Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ парка электроприводов в нефтегазовой промышленности 9
1.1. Электроприводы буровых установок, применяемых при сооружении нефтяных и газовых скважин 9
1.2. Электроприводы на объектах добычи нефти и газа 18
1.3. Электроприводы установок транспорта и хранения нефти и газа. 21
1.4. Анализ парка электроприводов, применяемых при переработке нефти и газа 32
1.5. Статистика и анализ отказов и неисправностей ЭД, эксплуатируемых на предприятиях и объектах нефтегазовой промышленности 38
1.6. Выбор стратегии технического осмотра и ремонта (ТО и Р) приводного электродвигателя в нефтегазовой промышленности 44
1.7. Основные выводы 51
2. Анализ старения изоляции обмоток электрических машин 53
2.1. Анализ типов и характеристик изоляционных материалов используемых при изготовлении обмоток ЭД 53
2.2. Анализ факторов влияющих на эксплуатационную надежность изоляции обмоток электрических машин 58
2.3. Анализ методов оценки теплового старения и износа электрической изоляции 64
2.4. Сравнение результатов расчета времени старения изоляции обмоток электрических машин по методам Монтзингера и Буссинга 75
2.5. Основные выводы 84
3. Анализ температурных полей электродвигателей 86
3.1. Аналитическая модель тепловых процессов в электродвигателе 86
3.2. Выбор средств измерения для анализа температурных полей и целей диагностики электродвигателей 90
3.3. Расчет и измерение параметров температурных полей с целью определения мест установки датчиков 97
3.4. Основные выводы 106
4. Разработка алгоритма для устройства диагностирования изоляции обмоток электрических машин 107
4.1. Способ прогнозирования температуры, оценки состояния и расхода ресурса изоляции обмоток 107
4.2. Устройство температурной диагностики электрических машин 117
4.3. Экспериментальное определение точности и заблаговременности прогнозирования температуры устройством диагностики электродвигателей 121
4.4. Основные выводы 124
Заключение 126
Литература 128
Приложение 134
- Электроприводы буровых установок, применяемых при сооружении нефтяных и газовых скважин
- Анализ типов и характеристик изоляционных материалов используемых при изготовлении обмоток ЭД
- Аналитическая модель тепловых процессов в электродвигателе
- Способ прогнозирования температуры, оценки состояния и расхода ресурса изоляции обмоток
Введение к работе
Актуальность темы. Нефтегазовая промышленность характеризуется высокой энергоемкостью. Энергозатраты, необходимые для обеспечения процессов сооружения скважин, добычи углеводородного сырья, транспорта и хранения, переработки нефти и газа, имеет устойчивую тенденцию к росту. Большая часть электроэнергии преобразуется в механическую в электроприводах. С каждым годом установленная мощность электродвигателей - основной части электроприводов - увеличивается.
Напряженность и непрерывность технологических процессов в нефтегазо-вой промышленности обуславливают высокие требования к надежности используемых электроприводов. Внезапные отказы главных электроприводов, как правило, приводят с одной стороны к прямым убыткам, обусловленным, например, необходимостью проведения ремонтных работ, а с другой стороны к косвенным: простоям технологического оборудования, осложнениям экологической обстановки.
Одним из способов повышения эксплуатационной надежности электроприводов является диагностика. Оснащение электроприводов индивидуальными системами диагностики позволит сократить число внештатных ситуаций, вызванных выходом из строя приводного электродвигателя. Из условий обеспечения ритмичности и безопасности технологических процессов следует применять системы диагностики в первую очередь на главных электроприводах. По экономическим соображениям из числа главных электроприводов особо необходимо выделить электроприводы большой мощности.
В связи с тем, что значительная доля отказов и неисправностей электродвигателей связана с нарушением их температурного режима, представляется актуальной разработка систем температурной диагностики электродвигателей. Высокая точность предлагаемой системы диагностики приведет к снижению затрат на обслуживание и ремонт электроприводов, а также снизит вероятность их внезапных отказов.
