СПОСОБ ТОКОВОГО НАГРЕВА ОБМОТОК НАХОДЯЩЕГОСЯ В ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Российский патент 2004 года по МПК H02K15/12 H02K15/00 

Заявляемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты трехфазных электродвигателей переменного тока, работающих со значительными перерывами между включениями.

Анализ выходов из строя электрических машин на судах, в частности Дальневосточного морского пароходства, показал, что ежегодно повреждаются около 100 электрических машин, а более 90% повреждений приходится на асинхронные двигатели, причем доля витковых замыканий обмоток асинхронных двигателей составляет более 53%. При этом стоимость ремонта асинхронного двигателя с перемоткой обмоток в настоящее время соизмерима со стоимостью нового двигателя и составляет от 20 до 300 долларов США за 1 кВт мощности. Затраты только одного Дальневосточного морского пароходства и только на ремонт асинхронных двигателей ежегодно составляют около 70 тыс. долларов США.

Как известно, одной из причин повреждений электродвигателей переменного тока является увлажнение изоляции обмоток. Некачественное изготовление и ремонт обмоток, старение изоляции, подвижность проводников обмоток всегда рассматриваются совместно с увлажнением обмоток, т.к. увлажнение усугубляет имеющиеся дефекты обмоток. Причем дефекты изоляции вызываются местным утончением изоляции, царапинами, микротрещинами, отслоениями, истираниями при многократных подвижках проводников и другими многочисленными причинами. Выявить местное ухудшение изоляции между витками обмотки достаточно сложно, поскольку сопротивление изоляции шунтируется очень малым сопротивлением витка провода.

При включении такого электродвигателя в работу между дефектными местами в изоляции по влажной поверхности проводников протекает ток, носителями которого могут быть ионы веществ, растворенных в воде. Треки этих токов ухудшают состояние изоляции, что в итоге приводит к пробою изоляции и замыканию между фазами, между витками, на корпус. Поскольку диагностировать ухудшение, в частности, витковой изоляции достаточно сложно, возможно принятие мер по предотвращению замыканий, что вошло в практику.

Для этого изредка применяют широко известный подогрев электродвигателя переменного тока во время пауз в работе с помощью трубчатых нагревателей, встраиваемых внутрь его корпуса. Такой общеизвестный способ применяют только в электродвигателях переменного тока большой и средней мощности (брашпили, швартовые лебедки и т.д.). Это является одним из существенных недостатков известного способа сушки электродвигателей трубчатыми нагревателями, т.к. из-за их громоздкости их невозможно применять в маломощных электродвигателях.

Известен способ токовой сушки изоляции электродвигателей переменного тока на месте их установки без демонтажа с судов (Приходько В.М. Способ токовой сушки изоляции асинхронных двигателей на месте их установки без демонтажа с судов // Морской транспорт. Сер. Техническая эксплуатация флота: Экспресс-информация / В/о “Мортехинформреклама”: - 1991. Вып.19(759). - с.1-11). Известный способ содержит сборку электрической цепи из подготавливаемых к нагреву обмоток нескольких электрических двигателей, подачу в образованную электрическую цепь напряжения переменного тока, нагрев обмоток и их отключение. Данный способ характеризуется использованием переносного портативного регулируемого тиристорного преобразователя, составляющего силовой блок. Параметры силового блока позволяют обеспечить сушку изоляции увлажненных статорных обмоток нескольких параллельно включенных маломощных электродвигателей, обмотки статора которых имеют соединение звездой или треугольником. Работы, проводимые этим известным способом при использовании тиристорного преобразователя предусматривают частичную разборку электродвигателей на период сушки, характеризующуюся тем, что на это требуются затраты времени обслуживающего персонала. Кроме того, приходится периодически повторять этот способ с трудоемкой разборкой при сушке электрических двигателей, работающих с перерывами между пусками. Другим недостатком является невозможность обеспечить одновременно сушку разных по мощности и скорости электродвигателей. Это обусловлено тем, что активные сопротивления обмоток, так же как и индуктивные и полные, зависят от мощности и скорости электродвигателя, соответственно токи и нагрев его обмоток будут разные, в одном случае - недостаточные, в другом - избыточные. По этим причинам известный способ широкого применения не нашел.

