Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Аналитический обзор состояния вопроса и постановка задачи исследования 10
1.1. Структура парка электродвигателей, использующихся в сельском хозястве 10
1.2. Причины отказов электродвигателей и их последствия 13
1.3 Модели надёжности электродвигателей 26
1.4 Цели и задачи исследования 35
Глава - 2. Методы повышения эксплуатационной надёжности электродвигателей 36
2.1 Интегральный показатель условий эксплуатации 36
2.2. Определение степени влияния различных факторов на эксплуатационную надёжность электродвигателей 51
2.3 Способы повышения эксплуатационной надёжности 69
2.4 Выводы к главе 2 82
Глава 3. Области эффективного использования традиционно применяемых средств защиты 84
3.1. Классификация средств защиты электродвигателей 84
3.2. Повышение эффективности использования тепловых реле и автоматических выключателей с тепловыми расцепителями 91
3.3 Область эффективного использования УВТЗ .103
3.4 .Выводы к главе 3 .113
Глава 4. Технические средства повышения эксплуатационной надёжности электродвигателей в сельском хозяйстве 114
4.1. Стенд МГАУ-2000 114
4.2. Устройство для стабилизации тока в промышленных стендах контроля качества настройки автоматических выключателей серии ВАВ1-29 122
4.3 Выводы к главе 4 127
Глава 5. Оценка экономической эффективности рекомендуемых устройств 128
5.1 Экономический эффект от внедрения стенда МГАУ 2000. 128
5.2 Экономический эффект от внедрения устройства 138
5.3 Выводы к главе 5 144
Общие выводы 145
Литература 147
Приложения 161
- Причины отказов электродвигателей и их последствия
- Определение степени влияния различных факторов на эксплуатационную надёжность электродвигателей
- Повышение эффективности использования тепловых реле и автоматических выключателей с тепловыми расцепителями
- Устройство для стабилизации тока в промышленных стендах контроля качества настройки автоматических выключателей серии ВАВ1-29
Введение к работе
В эпоху рыночной экономики, сопровождающейся кризисом промышленного и сельскохозяйственного производства при постоянно возрастающих тарифах . на электроэнергию, дефиците энергоресурсов, плохого технического и материального обеспечения обостряется необходимость поиска новых энергосберегающих технологий, обеспечивающих прирост конкурентоспособной по качеству и себестоимости сельскохозяйственной продукции [11].
Государственное финансирование сельскохозяйственного производства
постоянно сокращается. Если в 1991 г. аграрная доля в федеральном
бюджете составляла 12 %, то в 1999 г. она уменьшилась до 1 %. Снижение
государственной дотации на электроэнергию, которую при увеличении
производства на 1 % приходится увеличивать на 2...3 %, приводит к тому,
что существующие технологии не в состоянии обеспечить производство
продуктов, способных конкурировать с иностранными, импорт которых за
период реформирования экономики возрос в 15 раз [91]. Тяжёлое
финансовое положение хозяйств не позволяет приобретать новую технику,
способствующую введению прогрессивных технологий. Поэтому всё
большую значимость приобретают задачи повышения эксплуатационной
надёжности вновь приобретённого и уже функционирующего
оборудования, значительную долю которого составляет
автоматизированный электропривод, являющийся основой
электромеханизацин, автоматизации и интенсификации
сельскохозяйственного производства. Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором являются наиболее часто применяемыми электрическими машинами, составляющими основу большинства электроприводов стационарной техники.
В сельскохозяйственном производстве используется широкая
номенклатура единичных мощностей отечественных электродвигателей
общепромышленного, а также специального сельскохозяйственного
исполнения, имеющих защиту от вредного воздействия окружающей
среды. В настоящее время количественный и качественный состав парка
электродвигателей ухудшился в связи с общим спадом
сельскохозяйственного производства, а также с резким снижением
качества капитального ремонта и технического обслуживания, связанного
с низкой укомплектованностью электротехнической службы. В настоящее
время возникла необходимость организации выпуска всей номенклатуры
габаритов электродвигателей, производство которых оказалось за
пределами России. Во время работы электродвигатели расходуют свой
ресурс, зависящий от особенностей условий эксплуатации. Основным
критерием выбора определяющего фактора эксплуатации является анализ
причин отказов. Часто основной причиной выхода из строя является
ускоренное разрушение изоляции обмоток, обусловленное недостаточным
качеством изготовления обмоточного провода, малым запасом* по нагреву,
несогласованностью с характеристиками защиты, а также плохим
качеством ремонта и низким уровнем эксплуатации электродвигателей:
Выходу из кризисного состояния сельского хозяйства будет
способствовать повышение эксплуатационной надёжности
электродвигателей, исходя из условий работы, технического состояния и времени их использования.
