Исследование температуры узлов асинхронного частотно-управляемого двигателя в зависимости от нагрузки и типа источника питания
Разработана эквивалентная тепловая схема, на базе которой составлена система уравнений теплового баланса частотноуправляемого асинхронного двигателя. С помощью системы уравнений рассчитаны и экспериментально подтверждены температуры обмоток и сердечников статора и ротора асинхронного двигателя АИР...
Збережено в:
| Дата: | 2014 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2014
|
| Назва видання: | Електротехніка і електромеханіка |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148682 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Исследование температуры узлов асинхронного частотно-управляемого двигателя в зависимости от нагрузки и типа источника питания / Т.В. Вакарюк, Н.Я. Петренко, А.Н. Петренко // Електротехніка і електромеханіка. — 2014. — № 2. — С. 21–23. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-148682 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1486822019-02-19T01:29:24Z Исследование температуры узлов асинхронного частотно-управляемого двигателя в зависимости от нагрузки и типа источника питания Вакарюк, Т.В. Петренко, Н.Я. Петренко, А.Н. Електричні машини та апарати Разработана эквивалентная тепловая схема, на базе которой составлена система уравнений теплового баланса частотноуправляемого асинхронного двигателя. С помощью системы уравнений рассчитаны и экспериментально подтверждены температуры обмоток и сердечников статора и ротора асинхронного двигателя АИР 90В2. Установлена зависимость температуры наиболее нагретых узлов машины от величины нагрузки при разных формах питающего напряжения. Розроблена еквівалентна теплова схема, на базі якої складена система рівнянь теплового балансу частотно-керованого асинхронного двигуна. За допомогою системи рівнянь розраховані і експериментально підтверджені температури обмоток і осердь статора і ротора асинхронного двигуна АИР 90В2. Встановлено залежність температури найбільш нагрітих вузлів машини від величини навантаження при різних формах напруги живлення. An equivalent thermal circuit is developed to form the basis of a system of heat-balance equations for a frequency-controlled induction motor. With the system of equations, temperatures of АИР 90В2 induction motor stator and rotor windings and cores are calculated and experimentally confirmed. The load dependence of the machine most heated units temperature at different forms of the supply voltage is revealed. 2014 Article Исследование температуры узлов асинхронного частотно-управляемого двигателя в зависимости от нагрузки и типа источника питания / Т.В. Вакарюк, Н.Я. Петренко, А.Н. Петренко // Електротехніка і електромеханіка. — 2014. — № 2. — С. 21–23. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 2074-272X DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2014.2.04 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148682 621.313.2 ru Електротехніка і електромеханіка Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати |
| spellingShingle |
Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати Вакарюк, Т.В. Петренко, Н.Я. Петренко, А.Н. Исследование температуры узлов асинхронного частотно-управляемого двигателя в зависимости от нагрузки и типа источника питания Електротехніка і електромеханіка |
| description |
Разработана эквивалентная тепловая схема, на базе которой составлена система уравнений теплового баланса частотноуправляемого асинхронного двигателя. С помощью системы уравнений рассчитаны и экспериментально подтверждены
температуры обмоток и сердечников статора и ротора асинхронного двигателя АИР 90В2. Установлена зависимость
температуры наиболее нагретых узлов машины от величины нагрузки при разных формах питающего напряжения. |
| format |
Article |
| author |
Вакарюк, Т.В. Петренко, Н.Я. Петренко, А.Н. |
| author_facet |
Вакарюк, Т.В. Петренко, Н.Я. Петренко, А.Н. |
| author_sort |
Вакарюк, Т.В. |
| title |
Исследование температуры узлов асинхронного частотно-управляемого двигателя в зависимости от нагрузки и типа источника питания |