Таким образом, в рамках нефтегазовой промышленности существует актуальная задача разработки высокоточной системы температурной диагностики электродвигателей, которая позволила бы повысить эксплуатационную надежность электроприводов в целом.
Цель работы заключается в повышении надежности работы электрических машин предприятий нефтяной и газовой промышленности за счет создания системы температурного контроля и диагностики их состояния в процессе эксплуатации. Достижение данной цели требует решения следующих основных задач:
анализ парка электрических машин, особенностей их эксплуатации и характерных повреждений;
анализ и экспериментальные исследования физических закономерностей температурного старения изоляции с целью определении наиболее адекватных методов его оценки;
анализ и моделирование температурных полей во вращающихся электрически машинах с целью определения мест размещения датчиков температуры;
разработка методов, алгоритмов и средств прогнозирования температурного режима электрической машины в процессе ее эксплуатации;
5) экспериментальная проверка предложенных решений.
Объекты и методы исследования. Объектами исследования являются используемые в нефтегазовой промышленности приводные электродвигатели, а также температурные режимы их работы. Исследования проводились с применением методов теории электрических машин и электропривода, теории планирования эксперимента, теории теплотехники, математического и компьютерного моделирования электромеханических объектов.
Научная новизна работы:
предложен принцип поэтапного перехода от обслуживания электродвигателей по регламенту к обслуживанию по состоянию;
доказана адекватность применения формулы Буссинга для описания процессов теплового старения изоляции обмоток электродвигателей;
предложен новый подход к моделированию температурного состояния электродвигателя;
предложены методы и алгоритмы прогнозирования температурного состояния электродвигателя в процессе его эксплуатации.
Практическая значимость работы:
определены места размещения первичных датчиков температуры, позволяющие адекватно оценивать температурное состояние электродвигателя;
разработаны алгоритмы и структурные схемы «Устройства для прогнозирования температуры нагрева и измерения расхода ресурса изоляции обмоток электрооборудования в процессе эксплуатации»;
разработан и испытан макетный образец «Устройства для прогнозирования температуры нагрева и измерения расхода ресурса изоляции
обмоток электрооборудования в процессе эксплуатации». На защиту выносятся следующие положения диссертационной работы:
утверждение о высокой точности результатов расчета величины срока службы изоляции обмотки электродвигателя, получаемых по формуле Буссинга;
методика размещения первичных датчиков температуры на основе моделирования температурных полей в электродвигателях;
алгоритм, применяемый в «Устройстве для прогнозирования температуры нагрева и измерения расхода ресурса изоляции обмоток электрооборудования в процессе эксплуатации».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 авторское свидетельство, 1 патент РФ.
Апробация работы. Основные положения представляемой работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
Областная научно-техническая конференция «Современные тенденции развития газовой промышленности УССР» (Харьков, 1989);
Всесоюзная научно-технической конференция «Разработка методов и средств экономии и системах электроснабжения промышленности и транспорта» (Днепропетровск, 1990);
Научно-техническая конференция, посвященная 70-летию первого выпуска российских инженеров-нефтянников «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 1994);
а также на научных семинарах кафедры ТЭЭП РГУ нефти и газа
имени И.М. Губкина. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 134 страницы машинописного текста, 133 страницы основного текста, 1 страница приложений, основной текст содержит 32 рисунка и 27 таблиц, библиография включает 63 наименования.
1. АНАЛИЗ ПАРКА ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ В НЕФТЕГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Нефтяная и газовая отрасли промышленности представляют собой совокупность отдельных последовательных технологических процессов. Полный цикл производств в отрасли может быть представлен как последовательная цепочка процессов сооружения скважин, добычи углеводородного сырья и подготовки его к дальнему транспорту, транспорта (преимущественно трубопроводного) и хранения, переработки нефти и газа, а также процессов нефтехимии и газохимии.
Практически во всех звеньях данной производственной цепочки ведущую роль в обеспечении технологических процессов играют электроприводы. Парк применяемых электроприводов весьма разнообразен как по типу машин, так и по своей единичной мощности.