Опыт эксплуатации электрооборудования в сельском хозяйстве показывает, что высокая аварийность электродвигателей технологических машин приводит к значительному материальному и технологическому ущербу. Электродвигатели в условиях сельскохозяйственного производства испытывают воздействие окружающей среды при многообразии различного рода случайных разрушающих воздействий,
которые приводят к существенному сокращению нормативного срока службы.
Таким образом, проблема обеспечения надёжности электродвигателей является важным направлением повышения технико-экономической эффективности использования сельскохозяйственных машин и агрегатов.
Следовательно, обоснование средств и методов повышения
эксплуатационной . надёжности технологических машин
сельскохозяйственного производства является задачей, актуальность
которой, определяется высокой аварийностью электрооборудования,
низкой эффективностью использования электроприводов и недостаточной
изученностью влияния различных эксплуатационных факторов на
расходование заложенного ресурса асинхронных электродвигателей в
специфических условиях сельскохозяйственного производства. В
диссертации предложены математические модели и технические средства,
обеспечивающие повышение эффективности использования
электроприводов в сельскохозяйственном производстве. Объектом исследования является совокупность факторов влияющих на ресурс электродвигателей приводов сельскохозяйственных машин и пути его увеличения.
Методы исследования. Поставленные научные задачи решены на основании системного подхода с использованием теории вероятности и математической статистики, дифференциального и интегрального исчисления, математического и физического моделирования, методов прогнозирования и теории принятия решений в условиях неопределённости.
Проверка полученных результатов осуществлена на имитационных моделях и действующем оборудовании.
Научная новизна
Разработаны научно — методические и практические методы оценки эксплуатационной надёжности асинхронных электродвигателей, приводов сельскохозяйственных машин.
Предложены методы определения ресурса асинхронных электродвигателей приводов сельскохозяйственных машин, при различных условиях эксплуатации и пути его увеличения.
Разработаны математические модели для прогнозирования ресурса
электродвигателей приводов сельскохозяйственных машин с учётом
влияния различных факторов эксплуатации.
Теоретически и экспериментально исследованы и обоснованы области
эффективного использования традиционно применяемых средств
защиты электродвигателей приводов сельскохозяйственных машин.
На основе анализа результатов исследований разработаны технические
средства для повышения эксплуатационной надёжности серийно
выпускаемых средств защиты электродвигателей.
Достоверность теоретических положений обеспечена применением современных методов исследования на моделях адекватно отражающих реальные условия эксплуатации и действующем оборудовании с применением ЭВМ, сравнительным анализом результатов теоретических и экспериментальных исследований. Новизна и промышленная применимость технических решений подтверждена патентом России.
Практическая значимость заключается в создании новых методов и технических средств: разработан интегральный показатель, учитывающий условия
эксплуатации для практической оценки надёжности электродвигателей
на конкретных технологических процессах;
разработаны рекомендации по проведению наиболее эффективных
мероприятий, направленных на увеличение срока службы
электродвигателей сельскохозяйственных предприятий;
определены области использования встроенной температурной защиты
н .разработаны технические средства, повышающие эффективность
работы автоматических выключателей и тепловых реле на производстве
и в условиях эксплуатации.
Реализация результатов исследования Разработанные устройства внедрены в учебный процесс в ФГОУ ВПО МГАУ им. В.П. Горячкина, в хозяйство ЗАО "Агрофирма Орудьевское" Дмитровского района, на предприятиях ОАО "Прогресс - Электро" г. Москва. Результаты испытаний и внедрения разработанных устройств подтверждаются соответствующими документами, приведёнными в приложении к работе.