Известен также способ токового нагрева обмоток находящегося в эксплуатации электродвигателя переменного тока, являющийся наиболее близким к заявляемому (см. а.с. СССР №1809487).

Известный способ содержит сборку дополнительной цепи для нагрева эл. двигателя, включающей источник напряжения нагрева и подготавливаемые к нагреву обмотки электродвигателя с подключенными к ним последовательно элементами емкостного сопротивления в виде конденсаторов, обеспечивающими в режиме подсушки по фазам обмотки емкостный ток по величине 0,25-0,3 от номинального тока эл. двигателя. Известный способ также включает непрерывный контроль температуры обмотки отключенного от сети электродвигателя и при снижении ее ниже допустимой по условиям увлажнения обмотки подачу в образованную дополнительную электрическую цепь напряжения переменного тока, нагрев обмоток и их отключение. После включения эл. двигателя в работу его остановку осуществляют использованием режима эффективного конденсаторного торможения путем подключения этих обмоток к трехфазной конденсаторной батарее. В качестве тока сушки используют ток питающей эл. двигатель сети.

Известный способ также позволяет выполнять нагрев маломощных электродвигателей, обеспечивает многоразовое без трудоемкой разборки-сборки применение-осуществление токового нагрева.

Однако он имеет недостатки, ограничивающие его использование. Во-первых, необходимость в трех однофазных или одном трехфазном конденсаторе для каждого эл. двигателя, что существенно удорожает использование данного способа. Во-вторых, последовательное включение конденсаторов (емкостного сопротивления) и обмоток (индуктивного сопротивления) сопряжено с созданием резонанса напряжений, что для некоторых эл. двигателей, в свою очередь, сопряжено с появлением недопустимого напряжения на обмотках и пробоем их изоляции, т.е. известный способ недостаточно надежен. Кроме того, возникает необходимость частой перенастройки цепи позисторов, реагирующих на абсолютное значение температуры, что усложняет использование способа. Увлажнение изоляции электродвигателей может происходить и при высоких температурах окружающей среды, а для подсушки изоляции необходимо превышение температуры обмотки над температурой окружающей среды. При высокой температуре окружающей среды и высокой влажности позисторы не позволят подключать эл. двигатель на подсушку без регулировки резисторов в цепи тиристоров. Существенным недостатком является то, что известный способ применим для токового нагрева единичного эл. двигателя, не более.

Отмеченные недостатки ограничивают использование данного известного способа.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение указанных недостатков, а именно, упрощение и удешевление использования, повышение надежности, расширение сферы применения.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в известном способе нагрева обмоток находящегося в эксплуатации электродвигателя переменного тока, содержащем сборку дополнительной электрической цепи для его нагрева, включающей источник напряжения нагрева и подготавливаемые к нагреву обмотки электродвигателя переменного тока с подключенными к ним элементами емкостного сопротивления, а также подачу в образованную дополнительную электрическую цепь напряжения переменного тока, нагрев обмоток и их отключение, в отличие от него в заявляемом способе нагрев обмоток осуществляют на множестве электродвигателей, притом с различной мощностью и скоростью. Перед сборкой электрической цепи определяют тип схемы соединения подготавливаемых к нагреву обмоток в каждом из электродвигателей (звезда, треугольник), электрическую цепь собирают из ряда последовательно соединенных каким-либо из этих типов или одновременно обоими типами их соединения обмоток данных электродвигателей. Каждый из подключаемых элементов емкостного сопротивления в данной цепи подключают параллельно обмоткам соответствующего электродвигателя. Каждый из подключаемых элементов емкостного сопротивления подбирают до его подключения таким образом, что он обеспечивает в режиме нагрева протекание тока величиной не более 0,35 от номинального тока электродвигателя в наиболее нагреваемой фазе обмотки электродвигателя. Причем отключение обмоток любого из электродвигателей из цепи нагрева производят непосредственно перед его пуском в работу от штатной питающей сети при одновременном отключении остальных электродвигателей из цепи нагрева. Вышеназванный подбор элементов емкостного сопротивления производят на основании предварительных инженерных расчетов электрической цепи нагрева, при этом емкостные сопротивления, исходя из значения тока, который не должен превышать 0,35 от номинального в наиболее нагреваемой фазе обмотки данного эл. двигателя, могут подключаться не ко всем электродвигателям, что зависит от параметров соответствующего эл. двигателя.