Для формулировки задач диагностики электрических машин, применяемых в нефтяной и газовой промышленности, необходим анализ их парка, а также их типичных неисправностей. Эти задачи решаются в данной главе диссертационной работы.
Анализ парка электроприводов произведен в соответствии с приведенными выше технологическими процессами, характерными для нефтегазовой отрасли.
Электроприводы буровых установок, применяемых при сооружении нефтяных и газовых скважин
Для легких буровых установок применяется нерегулируемый электропривод роторного стола. Для буровых установок, предназначенных для бурения на большую глубину, как правило, применяют индивидуальный плавно регулируемый электропривод постоянного или переменного тока.
Применение регулируемых электроприводов позволяет получить мягкие характеристики и облегчить условия работы бурильной колонны в переходных процессах. Это также позволяет поддерживать оптимальную частоту вращения при проходке пород различной твердости и главное - возможность автоматизации процесса бурения, в рамках которого диагностика состояния ЭД может существенно повысить надежность этого процесса в целом.
Привод бурового насоса — индивидуальный, с длительным режимом работы при постоянном моменте на валу, с ограничением на заданном уровне максимального тока и момента. Для среднего бурения применяется нерегулируемый привод с плавным пуском, для глубокого бурения диапазон регулирования скорости составляет 50 %, для сверхглубокого бурения — 75 + 100%.
Привод, как правило, обеспечивает плавный пуск насоса как при отсутствии давления в нагнетательном трубопроводе, так и при противодавлении, создаваемом другим работающим насосом; возможность работы насоса в режиме максимального давления и минимального числа ходов, а также длительной работы на малой скорости. Вид ЭД и система регулирования определяют заданный диапазон изменения пускового момента при пуске без на грузки и под нагрузкой. Привод также поддерживает непрерывную циркуляцию во время осложнений и аварийных ситуаций в скважине за счет автоматического снижения расхода промывочной жидкости до минимального при постоянстве давления [10].
Привод лебедки — это привод постоянного или переменного тока, индивидуальный, с длительным режимом работы, реверсивный, глубокорегу-лируемый. Регулятор привода поддерживает (с необходимой точностью) постоянно регулируемую величину (осевую нагрузку на долото или скорость подачи при роторном и турбинном бурении, или активную составляющая тока электробура), изменение регулируемой величины по заданному или произвольному закону [11].
При бурении турбобуром привод обеспечивает максимальное использование мощности гидравлического потока, подводимого к турбобуру, при наивыгоднейшем сочетании осевого давления и частоты вращения долота при бурении различных по твердости пород, а также проводку скважин с минимальным отклонением от вертикали. Также он обеспечивает автоматический перевод регулятора подачи в режим подъема и остановку его на принятом расстоянии от роторного стола после завершения рейса долота. В случае рекуперативного торможения привода и при отключении питающих автоматов как на стороне переменного, так и постоянного тока привод имеет защиту от разноса весом бурильной колонны. Привод вспомогательных механизмов. Как показал анализ, для приводов вспомогательных механизмов используются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Данные двигатели работают во всех возможных эксплуатационных режимах. Технологический процесс добычи нефти и газа с применением электроприводов начинается с подъема продукции пласта на поверхность. Для анализа парка электроприводов, используемых в добыче нефти, проведена оценка количества скважин, на которых ведётся добыча нефти, то есть, определен фонд нефтяных скважин России. По имеющейся официальной информации за август 2008 года [12] о фонде нефтяных скважин составлена табл. 1.5. При эксплуатации скважин с помощью установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) используется погружной электродвигатель (ПЭД) для приведения во вращение центробежного насоса, находящегося непосредственно в скважине ниже уровня жидкости [13]. Таким образом, количество скважин с УЭЦН, соответствует количеству приводных электродвигателей, используемых при данном способе эксплуатации. В последнее время более широкое применение нашли скважины, оснащенные винтовыми насосами, для привода которых также используются электродвигатели. Количество скважин, посредством которых нефть добывают с помощью штанговых скважинных насосов (ШСН), характеризует и количество электроприводов, применяемых при данном способе эксплуатации нефтяных скважин. При газлифтном способе эксплуатации используются компрессорные станции (КС) для нагнетания газа в нефтяные газлифтные скважины. На КС устанавливаются центробежные компрессоры, и, как свидетельствуют доступные данные, в основном с электроприводом [14].