Апробация работы: Основные положения диссертации и результаты исследований обсуждены: на ежегодных научных конференциях профессорско - преподавательского состава ФГОУ ВПО МГАУ им. В.П. Горячкина 2 — 4 февраля 1999 г.; на конференции посвященной 70 летаю ФГОУ ВПО МГАУ.; в октябре 2000 г.; на выездной сессии ВАСХНИЛ «Перспективы развития и интеграции вузовской и академической агроинженерной науки» ФГОУ ВПО МГАУ им. В.П. Горячкина. 24 апреля 2001 г.; на научно практической конференции «Агроинженерная наука - сельскохозяйственному производству» в октябре 2001 г. и на международной конференции ФГОУ ВПО МГАУ в январе 2003 - 2004г.
Публикации: Основные положения диссертационной работы изложены в 10 работах включая патент России.
Структура и объём работы: Диссертация состоит из пят.Й : глав, выводов, списка литературы и приложений - общим объёмом 150 стр., включая 18 рисунков и список литературы из 135 наименований.
На защиту выносятся основные положения диссертации:
метод оценки эксплуатационной надёжности электродвигателей сельскохозяйственных приводов с использованием интегрального показателя условий эксплуатации, позволяющий прогнозировать их ресурс;
метод оценки эксплуатационной надёжности электродвигателей сельскохозяйственных приводов, позволяющий прогнозировать их ресурс с учётом влияния отдельных факторов эксплуатации;
метод обоснования областей эффективного использования
встроенной температурной защиты, учитывающий качество,
заложения позисторов, конструктивные особенности
электродвигателей и виды защищаемых аварийных режимов;
- новые технические средства, позволяющие повысить эффективность
использования автоматических выключателей и тепловых реле при их
производстве и в процессе эксплуатации;
Причины отказов электродвигателей и их последствия
Надёжность электродвигателей закладывается при проектировании, получается при изготовлении и поддерживается в эксплуатации.
Условия эксплуатации электродвигателей в сельскохозяйственном производстве значительно тяжелее, чем условия их работы в промышленности. На промышленных предприятиях большинство. электродвигателей работает в нормальных условиях окружающей среды, имеет оптимальную загрузку и своевременно обслуживается высококвалифицированным техническим персоналом. В условиях сельскохозяйственного производства многие электродвигатели работают в условиях, отличающихся от нормальных: они часто недогружены, имеют кратковременный режим работы, эксплуатируются при нестабильном и несимметричном напряжении питающей сети, устанавливаются в местах, где условия их эксплуатации не соответствуют исполнению. Средний срок службы электродвигателей в сельском хозяйстве достаточно низкий [10, 64]. С учетом особенностей работы электроприводов в сельскохозяйственном производстве средний срок службы электродвигателей на различных технологических процессах составляет: на кормоприготовлении - 2,6...2,7 лет; на кормораздаче — 1,3...1,7 лет; доении — 2,1...2,2 г года; на водоснабжении — 2,3...2,5 лет; уборке помещений — 1,8 года; вентиляции - 1,9...2,7 года; зерноочистке - 3,1 года [40, 54, 117]. Такой разброс сроков службы электродвигателей на различных технологических процессах сельскохозяйственного производства свидетельствует о значительной степени влияния специфических факторов условий эксплуатации в каждом конкретном месте установки электрооборудования. Поэтому необходимо всегда связывать эксплуатационную надёжность электродвигателей с условиями их работы в сельскохозяйственном производстве.
Двигатели, эксплуатируемые на сельскохозяйственных технологических машинах, часто испытывают вибрацинные нагрузки, связанные с небалансом ротора или возникшие по причине перекоса валов рабочей машины и электродвигателя, а также из-за слабого крепления узлов и деталей к станинам машин. Согласно данным табл. 1.1, различные технологические машины имеют характерные амплитуду и частоту вибраций, которые в некоторых случаях сопровождаются наличием ударов.
Большие амплитуды вибраций, а так же наличие ударов очень часто являются причинами отказов электродвигателей [5,28,50,132].
Кроме указанных факторов - эксплуатации на электродвигатели воздействуют условия окружающей среды. Надёжность обмоток резко снижается, если совместно с воздействием высокой влажности на двигатель воздействуют аммиак, сероводород, элементы биологически активной среды, пыль и солнечная радиация. По данным табл. 1.2, из всех обследованных животноводческих помещений только птичники имеют максимальную относительную влажность ниже нормированного значения.
