Математическая модель для исследования надежности машины постоянного тока

Введение 8
1 Анализ надежности электротехнических устройств 11
1.1 Проблема надежности и ее значение для современной техники 11
1.2 Статистика и анализ причин отказов электрических машин 12
1.2.1 Патентный анализ способов повышения надежности……………………...23
1.3 Закономерности старения изоляции 25
1.4 Старение изоляции под действием температур 27
1.5 Старение изоляции под действием электрического поля 30
1.6 Старение изоляции под действием механических нагрузок 32
1.7 Старение изоляции под действием влаги и химически активных веществ 34
1.8 Программные комплексы для моделирования 35
1.8.1 Программный комплекс Matlab 37
1.8.2 Программный комплекс ANSYS 38
2 Математическая модель для исследования надежности машины постоянного тока 41
2.1 Процесс теплопередачи в узлах электрической машины 41
2.2 Исследование изоляции современных типов обмоточных проводов для высоковольтных электрических машин 49
2.3 Расчет надежности витковой изоляции всыпных обмоток………………..57
3 Систематизация данных эксплуатации электрооборудования АО УАПО.63
3.1 Сведения о режимах работы электрооборудования АО УАПО…………...63
3.2 Контроль состояния изоляции электрооборудования……………………...67 3.3 Контроль за состоянием отдельных узлов…………………………………..69
4 Исследование методики повышения надежности работы электрооборудования…………………………………………………………………73
4.1 Оценка текущего состояния изоляции электрооборудования…………….73
4.2 Методика технологического процесса ремонта электрооборудования…….81
4.3 Факторы способные повысить срок службы электрооборудования………..87
Заключение……………………………………………………………………………89
Список литературы…………………………………………………………………..90

Весь текст будет доступен после покупки

В современных условиях становления рыночных отношений в России, с внедрением нового электрооборудования в системах внутризаводского электроснабжения, проблема исследования и анализа надежности функционирования технических устройств становится одной из самых главных. Известно, что во время пусконаладочных работ при вводе новых промышленных объектов выявляются и устраняются причины ненадежной работы оборудования и установок. Многие из этих причин объясняются недостатками проектно-конструкторских разработок, в которых не анализировались факторы надежности.
В настоящее время на предприятиях формируются системы управления производственными активами (СУПА). Современные тенденции развития промышленного комплекса показывают, что в соответствии с Концепцией СУПА основные этапы принятия решения о воздействии на актив должны включать в себя [1]:
1) сбор, обработку и хранение исходных данных;
2) оценку технического состояния и вероятности отказа оборудования;
3) планирование работ по текущему обслуживанию и ремонту;
4) выполнение запланированных работ.
Как правило, для моделирования вероятностных характеристик надежности систем электроснабжения промышленных предприятий в качестве объекта исследования рассматриваются распределительные сети 6-10 кВ, но также велика роль электрооборудования, т.е. совокупности электрических машин, аппаратов, приборов и устройства, посредством которых производится преобразование электрической энергии в другие виды энергии и обеспечивается автоматизация технологических процессов. Все электроприемники системы электроснабжения при прохождении тока по сети влияет на отклонение напряжения [2]. Ряд электроприемников промышленного предприятия создает колебания напряжения, в основном это электроприемники с резко переменным режимом работы (дуговые печи, прокатные станки), электроприемники с импульсным режимом работы (электросварка), а также частые пуски электродвигателей.

Весь текст будет доступен после покупки

1.1 Проблема надежности и ее значение для современной техники

Качество электрических машин представляет совокупность свойств, определяющих их пригодность для эксплуатации. Надёжность является важнейшим технико-экономическим показателем качества любого технического устройства, в частности электрической машины, определяющим ее способность безотказно работать с неизменными техническими характеристиками в течение заданного промежутка времени при определенных условиях эксплуатации. При широком применении электрических машин в различных системах электроприводов и автоматического регулирования производства в значительной степени определяется надёжностью этих машин. Отказы электрических машин наносят ощутимый материальный ущерб. Повышение надёжности электрических машин, выпуск которых составляет десятки миллионов изделий в год, является важнейшей научно – технической проблемой [3, 4].
Проблема надёжности технических систем за последние 2 - 3 десятилетия резко обострилась, что объясняется следующими объективными причинами:
– резким увеличением сложности технических систем, включающих сотни тысяч и даже миллионы отдельных узлов и элементов;
– экстремальностью условий, в которых эксплуатируется ЭМ (высокие скорости, значительные ускорения, высокие температуры и давления, вибрация, перепад температур и т. д.);
– интенсивностью режимов работы системы или отдельных узлов (при высоких температурах, частотах вращения, давлениях, плотности тока и т. д.);
– повышением требований к качеству работы (высокая точность, эффективность и т. д.);
– увеличением ответственности функций, выполняемых системой, высокой экономической и технической ценой отказа;
– полной или частичной автоматизацией и, как следствие, исключением непосредственного контроля человеком функционирования системы и ее элементов [4, 5, 6].

