1. Камо грядеши, электропривод?

2. Универсальная защита для асинхронного электродвигателя: миф или реальность?

3. Что почитать

Здравствуйте уважаемые подписчики!

Довольно регулярно путешествуя по бескрайним просторам интернета, часто, иногда довольно неожиданно для себя, натыкаешься на очень интересные и занимательные вещи (кстати, также часто попадаются на глаза вещи безобразные). Проходит время, повседневные дела затягивают, многое из того что нашел и видел забывается и лежит мертвым грузом на компьтере.

И вот в один прекрасный момент наступает жгучее желание покапаться в своих запасниках и вытащить оттуда что-нибудь для души и для серца. Именно таким образом я вторично открыл для себя две статьи, которые Вы сможете прочитать в этом выпуске рассылки.

И еще, перед тем, как Вы перейдете к чтению материалов этого выпуска, очень хочу обратить Ваше внимание на один полезный сервис, который носит рабочее название "Доска бесплатных электротехнических объявлений".

Если Вы что-то хотите продать или купить, желаете найти высокооплачиваемую работу, а может быть и найти граммотных высокоэффективных сотрудников для своей организации, то оставляйте свои объявления на этом сайте, и они обязательно найдут свою аудиторию! Только напоминаю (а это важно!) на доске объявлений можно публиковать объявления только прямым или косвенным образом связанные с электротехничкой и электроэнергетикой. Все остальные объявления я буду беспощадно :) удалять!

"Доска бесплатных электротехнических объявлений" находится здесь: http://povny.info/doska/

Ведущий рассылки: Андрей Повный Е-mail: electroby@mail.ru

Камо грядеши, электропривод?

Прогресс в производстве новой техники определяется только одним параметром - повышением производительности труда, “выгодностью”.

Ранее изготовлялась рабочая машина, которая комплектовалась электродвигателем, пускателем, аппаратами управления и защиты. По мере возрастания степени автоматизации рабочих машин, расширения их функциональных возможностей появилась необходимость в более сложных электрических системах, которые специально проектировались для отдельных видов промышленных установок, появилось понятие - автоматизированный привод.

Управление движением рабочих органов машин с электрическим приводом, в котором оптимизированы электромеханические процессы по критериям производительности, точности, технологическим параметрам и экономичности.

Дальнейшее развитие техники связано с исключением механических передач, объединением электромеханических устройств с рабочими органами машины. Появились интегрированные конструкции: электрошпиндель, электронасос, мотор-колесо и другие.

Введение электромеханических устройств, а затем и локальных систем управления непосредственно в конструкцию рабочих машин существенно упростило последние, повысило их функциональные возможности и технические характеристики.

Как следствие, были существенно повышены требования к электроприводу, как по номинальным параметрам (высокая скорость вращения для высокоскоростных механизмов, большой момент для безредукторных приводов и другие), так и по управляемости.

Стало необходимым конструировать совместно как механическую, так и электрическую части рабочих машин. Появилось направление “мехатроника”, под которым понимается создание интегрированных конструкций, функционально законченных модулей, сочетающих в себе механические устройства, электрический двигатель с системой его регулирования и микропроцессорное управляющее устройство.

Совокупность электрических двигателей, механических кинематических звеньев, передающих движение от электродвигателя рабочему органу машины, полупроводниковых преобразовательных устройств, контактных электрических аппаратов управления и защиты, бесконтактных устройств управления, микропроцессоров можно считать электромеханической системой служащей для приведения в действие рабочих органов технологической машины и управления движением рабочих органов в соответствии с условиями технологического процесса.

Примером автоматизированной электромеханической системы могут являться пассажирские лифты.

Рабочим органом лифта является кабина, снабженная автоматическими дверями. Кабина приводится в движение электродвигателем через механический редуктор и канатную передачу. Система управления двигателем обеспечивает в соответствии с полученным приказом (нажатие кнопки в кабине) или вызовом (нажатие кнопки вызова на этаже) выбор направления движения, плавный пуск, движение с установившейся скоростью, торможение и точную остановку на требуемом этаже, после чего автоматически открываются и закрываются двери кабины и лифтовой шахты.

Электродвигатель с устройствами регулирования скорости движения и положения кабины, редуктор, канатоведущий шкив, канатная передача, кабина и противовес составляют главную электромеханическую систему лифтовой установки.

Второй электромеханической системой является устройство открытия и закрытия дверей, состоящее из электродвигателя, кинематических и механических звеньев и системы управления дверями.