Оценить их количество, как в предыдущем случае по числу скважин невозможно, так как на нефтяном промысле одна газлифтная компрессорная станция может использоваться для компримирования и нагнетания газа в несколько скважин. Также получить нужную информацию о количественной оценке электроприводов таких КС из других источников не удалось. Учитывая вышеизложенное и то, что данный способ эксплуатации скважин, как и оставшиеся механизированные способы в отдельности (табл. 1.5.), где так же используется электропривод, не превышают двух процентов от общего числа скважин, отсутствие их количественной оценки не внесёт больших погрешностей в количественный анализ. Резюмируя вышеизложенное, можно определить, что общее количество главных электроприводов используемых при добыче нефти и газа на 2008 год может быть оценено в 126000 единиц. При эксплуатации нефтяных скважин с применением УЭЦН в качестве ПЭД применяют электрические двигатели переменного тока - асинхронные трехфазные с короткозамкнутым ротором маслонаполненные в герметичном исполнении мощностью от 10 до 250 кВт. При эксплуатации нефтяных скважин, применяемые для привода ШСН используют асинхронные трехфазные двигатели с короткозамкнутым ротором мощностью от 1 до 55 кВт с повышенным пусковым моментом - двигатели серии 4А, АОП и АОП2 и др.
Анализ типов и характеристик изоляционных материалов используемых при изготовлении обмоток ЭД
Разрушение изоляции происходит в результате нагрева, механических усилий, влияния влаги, агрессивных сред и электрического поля. Постепенное разрушение изоляции в эксплуатационных условиях или во время профилактических испытаний обычно завершается пробоем - явлением, свидетельствующим о значительном снижении уровня пробивного напряжения изоляции.
Необратимые изменения структуры и химического состава изоляции, происходящие под действием перечисленных факторов, в совокупности на зываются старением изоляции. Процесс ухудшения её свойств в результате старения называется износом. Анализ показал, что возможны повреждения изоляции не связанные с износом - продавливание, прорезание её острыми кромками металлических деталей, образование трещин вследствие значительных напряжений при изгибе и т.п. Такие местные дефекты часто развиваются сравнительно быстро и приводят к пробою изоляции задолго до существенного ухудшения её свойств во всем объёме вследствие электрического или термоокислительного разрушения. В других случаях они возникают и развиваются на фоне общего старения изоляции. Если скорость старения изоляции определяется в основном эксплуатационными условиями и свойствами применяемых материалов, то на образование местных дефектов оказывают значительное влияние также уровень технологии производства электрических машин, условия их транспортировки и монтажа.
Влияние различных факторов на процесс старения изоляции электрических машин отображено в ряде работ советских и зарубежных авторов [29], [30], [31], [32], [33].
Одним из факторов, от которого существенно зависит срок службы изоляции, является действие влаги. При повышенной влажности воздуха на поверхности изоляционного материала образуется пленка влаги. Поверхностное сопротивление изоляции при этом резко снижается. Образованию пленки воды в большой мере способствуют местные загрязнения. Через трещины и поры влага проникает внутрь изоляции, снижая ее электрическое сопротивление. Увеличению влажности в 8 раз соответствует возрастание скорости ее старения в 20 раз, а увеличению влажности в 30 раз - возрастание скорости старения в 100 раз [29]. Следует отметить, что скорость увлажнения существенно зависит от температуры окружающей среды. При одинаковой относительной влажности, но при более высокой температуре изоляция увлажняется в несколько раз быстрее. Механические усилия в обмотках возникают при неодинаковых тепловых расширениях отдельных частей машины, вибрации корпуса, при пусках двигателя. Обычно магнитопровод нагревается меньше, чем проводники обмотки, их коэффициенты расширения различны. В результате проводники обмотки при рабочем токе удлиняется больше на десятые доли миллиметра, чем сталь. Это создает механические усилия внутри паза машины и перемещение проводов, что вызывает истирание изоляции и образование дополнительных зазоров, в которые проникает влага и пыль.