В остальных помещениях этот параметр значительно превьппает установленные нормы для электродвигателей общепромышленного исполнения. Все без исключения животноводческие помещения имеют содержание аммиака как максимальное, так и наиболее вероятное выше санитарной нормы, которая составляет 0,02 мг/л. В отдельных случаях, например в свинарниках, эти значения почти в 10 раз превьппают норму, что не учитывается при выборе электродвигателей эксплуатируемых в агрессивной среде животноводческих помещений. Анализ наиболее вероятных значений параметров среды животноводческих помещений показывает, что применяемые в сельскохозяйственном производстве электродвигатели должны быть рассчитаны на эксплуатацию при относительной влажности 90...100 % и содержании аммиака 0,02 мг/л. [101]. Используемые в настоящее время электродвигатели общепромышленной серии 4А не соответствуют таким условиям эксплуатации [35, 39, 62, 101]. Коэффициент загрузки электродвигателей, эксплуатирующихся на различных технологических машинах, также является значимым фактором эксплуатации. С этой точки зрения представляют интерес опубликованные в работе И.П. Сыча [117] данные ВНИИКОМЖ, полученные на основании анализа коэффициента загрузки приводных электродвигателей сельскохозяйственных машин и агрегатов, кормоприготовительных, зерноочистительных, транспортирующих, а также комплектов оборудования ферм КРС и птичников. Установлено, что 31 % электродвигателей имеет коэффициент загрузки К3 = 0,1...0,6; 41 % - К3 = 0,6...0,8; 20 % — К3= 0,8...1,0 и 8 % — К3= 1,1 и более. Наиболее низкий коэффициент загрузки имеют электродвигатели шнековых смесителей, ленточных и шнековых питателей, дозирующих устройств. Согласно данным ВИЭСХ [86], по исследованию эксплуатационной надёжности электродвигателей серии 4А, распределённых на 20 типах объектов сельскохозяйственного производства на различных технологических машинах, загрузка всех двигателей не превышает номинального значения: К3= 0,7 - имеет 0,9 % электродвигателей; К3= 0,75 - 0,9 % электродвигателей; К3= 0,8 - 37,8 %; К3= 0,85 %.— 20,7 %; К3= 0,9 - 8,5 % электродвигателей, 0,95 - у 31,2 %. Как видно из сопоставления данных различных авторов, коэффициент загрузки электродвигателей в общем достаточно низкий.
Определение степени влияния различных факторов на эксплуатационную надёжность электродвигателей
Проблема выявления факторов, наиболее сильно влияющих на эксплуатационную надёжность электродвигателей, состоит в обосновании применения тех или иных мероприятий, направленных на её повышение. Одним из способов определения наиболее сильно влияющих факторов на надёжность электродвигателей является экспериментальный [9, 30, 31, 33, 108,117].
На основании анализа результатов экспериментальных исследований парка электродвигателей с изоляцией класса нагревостойкости "Е" в различных режимах работы рассчитаны интегральные показатели условий эксплуатации, значения которых приведены в табл. 2.5. Данные табл. 2.5 свидетельствуют о том, что от режима испытаний зависит величина интегрального показателя условий эксплуатации электродвигателей.
За базовую величину интегрального показателя условий эксплуатации К принимается единица, что соответствует режиму теплового старения без воздействия сторонних факторов. Добавление к тепловому старению такого фактора эксплуатации, как реверс на холостом ходу (А = 0,5 g), приводит к ухудшению условий эксплуатации, о чем свидетельствует уменьшение интегрального показателя, по величине которого можно судить о средней наработке на отказ в конкретных условиях. При добавлении к тепловому старению режимов частого реверсирования и вибрации (А = 1,5 g) происходит ещё дополнительное ухудшение условий эксплуатации, что отображается соответствующей величиной интегрального показателя.
Средняя наработка на отказ в данном случае соответствует среднему ресурсу, так как двигатели при испытаниях не заменяются новыми, а отказ является предельным состоянием, оговорённым в технической документации на проведение эксперимента. Разделение факторов по степени влияния в табл. 2.5 очевидно, но возможно только в лабораторных условиях. В реальных условиях определить, на сколько сильно влияет тот или иной фактор эксплуатации, достаточно сложно. В связи с этим традиционно рекомендуемые к применению мероприятия по повышению эксплуатационной надёжности электродвигателей бывают недостаточно эффективны. Метод выявления определяющих факторов эксплуатации, предложенный в [1, 129], не охватывает весь объём информации о причинах отказов, что увеличивает погрешность, с которой данные факторы определяются, и вносит неопределённость в получаемые результаты. Это обстоятельство сказывается на эффективности мероприятий, целью которых является повышение эксплуатационной надёжности. Метод, предложенный в [59], не позволяет исследовать влияние таких факторов, как увлажнение и воздействие агрессивной среды. Таким образом, в настоящее время существует необходимость в разработке экспресс - метода, позволяющего исследовать воздействие различных факторов эксплуатации с целью дальнейшего ограничения их влияния на надёжность посредством применения соответствующих мероприятий.
