 гг. это превышение составило 2–2,5 раза. Причем для одних и тех же серий АД степень повреждаемости изоляции обмоток электрических машин значительно отличается в зависимости от зональных особенностей эксплуатации [2]. Это указывает на отсутствие системы управления качеством эксплуатации и ремонта АД с учетом зональных признаков. К таким особенностям, которые в конечном итоге определяют токовые нагрузки на АД, необходимо отнести грузонапряженность, план, климатические условия. Решение этой проблемы лежит в необходимости создания надлежащей системы технического содержания изоляции АД на основе комплексной диагностики и эффективной технологии восстановления изоляции АД в зависимости от зональных особенностей эксплуатации.

Некоторые вопросы в области повышения надежности и продления ресурса АД требуют к себе большего внимания. Поэтому эта проблема остается актуальной по настоящее время и представляет научный и практический интерес.

Рис. 1. Опытно-производственные установки

Для решения поставленной задачи сотрудниками кафедры «Электроподвижной состав» Иркутского государственного университета путей сообщения (ИрГУПС) совместно со специалистами ВосточноСибирской дороги – филиала ОАО «РЖД» – были разработаны теория, технология и техника повышения надежности тяговых электрических машин. Предложен способ капсулирования и сушки изоляции лобовых частей обмоток якорей с открытыми головками секций, лобовых частей обмоток статоров асинхронных электродвигателей и обмоток магнитной системы остовов ТД (рис. 1). Такой метод решения проблемы был вызван многолетним анализом отказов ТД из-за повреждения изоляции в различных зонах эксплуатации. Основные положения технологии и техники капсулирования излагаются ниже [7].

Чтобы продлить ресурс АД с открытыми лобовыми частями обмоток, был предложен локальный способ капсулирования изоляции обмоток статора при помощи инфракрасного (ИК) излучения. Конструктивная схема установки для капсулирования изоляции обмоток статора АД при осциллирующем ИК-энергоподводе представлена на рисунке 2.

Рис. 2. Конструктивная схема установки для капсулирования изоляции

Данная установка состоит из двух основных узлов. Первым узлом является станина с пристроенным частотно-регулируемым асинхронным электродвигателем с редуктором. Она предназначена для размещения, фиксации и обеспечения плавного вращательного движения статора в широком диапазоне скоростей с установленной мощностью 2,2 кВт. Второй узел – это передвижной сменный распылитель-облучатель. Он состоит из шести импульсных керамических преобразователей излучения с установленной мощностью 4,5 кВт и шести автоматических пневматических распылителей высокого давления. Размещение и фиксация статора на станине осуществляются при помощи приводно-опорного и опорных резиновых роликов [8].

Частотно-регулируемый привод предназначен для придания плавного вращательного движения статора АД в широком диапазоне скоростей. Он состоит из магнитного пускателя и преобразователя частоты (они расположены в шкафу управления); асинхронного трехфазного короткозамкнутого двигателя; клиноременной передачи. Резиновые ролики соединены с асинхронным двигателем с помощью муфты.

В результате применения локального нагрева ИК-излучением в пропитанной электроизоляционным лаком изоляции лобовой части обмотки статора происходит капсулирование, значительно повышаются надежность и защита АД от действия внешних факторов (рис. 3). Локальный нагрев ИК-излучением позволяет сократить в 7–10 раз расход электроэнергии и в 10–12 раз – время на технологические операции пропитки и сушки статоров АД [3–6].

Рис. 3. Пропитка и сушка статора АД

Внедрение данных инновационных технологий повышения надежности и продления ресурса асинхронных двигателей позволит существенно уменьшить материальные затраты, необходимые для их ремонта, в результате значительного сокращения времени и снижения потребления электроэнергии.