Электрическое поле в высоковольтных машинах вызывает местные электрические разряды и ионизацию внутренних и поверхностных воздушных (газовых) включений. Ионизация воздушных включений вызывает: увеличение тепловых потерь в изоляции; механическое расщепление волокон и слоев; появление озона и оксидов азота, которые в присутствии влаги образуют азотистую и даже азотную кислоту. Азотная и азотистая кислоты могут действовать не только на изоляцию, но и на металлы (сталь, медь). Кроме этого при ионизации внутренних газовых включений происходит электронная и ионная бомбардировка твердого диэлектрика, соприкасающегося с газовым включением. По истечении некоторого времени, если интенсивность бомбардировки достаточна, наступает пробой ближайшего к газовому включению слоя диэлектрика.
Явление наружной ионизации (коронирования) возникает из-за наличия воздушных зазоров между поверхностью изоляции и стенками пазов. Ко-ронирование менее опасно, чем внутренняя ионизация, так как разрушающему действию короны подвергается только поверхность изоляции. Более опасно наличие местных скользящих разрядов в виде искр, которые так же приводят к расщеплению слоев и пластин изоляции. Для предотвращения поверхностных разрядов наружную покровную изоляцию делают с токопрово-дящими нитями, чем выравнивается потенциал паза и поверхности провод ника обмотки. В низковольтных машинах старение изоляции под действием электрического поля не наблюдается.
Пусковые токи, в 6-7 раз превышающие номинальные, создают электродинамические усилия, пропорциональные квадрату тока. Эти усилия действуют на обмотку, вызывая деформацию и смещение отдельных ее частей. Вибрация корпуса также вызывает механические усилия, снижающие прочность изоляции. Стендовые испытания двигателей показали, что при повышенных виброускорениях повреждаемость изоляции обмоток может повыситься в 2,5-3 раза. Колебания двигателя могут возникать из-за несоосности валов, неравномерности нагрузки неодинаковости воздушного зазора между статором и ротором и не симметрии напряжений.
Износу изоляции также способствует пыль, содержащаяся в воздухе. Твердые частицы пыли разрушают поверхность и, оседая, загрязняют ее, чем также снижают величину Unp. Характерным для предприятий нефтегазовой промышленности является наличие в окружающей среде примеси химически активных веществ (сероводород, пропан и др.). В химически агрессивных средах изоляция быстро теряет свои изоляционные свойства и разрушается. Сочетание повышенной влажности и химически активные примеси весьма неблагоприятно, так как оба этих фактора, дополняя друг друга, сильно ускоряют процесс разрушения изоляции. Для повышения химостойкости обмоток электродвигателей применяют специальные пропиточные лаки.
Среди различных факторов, определяющих срок службы изоляции электродвигателей, одним из основных является тепловое старение. В целом около 10-15% всей потребляемой из сети электрической энергии так или иначе преобразуется в тепло, создавая превышение температуры обмоток двигателя над температурой окружающей среды. Немаловажной причиной перегрева обмотки служат возникающие в процессе эксплуатации аварийные режимы [34]. Перечень аварийных режимов приводящих к перегреву обмотки и взаимосвязь последствий перегрева показана на рис. 2.1.
Аналитическая модель тепловых процессов в электродвигателе
Разработка устройства эксплуатационной диагностики на основе температурного контроля состояния обмоток электродвигателя связана с решением задачи обеспечения достоверности информации о температуре этих обмоток. Анализ существующих подходов к решению указанной задачи показал, что данная проблема является многофакторной [44], [45], [46], [47].
Наиболее существенное влияние на результаты температурных измерений оказывают следующие факторы: способ оценки температуры, средство измерения температуры, зоны или точки измерения. На сегодняшний день в отношении температурной диагностики электродвигателей не существует единого подхода к установлению оптимального соотношения указанных факторов.
Основополагающими при решении подобных задач являются исследование температурных полей электродвигателей и аналитический расчет характеристик этих полей.