Одним из основных показателей надёжности электродвигателей является интенсивность отказов XQ [32], которая в свою очередь зависит от периода эксплуатации [23, 32, 46, 48, 106, 131]. Принято считать, что существуют три периода эксплуатации. Первым является период приработки, когда при эксплуатации происходит отбраковка электродвигателей с конструктивными, технологическими и производственными дефектами. По мере того как электродвигатели отказывают, а дефекты монтажа выявляются и устраняются, интенсивность отказов быстро уменьшается и достигает стабильного значения. Период с постоянной интенсивностью отказов называется периодом нормальной эксплуатации. В данный период эксплуатации электродвигателей обычно происходят внезапные отказы, которые носят случайный характер. Случайность возникновения внезапных отказов проявляется в том, что они происходят неожиданно и нерегулярно. Тем не менее в достаточно большие и приблизительно равные промежутки времени они повторяются примерно с одинаковой интенсивностью. После периода нормальной эксплуатации наступает период износа, для которого характерно увеличение интенсивности отказов. Данное разделение условно, так как часто бывает достаточно сложно определить границы периодов эксплуатации. На основании работ [29, 48, 106] было установлено, что эксплуатационную надёжность электродвигателей в течение всех трёх периодов можно описать законом Вейбулла, частными случаями которого являются экспоненциальное распределение и распределение Релея. Параметры закона распределения можно определить любым .из известных способов на основании данных динамики отказов электродвигателей [3, 34, 63, 114]. Параметр формы кривой а закона распределения Вейбулла зависит от периода эксплуатации отказавших электродвигателей. Так, при а—\ получается экспоненциальное распределение, для которого характерно Я0 = const, что соответствует периоду нормальной эксплуатации. Плотность вероятности отказов f{t) и интегральная функция F\t) для экспоненциального закона определяются уравнениями
Повышение эффективности использования тепловых реле и автоматических выключателей с тепловыми расцепителями
Повышение тока вызывает увеличение -переменных потерь и -приводит, повышенному нагреву электродвигателя. Величина установившегося превышения температуры в длительном режиме работы с постоянной нагрузкой зависит от величины тока. Через некоторое время после возникновения перегрузки температура обмоток достигает значения, .допустимого для данного класса .нагревостойкости изоляции. Каждому значению перегрузки соответствует своё допустимое время, которое можно считать безопасным для изоляции [55, 89, 112, 113]. Зависимость допустимой длительности перегрузки от её величины называется перегрузочной характеристикой электродвигателя. ! Тепловые реле и автоматические выключатели осуществляют контроль тока и при правильном использовании и настройке они способны удовлетворительно защищать электродвигатели от перегрузки и потери фазы (42,55,59, 68,78,123, 125]. Фактически тепловое реле представляет собой неоднородное тело с одним источником тепла. Как видно из рис. 3.2, тепловое реле можно рассматривать как некоторую систему, состоящую из двух тел: нагревательного элемента и воздушной камеры с биметаллической пластиной [90]. где / — контролируемый ток; гз0 — начальное внутреннее сопротивление нагревательного элемента; аэ — температурный коэффициент сопротивления материала нагревателя; тъ —температура нагрева.