| title_short |
Исследование температуры узлов асинхронного частотно-управляемого двигателя в зависимости от нагрузки и типа источника питания |
| title_full |
Исследование температуры узлов асинхронного частотно-управляемого двигателя в зависимости от нагрузки и типа источника питания |
| title_fullStr |
Исследование температуры узлов асинхронного частотно-управляемого двигателя в зависимости от нагрузки и типа источника питания |
| title_full_unstemmed |
Исследование температуры узлов асинхронного частотно-управляемого двигателя в зависимости от нагрузки и типа источника питания |
| title_sort |
исследование температуры узлов асинхронного частотно-управляемого двигателя в зависимости от нагрузки и типа источника питания |
| publisher |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| publishDate |
2014 |
| topic_facet |
Електричні машини та апарати |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148682 |
| citation_txt |
Исследование температуры узлов асинхронного частотно-управляемого двигателя в зависимости от нагрузки и типа источника питания / Т.В. Вакарюк, Н.Я. Петренко, А.Н. Петренко // Електротехніка і електромеханіка. — 2014. — № 2. — С. 21–23. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| series |
Електротехніка і електромеханіка |
| work_keys_str_mv |
AT vakarûktv issledovanietemperaturyuzlovasinhronnogočastotnoupravlâemogodvigatelâvzavisimostiotnagruzkiitipaistočnikapitaniâ AT petrenkonâ issledovanietemperaturyuzlovasinhronnogočastotnoupravlâemogodvigatelâvzavisimostiotnagruzkiitipaistočnikapitaniâ AT petrenkoan issledovanietemperaturyuzlovasinhronnogočastotnoupravlâemogodvigatelâvzavisimostiotnagruzkiitipaistočnikapitaniâ |
| first_indexed |
2025-07-12T19:57:44Z |
| last_indexed |
2025-07-12T19:57:44Z |
| _version_ |
1837472442798309376 |
| fulltext |
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2014. №2 21
© Т.В. Вакарюк, Н.Я. Петренко, А.Н. Петренко
УДК 621.313.2
Т.В. Вакарюк, Н.Я. Петренко, А.Н. Петренко
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ УЗЛОВ
АСИНХРОННОГО ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМОГО ДВИГАТЕЛЯ
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ НАГРУЗКИ И ТИПА ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ
Розроблена еквівалентна теплова схема, на базі якої складена система рівнянь теплового балансу частотно-керованого
асинхронного двигуна. За допомогою системи рівнянь розраховані і експериментально підтверджені температури обмо-
ток і осердь статора і ротора асинхронного двигуна АИР 90В2. Встановлено залежність температури найбільш нагрі-
тих вузлів машини від величини навантаження при різних формах напруги живлення.
Разработана эквивалентная тепловая схема, на базе которой составлена система уравнений теплового баланса частотно-
управляемого асинхронного двигателя. С помощью системы уравнений рассчитаны и экспериментально подтверждены
температуры обмоток и сердечников статора и ротора асинхронного двигателя АИР 90В2. Установлена зависимость
температуры наиболее нагретых узлов машины от величины нагрузки при разных формах питающего напряжения.
Введение. Применение в народном хозяйстве ре-
гулируемых электроприводов (РЭП) на базе асин-
хронных двигателей (АД) позволяет экономить элек-
троэнергию, дает возможность разрабатывать и вне-
дрять новые технологические процессы и улучшать
энергетический коэффициент (cos) привода в це-
лом. Питание асинхронных частотно-управляемых
двигателей (АЧУД) осуществляется преобразователя-
ми частоты, которые в значительной мере влияет на
технико-экономические показатели регулируемого
электропривода. В качестве источников питания для
регулируемых электроприводов применяют полупро-
водниковые преобразователи частоты (ППЧ) с ис-
пользованием широко-импульсной модуляции
(ШИМ), обеспечивающие синусоидальное выходное
напряжение с переменной скважностью длительности
импульсов (Режим Б). В то же время в эксплуатации
находится большое количество РЭП, у которых пита-
ние двигателей осуществляется ППЧ с автономным
инвертором напряжения (ППЧ с АИН) со ступенчатой
формой напряжения на выходе (Режим А).