Наиболее целесообразным сборку дополнительной эл. цепи осуществлять при таком исполнении, когда источник напряжения нагрева выполняют разобщенным от питающей эл. сети.

Заявляемый способ позволяет обеспечить поставленную техническую задачу, а именно, упрощение и удешевление использования, повышение надежности и расширение сферы использования. Так, наличие последовательно включенных обмоток нескольких электродвигателей переменного тока в совокупности с подключенными параллельно к некоторым из обмоток этих эл. двигателей элементов емкостных сопротивлений позволяет обеспечивать токовый нагрев сразу нескольких данных эл. двигателей, причем различных мощностей и скоростей. Возникающие, благодаря подбору емкостных сопротивлений, в обмотках токи достаточны для их нагрева и не превосходят 0,35 от номинальных для каждого из электродвигателей, будь то малой или большой мощности. Этим обеспечивается простота, сравнительная дешевизна и расширение сферы использования заявляемого способа. Кроме того, наличие параллельного подключения емкостных сопротивлений к обмоткам эл. двигателей не сопряжено с появлением резонанса напряжений и повышает надежность способа.

Заявляемый способ поясняется чертежом, на котором представлена схема устройства, реализующего способ токового нагрева обмоток нескольких находящихся в эксплуатации электродвигателей переменного тока.

Осуществление способа поясняется на примере эл. двигателей грузового крана: эл. двигатель поворота мощностью 4 кВт, включенный по схеме звезда, эл. двигатель подъема мощностью 30 кВт, включенный по схеме треугольник и эл. двигатель вылета стрелы мощностью 10 кВт, включенный по схеме звезда. Устройство, реализующее способ, содержит штатное питающее напряжение трехфазного тока U₁, коммутирующие аппараты 1, 1, 1'' эл. двигателей (не показаны), главные контакты 2, 2', 2'' коммутирующих аппаратов 1, 1, 1'' с замыкающими блок-контактами 3, 3', 3", и элементы, образующие дополнительную цепь нагрева: последовательно соединенные обмотки эл. двигателя 4, 4', 4'', соединенные по схеме “звезда” обмотки 4 и 4'' и “треугольник” - обмотка 4', конденсаторы 5, 5', подключенные параллельно соответственно обмоткам 4' и 4'' эл. двигателей, подобранные так, чтобы токи в обмотках эл. двигателей не превышали 0,35 от номинальных. Дополнительная цепь содержит также коммутирующий аппарат 6 цепи нагрева с напряжением U₂ и контакты 7, 7', 7'', 7''', 7"" коммутирующего аппарата 6.

Способ осуществляют следующим образом. Нагрев находящихся в эксплуатации эл. двигателей грузового крана и сушку их изоляции производят после отключения эл. двигателей от питающей сети U₁ посредством коммутирующих аппаратов 1, 1, 1'', сборки дополнительной цепи нагрева из указанных последовательно соединенных обмоток 4, 4', 4'' эл. двигателей и подключения ее к питающей сети U₂, причем к обмоткам 4' двигателей подъема и 4" вылета стрелы параллельно подключают конденсаторы (элементы емкостных сопротивлений) соответственно 5 и 5' и в дополнительную электрическую цепь включают коммутирующий аппарат 6 с контактами 7, 7', 7'', 7''', 7''''. При этом емкость конденсаторов 5, 5', количество подключаемых эл. двигателей с учетом напряжения питающей сети U₂ выбирают так, чтобы ток в наиболее нагреваемой фазе эл. двигателя не превосходил 0,35 от номинального. Так, при схеме “звезда”, как известно, наиболее нагреваемыми фазами будут две, включенные в эл. цепь, в третьей фазе тока не будет. При схеме “треугольник”, как известно, наиболее нагреваемой фазой будет та, начало и конец которой включаются последовательно в дополнительную эл. цепь, в двух других ток будет в два раза меньше.