В основе расчета параметров температурных полей электрических машин лежит теория теплопередачи. В различных частях электрических машин в процессе их работы формируются температурные поля, зависящие от условия выделения потерь в виде тепловой энергии и от условий отвода этой энергии из машины. В предполагаемой модели части электрической машины предлагается представить в виде множества отдельных блоков определенной геометрической формы. Таким образом, реальный электрический двигатель заменяется «блочной» моделью - совокупностью блоков различной формы, в которых тепло выделяется и передается согласно законам теплотехники. В совокупности эти блоки характеризуются очень сильной гетерогенностью температур из-за различия свойств материалов, из которых они состоят. Оптимальными критериями формы блоков являются правильная геометрическая форма, предлагающая их симметрию, практическая однородность материала блока, наличие возможности описать процессы тепловыделения и теплопередач в блоке с помощью единых законов. Необходимо отметить, что существует значительная корелляция между делением на блоки и структурой машины, причем направление деления первого должно соответствовать возможным направлениям анизотропии второй. Деление на формальные и конструктивные единицы - блоки должно осуществляться таким образом, чтобы в дальнейшем было бы возможно использование их в совокупности для целей моделирования режимов работы электродвигателя.
В результате деления полученная модель машины, состоящая из блоков различной формы, окружена корпусом, в направлении которого осуществляется передача тепла. Это направление определяет изменение параметров изменения температурного поля. Следует заметить, что в модели должны быть такие блоки, которые учитывают специфику охлаждающей среды. Изменение температуры указанных блоков происходит за счет конвекции. Таким образом, в данной модели имеются как «твердые», так и «жид-кие»/«газообразные» элементы. Корпус и окружающая среда имеют постоянную температуру, которая определяет начальные условия нагрева модели. Пример «блочной» модели показан на рис. 3.1. Для данной модели принимаются следующие допущения: — равномерность температуры внутри каждого блока и на его по верхности; — равномерность возможного тепловыделения в «твердом» элементе; — равномерность изменения внутренней энергии в «твердых» блоках; — однозначность физических свойств для всех блоков (плотности, удельной теплоемкости, теплопроводности в зависимости от каждого направления анизотропии); — одинаковые условия теплообмена путем конвекции; — пренебрежением теплопередачей излучением можно пренебречь, так как, например, для продуваемых двигателей данный вид теплопередачи играет незначительную роль. Эти допущения позволяют рассматривать только среднее значение различных величин для определения блоков. Каждый блок (а также и части блока) имеет конечное число связей, посредством которых он соединяется с другими блоками (частями блоков). Соединение трех и более связей различных блоков (частей блоков) является узлом связи. Температура узла связи определяется как средняя температура соответствующих поверхностей. Опираясь на закон сохранения энергии, для модели, состоящей из Ni блоков, в общем виде имеем следующую систему дифференциальных уравнений [48], описывающих нагрев и теплопередачу в одном из выбранных направлений х: Очевидно, что решение данной системы уравнений очень трудоемкая задача. На практике с учетом выше названных условий получить такой же результат, что и при решении указанной системы, позволяет метод тепловых схем. Данный метод основан на широком использовании тепловых сопротивлений, которые соединяются в тепловую сеть, имитирующую реальные пути прохождения тепловых потоков в машине. «Блочная» модель, описание которой приведено выше, с достаточной точностью рассчитывается с помощью метода тепловых схем, так как эти модель и метод имеют единую основу (разбиение электродвигателя на множество элементов). Точность расчетов модели напрямую зависит от количества блоков и связей. Аналогично, точность расчета с помощью метода тепловых схем прямо пропорциональна количеству тепловых сопротивлений. Метод тепловых схем, также как и «блочная» модель, позволяет учитывать только средние значения температуры для отдельных элементов машины, что в результате определяет способ оценки температуры.