Питание АЧУД напряжением ступенчатой фор-
мы (ППЧ с АИН) приводит к росту дополнительных
потерь от высших гармоник напряжения (ВГН), кото-
рые существенно влияют на нагрев двигателя. При
работе АЧУД в его объеме выделяется теплота, ис-
точников которой являются потери энергии, возни-
кающие в процессе электромеханического преобразо-
вания. Теплота, образуемая в активных элементах,
распространяется по всему объему машины и переда-
ется в охлаждающую среду с помощью системы ох-
лаждения. Таким образом, в объеме машины сущест-
вуют тепловые потоки и перепады температуры меж-
ду отдельными узлами конструкции.
Температура узлов АЧУД в зависимости от
нагрузки и типа источника питания. Режимы рабо-
ты АЧУД характеризуется типом источника питания,
величиной нагрузки и частотой вращения, которые
определяют электрические, магнитные и механиче-
ские потери, а также состояние окружающей среды и
условия теплообмена с ней [1]. Проведение исследо-
вания [2] показали, что при использовании АД общего
назначения в качестве АЧУД и ППЧ с АИН мощность
двигателя уменьшится на 15-20 %.
Для анализа температуры узлов в АЧУД исполь-
зуется тепловая эквивалентная схема (ЭТС) [3], раз-
витая до 16 узлов [4] (рис. 1).
Для всех узлов ЭТС составлены уравнения теп-
лового баланса
)1(
.)(.16
;0)
(.15
;)
(.14
;)(.13
;)(.12
;
)
(.11
;
)
(.10
;)(.9
;)(.8
;
)(.7
;)(.6
;0
)(.5
;
)(.4
;
)(.3
;
)(.2
;
)(.1
1615.1616.141615.161516.1414
16.151616.15
15.1115.101515.111115.1010
1416.141616.1414.1114.10
14.41414.111114.101014.44
0.1301130.1313.111313.1111
0.1201120.1212.101212.1010
1115.1115
14.111413.111315.1114.11
13.1111.911.31111.9911.33
1015.1015
14.101412.101215.1014.10
12.1010.810.11010.8810.11
911.91111.99.799.77
810.81010.88.788.77
79.798.78
9.77.57.48.777.44
66.56.266.556.22
7.57
6.567.56.55.455.44
414.414
7.475.4514.47.45.44
3.003
11.31111.33.23.033.22
2.0026.26
3.236.22.12.022.11
1.001
10.1102.1210.12.11.01
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
Принимаем: 01 = окр; 02 = 01 + в/2;
03 = 01 + в, где окр – температура окружающей
среды. Значения 02, 03 для всех рассматриваемых
законов регулирования двигателя АИР90В2 при
0,51 и 11,5 приведены в табл. 1.
22 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2014. №2
Рис. 1. ЭТС частотно-управляемого асинхронного двигателя
Таблица 1
Значения температуры охлаждающего воздуха
для всех рассматриваемых законов регулирования С
Закон
0,5 0,7 0,9 1,0 1,1 1,3 1,5
=
03
02
36,7
48,4
33,2
41,5
31,6
38,2
30,9
36,8
= 2
03
02
28,0
31,2
29,3
33,4
30,3
35,7
30,9
36,8
=
03
02
30,9
36,8
30,1
35,6
29,4
32,8
28,2
31,4
= 1
03
02
P2 = const
30,9
36,8
30,2
35,4
29,5
34,0
29,2
33,5
Температура узлов ЭТС определяется, решая
систему уравнений. При ступенчатой форме питаю-
щего напряжения (ППЧ с АИН) в сердечнике ротора
возникают магнитные потери от высших гармоник
(Режим А), существенно изменяются собственные и
взаимные тепловые проводимости узлов ротора (об-
мотка ротора 14. сердечник ротора 16). В обмотке
статора, зубцах и спинке сердечника за счет высших
гармонических растут основные и дополнительные
потери мощности (7 – активная часть обмотки стато-
ра, 8, 9 – лобовая часть обмотки соответственно со
стороны привода и вентилятора).
Расчетные и экспериментальные данные темпе-
ратуры наиболее нагретых узлов двигателя АИР90В2
при работе с режимом питания А и Б представлены на
рис. 2, 3.
Рис. 2. Зависимость температуры обмоток и сердечников
от P2. Режим А ( = = 1,0).