1.2 Статистика и анализ причин отказов электрических машин

Традиционный путь исследования надёжности электрических машин – исследование статистических данных об отказах. При первоначальном изучении статистики отказов по типам электрических машин, наибольшее внимание уделяется «слабым» узлам и причинам отказов.
При исследовании надёжности систем или отдельных технических изделий пользуются следующими приемами: система разбивается на условные блоки, затем определяются надёжность каждого блока и результирующая надёжность всей системы.
Система разбивается на блоки на основании анализа функционального назначения и физических процессов, происходящих в системе и блоках. Однако нет смысла исследовать все блоки, входящие в систему, так как их надёжность обычно значительно различается. Отказы некоторых из блоков практически невозможны и их учёт при определении результирующей надёжности только усложняет эксперименты и расчёты, практически не меняя окончательный результат. Поэтому при составлении структурных схем пользуются методом «слабых звеньев», выделяя только те блоки, надёжность которых в данных условиях минимальна [4].
В этом аспекте рассмотрим основные типы электрических машин и их «слабые звенья»:
1) В асинхронных двигателях при исследовании на надёжность следует выделять как «слабые звенья» обмотку статора и подшипниковый узел. Несимметрия напряжения неблагоприятно сказывается на работе и сроке службы асинхронных двигателей. Так, несимметрия напряжения в 1 % вызывает значительную несимметрию токов в обмотках (до 9 %). Токи обратной последовательности накладываются на токи прямой последовательности и вызывают дополнительный нагрев статора и ротора, что приводит к ускоренному старению изоляции и уменьшению располагаемой мощности двигателя. При несимметрии напряжения в 4 % срок службы асинхронного двигателя, работающего с номинальной нагрузкой, сокращается примерно в 2 раза; при несимметрии напряжения в 5 % располагаемая мощность асинхронного двигателя уменьшается на 5 - 10 % [7].
Если во время работы двигателя под нагрузкой, не превышающей половины от номинальной, произошел обрыв фазы обмотки статора, то двигатель будет продолжать работать, но с несколько большим потреблением электроэнергии (примерно 15-20%) из сети и с незначительным понижением частоты вращения. В случае больших нагрузок двигатель останавливается и, если не срабатывает защита, обмотка выйдет из строя. При подозрении на обрыв фазы двигатель необходимо остановить и запустить вновь. Если фаза оборвана, двигатель гудит и не разворачивается даже на холостом ходу, так как вместо вращающегося поля появляется пульсирующее магнитное поле.
При межвитковом замыкании в фазе обмотки статора возрастает ток в линейном проводе, подходящем к повреждённой фазе. Двигатель начинает необычно гудеть, а если он работает под нагрузкой, ротор вращается с пониженной скоростью. Через некоторое время после возникновения замыкания двигатель начинает дымиться, появляется характерный запах горящей изоляции [8].
Некоторая часть неисправностей и повреждений электродвигателей (особенно механических) не оказывает непосредственного влияния на величину расхода электроэнергии, потребляемой из сети, но они могут в процессе работы воздействовать на энергетические параметры двигателей или привести к другим неисправностям. По мере износа подшипников возрастает неисправность воздушного зазора, что вызывает увеличение вибрации, скольжения, температуры в зоне наименьшего зазора. При задевании ротора за статор нарушается межвитковая изоляция сердечников магнитопроводов. А это приводит к недопустимому повышения температуры отдельных участков и всего магнитопровода, сильному нагреву обмоток, выгоранию магнитопровода (пожар в стали).
2) В синхронных машинах следует выделять обмотки статора и ротора, щёточный аппарат и контактные кольца, подшипники (или подпятники), системы охлаждения и пожаротушения. При отклонениях напряжения сети изменяется реактивная мощность синхронных двигателей, что имеет важное значение при использовании синхронных двигателей для компенсации реактивной мощности. Это относится в полной мере и к конденсаторным установкам. При недостаточной реактивной мощности, генерируемой в сеть синхронными двигателями, приходится дополнительно использовать батареи конденсаторов, что снижает надежность системы электроснабжения за счет увеличения числа элементов системы. Магнитное поле токов обратной последовательности статора синхронных машин индуцирует в массивных металлических частях ротора значительные вихревые токи, вызывающие повышенный нагрев ротора и вибрацию вращающейся части машины. При значительной несимметрии вибрация может оказаться опасной для конструкции машины. Нагрев обмотки возбуждения синхронного двигателя за счет дополнительных потерь от несимметрии напряжения приводит к необходимости снижать ток возбуждения, при этом уменьшается реактивная мощность, выдаваемая синхронным двигателем в сеть.

Весь текст будет доступен после покупки

-

Весь текст будет доступен после покупки