Введение к работе
Актуальность темы. Проблема надежности витковой изоляции, всех катушечных обмоток электромеханических устройств, как несоответствие между желаемым и действительным, существует в настоящее время и будет существовать в дальнейшем. Её решение требует затраты больших сил и средств на создание новых видов изоляции и технологии изготовления обмоток; способов и устройств для контроля и испытания обмоток; защиту витковой изоляции при эксплуатации от внутренних механических повреждений и опасных для изоляции коммутационных перенапряжений, и на другие мероприятия.
В области электрических машин катушечные обмотки широко применяются в дросселях, трансформаторах, асинхронных двигателях напряжением до 10 кВ и в двигателях и генераторах постоянного тока. При импульсных и высокочастотных воздействиях перенапряжения в обмотках электромеханических устройств обусловлены емкостными и индуктивными связями между элементами обмотки, причем индуктивные связи определяются потоками рассеяния. Поэтому в дросселях и трансформаторах шихтованная сталь магнитопроводов не оказывает существенного влияния на перенапряжения в их обмотках.Конструкция магнитопроводов всех электрических машин пазового исполнения на пути потоков рассеяния примерно одинакова, однако наличие коллектора в машинах постоянного тока значительно облегчает контроль и испытание их витковой изоляции.
Асинхронные двигатели составляют основу электропривода большинства производственных процессов и потребляют около 40% всей вырабатываемой в мире электроэнергии, а удельный ущерб от отказа асинхронных двигателей пропорционален электровооруженности произ-видства, которая постоянно возрастает. Как и у всех электромеханических устройств с катушечными обмотками, в системе надежности асинхронных двигателей наиболее слабый звеном является витковая изоляция, междувитковыми и междуфазовыми замыканиями в которой обусловлено около 90 отказов асинхронных двигателей. Поэтому при решении вопросов надежности витковой изоляции катушечных обмоток электромеханических устройств в работе основное внимание уделено асинхронным двигателям.
Цель и задачи работы. Целью данной работы является изучение электрофизических высокочастотных процессов в электромеханических системах с магнитопроводачи из шихтованной стали в широком диапазоне рабочих параметров, включая коммутационные; разработка рас-
ц.
четно-математического аппарата прогнозирования и эксплуатационног контроля условий возникновения междувитковых и междуфазовых перенапряжений; разработка принципов и методов испытания и контроля междувитковой электрической изоляции обмоток электрических машин, включая асинхронные двигатели, для повышения надежности эксплуатации электромеханических систем, включая электрические машины.
Методы исследования; Физический анализ процессов, физическое и математическое моделирование, математический анализ с использованием ЭВМ, нахождение упрощенных решений для целей прантики.
Научная новизна работы заключается в новом уровне исследований высокочастотных электрофизических процессов и их физико-математической интерпретации в электромеханических системах с шихтованной сталью, позволившим доказать, что:
- картина магнитного поля в изоляции на пути магнитных потоков
рассеяния обмоток электрических машин пазового исполнения сохра
няет свой характер при возрастании частоты тока в обмотке до
I МГц;
при равенстве активных потерь в меди и стали витковое замыкание в обмотке приводит к наибольшему увеличению ее активного сопротивления;
степень влияния емкостных и индуктивных электромагнитных связей между элементами обмотки на продольные перенапряжения зависш от соотношения длин распространяющихся по обмотке электромагнитных волн с ее геометрическими размерами.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
- Разработаны алгоритмы расчета высокочастотных магнитных цепеі
электромеханических устройств с магнитопроводами из шихтованной
стали и эквивалентных высокочастотных параметров обмоток электрических машин пазового исполнения с частотой тока в обмотке до I МГц;
Сформулированы требования по оптимизации методов обнаружения короткозамкнутых витков в обмотках электрических машин, разработаны устройства для обнаружения короткозамкнутых витков в обмоткг асинхронных двигателей практически всех типоразмеров.
Сформулированы требования по оптимизации формы испытательноп напряжения для выявления опасных при эксплуатации повреждений ви' ковой изоляции и обоснована необходимость защиты витковой изоляц обмоток асинхронных двигателей от коммутационных перенапряжений.
Реализация результатов диссертационной работы осуществлена
5.
следующим образом: основные теоретические и практические результаты использованы при выполнении заказов НИИ Прикладной механики г. Москвы, позволившие повысить эффективность контроля витковой изоляции микроэлектродвигателей, работающих в автономных системах, и, следовательно, надежность работы систем в целом. Разработанные устройства для контроля витковой изоляции аттестованы "в НИИ Прикладной механики, в Новосибэнерго г. Новосибирска, на заводе Оксид г. Новосибирска и внедрены на трех предприятиях Министерства общего машиностроения, в том числе в НИИ Прикладной механики, на предприятиях Новосибэнерго и на заводе Оксид г. Новосибирска. "
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на:
Всесоюзных научно-технических конференциях Министерства электротехнической промышленности и приборостроения СССР в г. Суздале в 1985 и в 1990 годах.
Республиканских семинарах Киевского областного правления НТО Энергетики и электротехнической промышленности "%ти повышения эффективности и надежности электрических машин переменного тока" в 1987, 1989 и в І99Іг.г. В полном объеме работа докладывалась на Республиканском семинаре в г. Киеве в 1991г., в Сибирской государственной академии телекоммуникаций и информатики и в Новосибирском государственном техническом университете.
Прибор для дефектоскопии витковых замыканий в обмотках электрических машин демонстрировался на ВДНХ в 1985 г. и был удостоен бронзовой медали. В 1989 г. на ВДНХ демонстрировалась установка для обнаружения короткозамкнутых витков УОКЗВ.
Публикации. По теме работы опубликовано 38 печатных работ и получено .8 авторских свидетельств.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений. Основной текст диссертации содержит 170 страниц рукописного текста, 67 рисунков, 15 таблиц. Список литературы включает 155 наименований. 15 приложений содержат 36 страниц рукописного текста, 42 рисунка, 16 таблиц.