Эти электромеханические системы в сочетании с общей системой автоматического управления лифтом, а при наличии нескольких лифтов также с системой оптимизации групповой работы, образуют автоматизированный электромеханический комплекс лифта.

Еще одним примером является электромеханическая система бытового аппарата - автоматическая стиральная машина активаторного типа. Машина представляет собой электромеханическое устройство, содержащее многоскоростной (или управляемый по скорости) электродвигатель вращения барабана, электронасос, электрические клапаны и аппаратуру программного управления. В соответствии с устанавливаемой программой, машина автоматически производит стирку и отжим белья, налив и слив воды. Работа различных электрических и механических элементов функционально объединена устройством программного управления. Работу отдельных элементов нельзя рассматривать порознь, так как совместно они образуют автоматическую электромеханическую систему, выполняющую единую технологическую операцию.

Электромеханическая система, снабженная устройствами автоматического управления, обеспечивающими оптимальное (в смысле производительности, качества производимой продукции, минимизации материальных и энергетических затрат) управление движением рабочих органов в соответствии с условиями технологического процесса - называется автоматизированная электромеханическая система.

В настоящее время предметом поставки являются стандартные изделия - набор унифицированных системных элементов управления для каждого типа машин. Функциональными модулями решаются такие технологические задачи, как позиционирование и регулирование технологического параметра с обратной связью. Такими же функциональными модулями являются преобразователи и двигатели. Только точные и надежно управляемые приводы обеспечивают правильную работу машин. Для этого используется надежная система приводов в серводвигателях и преобразователи для асинхронных и синхронных электродвигателей с большой динамикой при минимальных габаритах.

Возникла концепция интеллектуального привода, чтобы уменьшить стоимость программного обеспечения и заменить сложную и дорогостоящую механику высокой точности. Этим интеллектуальным приводом решаются такие сложные функции, как, например, синхронное движение, угловая синхронизация и другие специфические задачи регулирования, интегрированные в привод технологическим программным обеспечением.

Из этих программных модулей можно просто реализовать специфические пользовательские приложения, как, например, электронный редуктор. Эти применения могут быть реализованы как центральное решение на основе контроллера или как децентрализованное решение непосредственно в преобразователях привода (децентрализованный привод).

Наконец, вершиной современной технологии на рынке являются комплексные решения, и для маленькой машины, и для крупной установки, которые обеспечивают конкурентоспособность и высокую производительность оборудования пользователя. Эти решения реализуются стандартными изделиями, а также специализированными модулями для различных отраслей.

Комплексные решения позволяют в процессе инжиниринга получать “идеальные” решения для конкретной задачи. Комплексные решения, благодаря современным информационным технологиям, представлены в виде интеграционного программного обеспечения. Это программное обеспечение для каждой фазы конкретного проекта: для планирования, проектирования, конфигурирования и параметрирования оборудования и средств коммуникации, для программирования, документирования, тестирования, ввода в эксплуатацию и сервиса и архивации. Оно допускает кооперацию и совместную работу нескольких человек над одним проектом.

Надежные коммуникации между компонентами системы автоматизации - обязательное условие высокой производительности любой машины. Сейчас существуют надежные шинные системы, такие как PROFIBUS-DP, PROFIBUS-FMS и AS-интерфейс обеспечивают безотказный обмен данными между компонентами на всех уровнях. Такая система легко модернизируется и масштабируется.

Удобное взаимодействие между оператором и технологической установкой (станком) обеспечивает система человеко-машинного интерфейса HMI. Для этого применяются как специализированные панели со специальным программным обеспечением для проектирования конкретной системы, так и базирующиеся на PC системы визуализации созданные по новейшим технологиям и работающие под Windows 95 и Windows NT.

Еще один пример, вобравший в себя все современные достижения электромеханики - металлорежущий станок с числовым программным управлением. Станок служит для автоматической обработки деталей по заданной программе с высокой точностью.

Если на станке по заданной программе выполняется несколько операций, то такая машина называется обрабатывающим центром. Станок включает в себя блок (или привод) главного движения, осуществляющий резание металла, и один или несколько механизмов (приводов) подач, производящих позиционирование детали и точное движение режущего инструмента или обрабатываемого изделия по технологически необходимой программе. В обрабатывающих центрах предусматривается устройство автоматической смены инструмента. Таким образом, современный металлорежущий станок (обрабатывающий центр) представляет собой систему электромеханических устройств, основу которых составляют высокоточные автоматизированные электроприводы. Работа этих электроприводов объединена единой технологической задачей и управляется вычислительным устройством - системой числового программного управления (ЧПУ).