Переключение электродвигателей на нагрев производится автоматически, как только цепь питания коммутирующего аппарата 6 будет собрана, посредством замыкающих блок-контактов 3, 3', 3''. Это же происходит всякий раз после отключения посредством коммутирующих аппаратов 1, 1, 1'' находящихся в эксплуатации эл. двигателей с обмотками 4, 4', 4'' от питающей сети U1. Контакты 7, 7', 7'', 7''', 7"" коммутирующего аппарата 6 одновременно подключают дополнительную эл. цепь нагрева к питающей сети U₂, что является началом нагрева эл. двигателей. Нагрев эл. двигателей будет происходить при любой температуре окружающей среды, обеспечивая превышение температуры двигателей над температурой окружающей среды, что необходимо для предотвращения конденсации влаги, которая может наступить при “точке росы”.

Окончание нагрева производится также автоматически. Это происходит всякий раз при включении коммутирующих аппаратов 1, 1, 1'', которые своими замыкающими блок контактами 3, 3', 3'' размыкают цепь коммутирующего аппарата 6, что приводит к рассыпанию дополнительной эл. цепи нагрева, отключению ее от питающей сети U₂ контактами 7, 7', 7'', 7''', 7'''', и прекращению нагрева.

Способ рекомендуется для электродвигателей установок, связанных единой технологической цепью.

Способ может быть рекомендован и для многоскоростных двухстаторных двигателей судовых грузовых кранов, ваерных лебедок рыбопромысловых судов, для палубных двигателей шпилей, брашпилей и т. п., длительное время находящихся вне эксплуатации.

Изобретение относится к области электротехники, касается способа токового нагрева обмоток, находящегося в эксплуатации электродвигателя переменного тока и может быть использовано при защите 3-фазных двигателей. Технический результат - расширение области использования, простота и надежность способа. Сущность изобретения состоит в следующем. Собирают дополнительную цепь нагрева из источника нагрева и последовательно соединенных обмоток (4), (4') и (4'') двигателей разной мощности и скорости с подключенными к ним параллельно конденсаторами (5) и (5') и подают в нее напряжение переменного тока. До сборки цепи определяют тип схемы соединения обмоток и подбирают каждый из подключаемых конденсаторов таким путем, что он обеспечивает в режиме нагрева ток величиной не более 0,35 от номинального тока двигателя в наиболее нагреваемой фазе его обмоток. Переключение на нагрев двигателей автоматическое: коммутирующие аппараты (1), (1') и (1'') отключают их от питающей сети U₁, контакты (7), (7'), (7''), (7''') и (7'''') коммутирующего аппарата (6) подключают дополнительную цепь нагрева к питающей сети U₂. Окончание нагрева автоматическое: при необходимости пуска любого двигателя в работу при включении аппаратов (1), (1') и (1'') блок-контакты (3), (3') и (3'') цепь аппарата (6) размыкают, контакты (7), (7'), (7''), (7''') и (7'''') дополнительную цепь от питающей сети U₂ отключают, нагрев прекращается. Положительный эффект: снижение затрат на применение. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ токового нагрева обмоток находящегося в эксплуатации электродвигателя переменного тока, содержащий сборку дополнительной цепи для его нагрева, включающей источник напряжения нагрева и подготавливаемые к нагреву обмотки электродвигателя переменного тока с подключенными к ним элементами емкостного сопротивления, подачу в образованную дополнительную электрическую цепь напряжения переменного тока, нагрев обмоток и их отключение, отличающийся тем, что нагрев обмоток в дополнительной электрической цепи осуществляют на множестве электродвигателей различной мощности и скорости, перед сборкой электрической цепи определяют тип схемы соединения подготавливаемых к нагреву обмоток в каждом из электродвигателей, электрическую цепь собирают из ряда последовательно соединенных каким-либо из этих типов или одновременно обоими типами соединения обмоток данных электродвигателей, каждый из подключаемых элементов емкостного сопротивления в данной цепи подключают параллельно обмоткам соответствующего электродвигателя, каждый из подключаемых элементов емкостного сопротивления подбирают до его подключения таким образом, что он обеспечивает в режиме нагрева протекание тока величиной не более 0,35 номинального тока электродвигателя в наиболее нагреваемой фазе обмотки электродвигателя, причем отключение обмоток любого из электродвигателей из цепи нагрева производят непосредственно перед его пуском в работу от штатной питающей сети при одновременном отключении остальных электродвигателей из цепи нагрева.2. Способ токового нагрева обмоток находящегося в эксплуатации электродвигателя переменного тока по п.1, отличающийся тем, что источник напряжения нагрева выполняют разобщенным от питающей электрической сети.