Тепловой процесс нагрева может быть описан следующими дифференциальными уравнениями теплового баланса: для нагревательного элемента где / — -ток перегрузки реле, А; о, — температурный коэффициент материала нагревательного элемента, 1/С; г — сопротивление нагревательного элемента при температуре окружающей среды, Ом; гэ — превышение температуры нагревательного элемента, град.; т„ — .превышение температуры биметаллической пластины над температурой окружающей, среды, град; Сэ — тешгоемкость нагревательного элемента, Дж/С ; Сп .— теплоёмкость воздушной камеры с пластиной, Дж/ d ; Я, теплопроводность связывающая нагревательный элемент с бимметаллической пластиной, Дж/(сС), Л2 — теплопроводность, связывающая нагревательный элемент с биметаллической пластиной и окружающей средой,. Дж/(сС.), Решение системы дифференциальных уравнений (3.2) и (33) даёт возможность получить выражения для нагрева: нагревательного элемента Решение системы дифференциальных уравнений теплообменных процессов в тепловом реле (3.4) и (3.5) посредством применения графоаналитического метода позволило получить выражения, описывающие защитную характеристику теплового реле в различных режимах. Так, при работе реле в установках, имеющих длительный или кратковременный режим работы, время срабатывания при перегрузке, начиная с холодного состояния, определяется из уравнений (3.6) и (3.7) соответственно: где т„ср — превышение температуры пластины, при котором происходит срабатывание теплового реле, С; jP — коэффициент,--определяемый по следующей формуле:
Отсюда :ледует, что время срабатывания -реле в длительном и кратковременном режимах может быть легко получено аналитическим путём, что объясняется полной идентичностью тепловых процессов в электродвигателе и аппарате защиты. Конструктивно элементы теплового реле выбирают таким образом, чтобы оно моделировало процесс нагрева при длительной . работе я .постоянной нагрузке. Поэтому тепловые реле удовлетворительно защищают электродвигатели от перегрузок при эксплуатации в длительном и кратковременном режиме работы, что подтверждается экспериментальными данными [84, 123]. Тепловое реле, действующее в функции тока, является защитой косвенного действия. Оно контролирует ток, а по его величине и длительности тепловое состояние электродвигателя 47, 54, 89]. Процесс нагрева обмоток при постоянной я переменной нагрузке различается как в ходе изменения температуры, так и в характере нагрева отдельных частей электродвигателя. Вслед за колебаниями нагрузки изменяется и температура обмоток. Из-за тепловой инерции колебания температуры электродвигателя имеют небольшой разброс в отличие от теплового реле. Протекание тепловых переходных процессов при изменяющейся нагрузке явление сложное, его анализ затрудняется тем, что температура не всегда соответствует току, протекающему в данный момент времени.
Следовательно, чувствительный элемент (биметаллическая пластина) не будет нагреваться пропорционально обмотке. При больших колебаниях тока процессы нагрева биметаллической пластины и электродвигателя не идентичны. При переменной нагрузке существует расхождение между током и степенью нагрева электродвигателя, которое увеличивается с ростом числа колебаний нагрузки, в результате чего в работе реле появляются погрешности. Повторно-кратковременный режим работы характеризуется переходными тепловыми процессами, проходящими в электродвигателе, аналогично режиму с переменной нагрузкой. В повторно-кратковременном режиме работы может быть и так, что после отключения двигателя температура обмоток статора будет расти за счёт тепла, поступающего от ротора. Таким образом, в режиме работы с перемежающейся нагрузкой и в повторно-кратковременном режиме работы тепловые поцессы в реле и в электродвигателе расходятся. Степень расхождения в тепловых процессах электродвигателя и теплового реле зависит от частоты циклов включения или от колебаний нагрузки [78, 84].
Устройство для стабилизации тока в промышленных стендах контроля качества настройки автоматических выключателей серии ВАВ1-29
Автоматические выключатели серии ВА81-29 начали выпускаться в 1999 г. К этой серии предъявлялись новые, более жёсткие требования ГОСТ Р 50345 - 92 (МЭК 60898 - 95). Например, автоматические выключатели этой серии с тепловыми расцепителями должны срабатывать при токе, равном 2,55 І„. в течение 20 с, без предварительного прогрева. Время полного остывания сработавшего автоматического выключателя 30 мин. При этом автоматический выключатель обязан обеспечить гарантированное несрабатывание при токе, равном номинальному значению. Автоматические выключатели данной серии не оснащены температурной компенсацией, и поэтому для их испытаний вводят поправочные коэффициенты, характеризующие взаимосвязь испытательного тока с температурой окружающей среды. За время испытаний внутреннее сопротивление автоматического выключателя успевает измениться в 1,5...2,5 раза: где R0 — начальное сопротивление при температуре 20С, при #, соответствующей окружающей среде; а — температурный коэффициент сопротивления. Как видно из выражения (4Л), величина изменения сопротивления подчиняется экспоненциальному закону и увеличивается с ростом температуры, что соответственно приводит к падению, лспытательного тока в цепи автоматического выключателя: где U — напряжение на автоматическом выключателе; / — испытательный ток автоматического выключателя. Согласно выражению (4.2), при постоянной величине питающего напряжения с ростом сопротивления будет снижаться ток, который соответственно понизит нагрев термоэлемента автоматического выключателя: /2 тде Т — постоянная времени нагрева; К = -fr\ 1Ы — ток уставки реле; / — ток испытаний. Как видно из выражения (4.3), уменьшение тока испытаний приведёт к увеличению времени срабатывания автоматического выключателя. Величину Т считают постоянной для тепловых реле и автоматических выключателей с тепловыми расцепителями.
