Введение к работе
Актуальность темы. Одной из основных задач современного промышленного производства является повышение качества, конкурентоспособности и экономичности выпускаемой продукции, повышение ее надежности, снижение стоимости, материалоемкости и энергопотребления. Поэтому особое влияние на решение этой задачи оказывает надежность работы электродвигателей, используемых в качестве приводных механизмов.
Среди электродвигателей наибольшее распространение получил асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. В настоящее время асинхронные двигатели (АД), особенно с короткозамкнутым ротором, как самые дешевые и надежные являются наиболее массовой продукцией электромашиносгроения. Их доля в общей номенклатуре электродвигателей составляет по количеству -90%, по мощности - 60%. В России, по состоянию на 1990 г., выпускалось ежегодно свыше 10 млн. короткозамкнутых АД серии 4А, на долю которых приходилось до 50% потребляемой в стране электроэнергии.
Широкая распространенность АД предопределена их относительной простотой, достаточно высокой надежностью, а также высоким коэффициентом полезного действия и удовлетворительными конструктивными и эксплуатационными характеристиками. Однако в реальных условиях эксплуатации, в зависимости от различных факторов, достаточно высокие надежностные показатели АД для номинальных условий эксплуатации, не совпадают с эксплуатационными. Это влечет за собой выбор двигателей завышенной мощности, увеличение материальных затрат на их ремонт и обслуживание.
Вопросам повышения эксплуатационной надежности АД посвящена данная работа, выполненная на кафедре электрически машин и аппаратов Томского политехнического университета.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с программой: научно-исследовательских работ кафедры электрических машин и аппаратов Томского политехнического университета и является частью комплексной работы по управлению качеством при проектировании, изготовлении и эксплуатации АД.
Целью работы является совершенствование методов обеспечения эксплуатационной надежности АД, создание методик исследования и прогнозирования их показателей надежности в эксплуатации и разработка научно обоснованных рекомендаций по выбору комплектов АД - устройство защиты (УЗ) в зависимости от условий эксплуатации.
Для реализации поставленной цели определены задачи исследования:
-
Анализ проблемы эксплуатационной надежности АД. Определение компонентов, оказывающих влияние на эксплуатационную надежность двигателя, и влияния между ними с целью получения математической модели.
-
Сформулировать задачу оптимального выбора УЗ и АД в зависимости от уровня потока аварий и предъявляемых к показателю надежности требований.
-
По результатам анализа отказов АД при подконтрольной эксплуатации определить численные значения вероятностей появления аварийных режимов (АР), разбить их на группы и дать классификацию по типам производств.
-
Определение ряда оптимальных комплектов АД-УЗ для различных вероятно-
стей появления АР на основании математической модели эксплуатационной надежности АД.
-
Создание методики выбора АД по надежности, используя нагрузочную диаграмму, целью которой был бы выбор того двигателя, который при данных условиях эксплуатации обеспечивал необходимую надежность. При этом параметр надежности представляется как некий резерв, вырабатываемый двигателем более или менее быстро в зависимости от характера нагрузки.
-
Провести анализ выбора АД на основе созданной методики. Сравнить ее с общепринятыми методиками.
-
Выработать рекомендации по выбору оптимального типа УЗ в зависимости от картины потоков АР.
Методы исследования. При решении вопросов обеспечения эксплуатационной надежности АД использовались методы теории электрических машин, системного анализа и математической статистики, теории вероятности и выбора решений.
Все исследования выполнены с использованием современных ПЭВМ
Научная новизна работы:
разработана иерархическая структура системы обеспечения эксплуатационной надежности АД, позволившая определить перечень элементов, оказывающих на нее влияние и взаимосвязь между ними;
создана математическая модель эксплуатационной надежности АД, учитывающая особенности типа производства (сельскохозяйственные и промышленные предприятия), уровня аварийности и надежностных свойств элементов системы АД - УЗ;
создана методика выбора АД по параметру допустимой эксплуатационной надежности, позволяющая производить выбор двигателя, обеспечивающего необходимый уровень надежности, при известной вероятности потока аварий;
впервые произведена оптимизация выбора типа УЗ как с учетом так и без учета его стоимости, в зависимости от картины потоков аварий на установке, что позволяет снизить затраты от неправильного выбора защиты, одновременно повысив надежность системы АД - УЗ;
произведено исследование влияния надежностных параметров типов УЗ, АД и уровня потока аварий на эксплуатационную надежность АД, выработаны рекомендации по выбору типа УЗ, двигателя от уровня аварийности, свойственного рассматриваемому предприятию.
Указанные результаты работы выносятся на защиту.
Практическая ценность работы состоит в том, что полученные при ее выполнении результаты способствуют повышению уровня эксплуатационной надежности асинхронных двигателей, а следовательно к снижению материальных и трудовых затрат на их обслуживание. Этому способствует то, что:
разработанная методика выбора АД по надежности позволяет с одной стороны снизить влияние таких АР, как технологические перегрузки, с другой - исключить выбор двигателя завышенной мощности и снизить энергопотребление;
созданная математическая модель эксплуатационной надежности асинхронных двигателей позволяет произвести выбор оптимального УЗ по показателям
надежности или выбрать из имеющегося арсенала наиболее эффективное УЗ для сложившейся картины аварийности на рассматриваемом предприятии; - предложены рекомендации по выбору типов УЗ, в зависимости от потоков аварий, определены уровни аварийности свойственные различным предприятиям таких типов производства как сельское хозяйство или промышленность.
Наибольшую практическую ценность полученные результаты исследований имеют для разработки высоконадежных систем АД - УЗ и для предприятий с высоким значением потока аварий.
Реализация результатов работы. Основные результаты работы используются при прогнозировании, обеспечении и повышении эксплуатационной надежности низковольтных АД средней и малой мощности, выпускаемых ОАО "СКБ Сибэлектромотор" (г.Томск) в виде методик, алгоритмов, программ и рекомендаций по оптимальному выбору УЗ и мощности двигателей.
Методики выбора типа УЗ могут быть использованы при обеспечении показателей эксплуатационной надежности других типов электрических машин:
Математическая модель эксплуатационной надежности АД используется в учебном процессе кафедры электрических машин и аппаратов Томского политехнического университета при изучении лекционных курсов подготовки инженеров по специальностям 180200 (электрические и электронные аппараты) - "Качество и надежность электрических аппаратов", 180100 (электрические машины) -" Качество и надежность электрических машин".
Апробация. Материалы исследований докладывались и получили одобрение на четвертой, пятой и шестой научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых Томского политехнического университета "Современные техника и технологии" (1998-2000 г.г.), научных семинарах кафедры "Электрические машины и аппараты" Томского политехнического университета.
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано три печатные работы.
Структура и объем. Диссертационная работа состоит из шести разделов, включая введение и заключение и содержит 117 страниц машинописного текста, включая 27 рисунков и 11 таблиц, список литературы, состоящий из 112 наименований и приложения.