Автор статьи: Осин И. В.

Источник информации: "Лаборатория Спецмашин Мета ЭМ" - http://metaem.ru/

Универсальная защита для асинхронного электродвигателя: миф или реальность?

1. Введение

Преобразование электрической энергии в механическую с помощью электродвигателей позволяет легко и экономически выгодно приводить в движение разнообразные рабочие механизмы: конвейеры, подъемно-транспортное оборудование, насосы, вентиляторы, компрессоры, металлорежущие станки, прокатные станы, швейное оборудование, пр.

Благодаря простоте конструкции, высокой надежности и невысокой стоимости асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором (далее по тексту АД), является наиболее распространенным электродвигателем. Свыше 85% всех электрических машин – это трехфазные асинхронные электродвигатели. По статистике сейчас в общественном производстве России находится не менее 50 млн. единиц трехфазных АД напряжением 0,4 кВ.

АД обычно рассчитаны на срок службы 15-20 лет без капитального ремонта, при условии их правильной эксплуатации. Под правильной эксплуатацией АД понимается его работа в соответствии с номинальными параметрами, указанными в паспортных данных электродвигателя. Однако в реальной жизни имеет место значительное отступление от номинальных режимов эксплуатации.

Это, в первую очередь, плохое качество питающего напряжения и нарушение правил технической эксплуатации: технологические перегрузки, условия окружающей среды (повышенные влажность, температура), снижение сопротивления изоляции, нарушение охлаждения. Последствием таких отклонений являются аварийные режимы работы АД. В результате аварий ежегодно выходят из строя до 10% применяемых электродвигателей.

Например, 60% скважных электронасосных агрегатов, ломаются чаще одного раза в году. Выход из строя АД приводит к тяжелым авариям и большому материальному ущербу, связанному с простоем технологических процессов, устранением последствий аварий и ремонтом вышедшего из строя электродвигателя. Ремонт электрической машины мощностью до 1 кВт обходится в 5-6 $ США. Чтобы оценить, во что обойдется ремонт более мощной машины, надо просто умножить эту цифру на мощность двигателя. Помимо этого, работа на аварийных режимах ведет к повышенному энергопотреблению из сети, увеличению потребляемой реактивной мощности.

Совершенно очевидно, что применение надежной и эффективной защиты от аварийных режимов работы значительно сократит количество и частоту аварийных ситуаций и продлит срок службы АД, сократит расход электроэнергии и эксплутационные расходы. Но, для того, чтобы выбрать эту защиту необходимо знать, как и от чего необходимо защищать АД, а также специфику процессов протекающих в нем в случае аварий.

2. Аварийные режимы АД

Аварии АД. Аварии АД подразделяются на два основных типа: механические и электрические. Механические аварии это: деформация или поломка вала ротора, ослабление крепление сердечника статора к станине, ослабление опрессовки сердечника ротора, выплавление баббита в подшипниках скольжения, разрушение сепаратора, кольца или шарика в подшипниках качения, поломка крыльчатки, отложение пыли и грязи в подвижных элементах, пр.

Причиной большинства механических аварий являются радиальные вибрации из-за асимметрии питающей сети (т. н. перекос фаз), механические перегрузки на валу электродвигателя, брак комплектующих элементов или допущенный при сборке. До 10% всех аварий АД имеют механическое происхождение. При этом 8% приходится на долю аварий, связанных с асимметрией фаз и только 2% на аварии, связанные с механическим перегрузом. Доля аварий, связанных с браком мала и, поэтому, ее можно не принимать во внимание в настоящем рассмотрении.

Оценка вероятностей возникновения механических аварий отсутствует, большая их часть, носит скрытый характер и выявляется только после соответствующих испытаний или разборки двигателя, однако, постоянный контроль сетевого напряжения и нагрузки на валу АД позволяет, в большинстве случаев, свести эту вероятность к минимуму.

Электрические аварии АД, в свою очередь, делятся на три типа:

• сетевые аварии (аварии по напряжению), связанные с авариями в питающей электросети;

• токовые аварии, связанные с обрывом проводников в обмотках статора, ротора, или кабеля, межвитковое и междуфазное замыкание обмоток, нарушением контактов и разрушении соединений, выполненных пайкой или сваркой; аварии, приводящие к пробою изоляции в результате нагрева, вызванного протеканием токов перегруза или короткого замыкания;

• аварии, связанные со снижением сопротивления изоляции вследствие ее старения, разрушения или увлажнения.