Кроме изменения внутреннего сопротивления в процессе нагрева испытательным током автоматические вьпслючатели имеют различные внутренние сопротивления, величины которых не регламентированы нормативными документами. Разброс может находиться в пределах 20 %, что также сказывается на токах, проходящих через вновь установленный аппарат. Как видно из выражений (4.2), (4.3), время срабатывания зависит от установившегося значения тока, который должен соответствовать требованиям методики испытаний. Колебания напряжения в сети вследствие включения или отключения мощных электроприёмников приводит к изменению тока через испытуемый автомат. Так, по выражению (4.2), видно, что уменьшение напряжения приводит к увеличению времени срабатывания реле. Увеличение напряжения приводит к увеличению тока и ускорению срабатывания. В том и другом случае данные режимы являются отклонениями от нормальных испытаний и приводят к увеличению погрешности в настройке. Согласно методике испытаний, величина тока, проходящего через испытуемый элемент, должна иметь чётко заданное значение и не меняться во времени по различным причинам. В связи с этим операторы промышленных стендов вынуждены поддерживать ток вручную с помощью ЛАТРов, что приводит к увеличению трудоёмкости и значительному снижению производительности на данной операции.
Схема промышленного устройства контроля качества настройки автоматических выключателей содержит силовой блок питания, измерительные приборы и лабораторный автотрансформатор для поддержания тока. Время срабатывания автоматических выключателей контролируется таймером Ф-291, а величина тока электронным милливольтметром, подключенным паралельно шунту с калиброванным сопротивлением. В связи с этим,, на основании общего анализа проблемы были сформулированы основные требования к устройству для контроля качества настройки, а именно: высокая стабильность испытательного тока; высокая производительность; надёжность; обеспечение минимума несинусоидальности формы выходного тока. Качество формы кривой тока необходимо обеспечивать для устранения переходных процессов и для уменьшения погрешности при настройке автоматических выключателей. Принцип действия предлагаемого устройства рассмотрен но представленной функциональной схеме (рис. 4.2), на основании которой расшифрованы функции отдельных блоков {135]. Изменяя напряжение, снимаемое с регулируемого трансформатора /, и одновременно меняя кратность делителя 4 датчика тока 14 с помощью механически связанных .:друг с .другом" переключателей 2 и 3 устанавливается необходимое значение испытательного тока автоматического выключателя 12 с тепловым расцепителем 13. Это значение в 2,55 раза выше значения номинального тока автоматического :выключателя.-При такой кратности тока испытания автоматического выключателя проводятся без предварительного прогрева. ТІри нажатии на кнопку 7 ("пуск") во вторичной цепи трансформатора 10 будет протекать электрический ток, что приведет к срабатыванию реле 17, которое подключено к выходу датчика тока 14 и которое своими контактами 18 произведет обнуление и запуститсчетвремени таймера 16, а контактами 8 блокирует кнопку 7. Одновременно с началом протекания тока через датчик 14 и выпрямитель 15 начинает работать схема автоматической стабилизации тока, представляющая собой усилитель постоянного тока б, который воспринимает и усиливает с помощью выпрямителя 15 величину. отклонения тока испытания от заданного значения, получаемого с датчика тока 14. Усиленное значение этой величины подается на электронный регулятор напряжения 5, который в зависимости от пришедшего с датчика тока 14 сигнала производит уменьшение или увеличение напряжения в первичной цепи силового трансформатора 10 и, как следствие этого, регулирование его выходного тока. Испытания продолжаются до 20 с. согласно ГОСТ Р 50345 - 92.