Способ прогнозирования температуры, оценки состояния и расхода ресурса изоляции обмоток
Первая часть предлагаемого устройства, реализующая зависимость (4.2), работает следующим образом. Электрический сигнал о значении температуры 0с, 0л, 0к (соответственно - температуры среды, лобовой части, корпуса) от датчиков 1,2,3 в виде цифрового кода поступает на сумматоры 4 и 5, с выходов которых после обработки сигналы, соответствующие значениям превышения температуры, ті, поступают на 6 и 10 соответственно ОЗУ. Блок сравнения 7 предназначен для постоянного сравнения значений тк, поступающего от сумматора 4, и, поступающего от ОЗУ 6, что позволяет исключить на начальных этапах расчета отрицательные тепловые импульсы корпуса, обусловленные колебаниями температуры окружающей среды. Положительная последовательность хк от блока 7 поступает на первый 1111 8, на второй вход которого поступает положительная последовательность значений, соответствующих величине ij. Значения Tj поступают с выхода блока сравнения 11, функциональное назначение которого заключается в регистрации режимов нагрева или охлаждения и соответственно формировании последовательности Т] при нагреве и xt при охлаждении.
Регистрация режимов нагрева и охлаждения производится по изменению знака неравенства при сравнении Xj и ХІ_І. Одновременно с этим при нагреве производится сравнение величины изменения разности во времени между этими сигналами (иначе - скорости нарастания температуры) с заданным уровнем. Это соответствует сравнению скорости нарастания температуры с предельной скоростью нарастания температуры электродвигателя при заторможенном роторе (Vt, С/с). Величина Vt задается из справочных данных. При равенстве или превышении расчетного значения заданному уровню Vt формируется сигнал, поступающий на блок информации аварийного режима 29. Блок аварийного режима по желанию может выполнять информативные функции, либо управляющие, необходимые, например, для аппаратов защиты.
Процесс расчета постоянной времени нагрева Т и прогнозируемого значения zji начинается с регистрации ПП 8 начальной разности во времени поступления сигналов, соответствующих значениям ц и тк, что приводит к формированию через рассчитанный промежуток времени At, последовательность ц необходимой для реализации этих параллельных процессов.
Реализация алгоритма расчета постоянной времени нагрева Т за счет цепи последовательных преобразований осуществляемых сумматорами 12 и 17, блок сравнения 23, ПП 13, 9 позволяет рассчитать At по зависимости (4.16), что повышает точность прогнозного значения Ту\ на начальном этапе режима нагрева.
Процесс расчета туі, реализующий зависимость (4.11) посредством цепи преобразований осуществляемых сумматором 12, блоком степенной функции 16, ПП 22, сумматором 21, заканчивается формированием соответствующего сигнала на цифровой дисплей, на котором параллельно отображается информация о значении текущего превышения температуры ц.
Реализация алгоритма расчета расхода ресурса D (см. зависимость (4.22)), осуществляется после прихода на вход ПП15 в режиме нагрева сигнала, соответствующего значению тг, а в режиме охлаждения - т[. Последующая цепочка преобразований, осуществляемая 1111 20, интегратором 19, 1111 25 и параллельно, при условии предварительного ввода посредством блока ввода 26, соответствующих данных о значении А, тд, Тб, цепочки, осуществляемой 111118, 24, 25, приводит к формированию на выходе последнего сигнала, соответствующий расчетному значению D. Значение D отображается индикатором 28 и сохраняется в ПЗУ 30, что обеспечивает сохранение информации о ресурсе при обрыве питании и используется при последующем восстановлении работы устройства.
Таким образом, данное устройство заблаговременно предупреждает о том, каким будет срок службы электрической изоляции обмоток при тепловом старении, если продолжать эксплуатировать электродвигатель в том же режиме и условиях, что позволяет своевременно принять решение о целесообразности эксплуатации двигателя в данном режиме. Одновременно с этим устройство позволяет в режиме пуске электродвигателя, когда типовая тепловая защита отстроена от бросков пускового тока, сигнализировать о наличии аварийной ситуации или формировать, в логической связи с защитными устройствами, соответствующий отключающий импульс. Особенно это может быть актуально, например, при заторможенном роторе двигателя. На разработанное устройство получен патент РФ 1769161 А2 (Приложение 1).