Сплошная линия – эксперимент, пунктирная – расчет
Рис. 3. Зависимость температуры обмоток и сердечников
от P2. Режим Б ( = = 1,0).
Сплошная линия – эксперимент, пунктирная – расчет
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2014. №2 23
Выводы.
1. Дополнительные потери в узлах статора и ро-
тора от высших гармоник существенного влияют на
их температуру и при работе в режимах А и Б состав-
ляют 70 % основных потерь.
2. С ростом нагрузки двигателя влияние допол-
нительных потерь существенно снижается и для об-
мотки статора при P2 = 1,0P2N составляет 11,3 %, для
обмотки ротора 45 %.
3. Распределение температуры по длине двигате-
ля несимметрично и наибольшая неравномерность
наблюдается для оребренного корпуса, при этом не-
равномерность распределения примерно одинакова
для обеих форм питающего напряжения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Болгарский А.В., Мухачев Г.А., Щукин В.К. Термоди-
намика и теплопередача. – М: Высшая школа, 1975. – 495 с.
2. Петрушин B.C. Энергетические и тепловые показатели
регулируемых асинхронных двигателей с учетом высших
пространственно-временных гармоник // Електромашино-
будування та електрообладнання. – 2008. – №70. – С. 68-71.
3. Борисенко А.И., Данько В.Г., Яковлев А.И. Аэродина-
мика и теплопередача в электрических машинах. – М.:
Энергия, 1974. – 560 с.
4. Петренко А.Н., Танянский В.В., Петренко Н.Я. Темпе-
ратурное поле и тепловые потоки частотно-управляемого
асинхронного двигателя // Вестник НТУ "ХПИ". – 2012. –
№49. – С. 61-65.
Bibliography (transliterated): 1. Bolgarskiy A.V., Muhachev G.A.,
Shchukin V.K. Termodinamika i teploperedacha. Moscow, Vysshaya
shkola Publ., 1975. 495 p. 2. Petrushin V.S. Jenergeticheskie i teplovye
pokazateli reguliruemyh asinhronnyh dvigatelej s uchetom vysshih
prostranstvenno-vremennyh garmonik. Elektromashynobuduvannya ta
elektroobladnannya, 2008, no.70, pp. 68-71. 3. Borisenko A.I., Dan'ko
V.G., Yakovlev A.I. Aerodinamika i teploperedacha v elektricheskih
mashinah. Moscow, Energiya Publ., 1974. 560 p. 4. Petrenko A.N.,
Tanyanskyi V.V., Petrenko N.Ya. Temperaturnoe pole i teplovye potoki
chastotno-upravljaemogo asinhronnogo dvigatelja. Bulletin of NTU
"KhPІ", 2012, no.49, pp. 61-65.
Поступила (received) 18.10.2013
Вакарюк Тарас Вячеславович1, студент,
Петренко Николай Яковлевич1, к.т.н., доц.,
Петренко Александр Николаевич2, к.т.н.,
1 Национальный технический университет
"Харьковский политехнический институт",
61002, Харьков, ул. Фрунзе, 21,
e-mail: mvikpi@kpi.kharkov.ua,
2 Харьковский национальный университет
городского хозяйства им. А.Н. Бекетова,
61002, Харьков, ул. Революции, 12
T.V. Vakaruk1, N.Ya. Petrenko1, A.N. Petrenko2
1 National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"
21, Frunze Str., Kharkiv, 61002, Ukraine
2 O.M. Beketov Kharkiv National University of Municipal Economy
12, Revolution Str., Kharkiv, 61002, Ukraine
Study of frequency-controlled asynchronous motor units
temperature versus load and power supply type.
An equivalent thermal circuit is developed to form the basis of a
system of heat-balance equations for a frequency-controlled
induction motor. With the system of equations, temperatures of
АИР 90В2 induction motor stator and rotor windings and cores
are calculated and experimentally confirmed. The load depend-
ence of the machine most heated units temperature at different
forms of the supply voltage is revealed.
Key words – inverter, frequency-controlled asynchronous
motor, losses, loads, high harmonics, temperature.
|