Сетевые аварии АД. Качество электроэнергии на территории РФ определяет ГОСТ 13109-97 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения». ГОСТ определяет соответствие стандартам целого ряда показателей, в первую очередь, таких как отклонения напряжения и частоты, коэффициент гармонической составляющей четного и нечетного порядка, коэффициенты обратной и нулевой последовательности напряжения, пр. Из-за аварий на подающих подстанциях, КЗ в распределительных сетях, коммутационных и грозовых возмущений, неравномерности распределения нагрузки по фазам, фактические значения ряда показателей больше допустимых, что ведет к аварийным режимам работы АД. По статистическим данным до 80% аварий электродвигателя напрямую или косвенно связаны именно с авариями сетевого напряжения.

Анализ показателей качества электрической энергии (ПКЭ) относительно условий работы АД показывает, что, например, при уменьшении напряжения в сети, возрастает ток статора, приводящий к интенсивному нагреву изоляции АД и сокращению срока службы вследствие ускоренного старения изоляции и ее пробоя, а повышение напряжения приводит к увеличению магнитного потока статора, тока намагничивания, нагреву сердечника (вплоть до «пожара» в стали), потребляемой из сети реактивной мощности, снижающей коэффициент мощности.

Следует отметить, что существует еще несколько типов сетевых аварий, которые происходят наиболее часто, но, напрямую ГОСТом не регламентируются, т. к. являются крайними случаями проявлениями несимметричных режимов работы АД. Это обрыв одной из фаз, нарушение последовательности фаз и «слипание» фаз.

Обрыв фаз, как правило, связан с обрывом жилы питающего кабеля, сгоревшим предохранителем или отключением автомата в одной из линий или обрывом самой линии. При соединении обмоток двигателя звездой напряжение в двух фазах делится поровну и составляет половину линейного Uф= Uл/2, в третьей отсутствует.

Такие режимы приводят к повышенному энергопотреблению из сети, перегреву обмоток статора. Поле из вращающегося превращается в пульсирующее, ток в оборванной фазе будет отсутствовать, в двух других увеличится на 50%. Двигатель не разворачивается даже на холостом ходу.

В некоторых типах двигателей в случае, если обрыв произошел во время работы двигателя, на оборванной фазе генерируется т. н. напряжение «рекуперации», близкое по фазе и амплитуде сетевому, двигатель переходит в тормозной режим работы и, если его не отключить, сгорает в течение нескольких минут.

Аварийный режим «слипания» фаз происходит в случае обрыва одной из питающих фаз и замыкании ее со стороны двигателя на другую фазу. При этом одно и то же фазное напряжение подается на две фазы двигателя, на третьей остается в норме. При незначительной амплитудной несимметрии, наблюдается значительная фазная несимметрия приводящая к появлению значительных напряжений обратной последовательности, вызывающих перегрев двигателя и выход его из строя.

Нарушение закрепленной ГОСТом последовательности фаз А-В-С (В-С-А, С-А-В), на любую другую обуславливает реверсивный режим работы – вращение двигателя в другую сторону, что часто недопустимо по условиям технологического процесса, т. к. вызывает вращение приводного механизма в другую сторону и может привести, помимо аварии самого двигателя, к тяжелым, порой катастрофическим последствиям.

Постоянный контроль наличия и качества сетевого напряжения, включая гармонический анализ, вычисление действующих или средних значений напряжения до включения двигателя, контроль за его состоянием во время работы АД, в т. ч. за изменениями параметров фазных напряжений вызванных режимами работы самого двигателя, позволят, зачастую, избежать причин возникновения аварийных режимов, предотвратить появление режимов короткого замыкания и токового перегруза.

Токовые аварии АД. Напряжение на зажимах АД и фазные токи, протекающие по его обмоткам тесно взаимосвязаны и любые, даже небольшие, изменения сетевого напряжения вызывают значительные изменения фазных токов.

Для эффективной защиты АД необходимо измерять фазные токи как можно точнее. Согласно последним исследованиям, длительная работа двигателя с токовым перегрузом всего лишь на 5% от номинального, сокращает срок его службы в 10 раз.

В связи с сильной несинусоидальностью кривой тока, особенно во время пусков, в ней присутствует большое количество гармоник высшего порядка, оказывающих существенное влияние на величину действующего значения тока. Поэтому, если принимать решение о работе АД не по вычисленным действующим значениям тока, а по неким усредненным сигналам или, еще хуже, по пиковым значениям, это может привести к ложным выводам о наличии или отсутствии токового перегруза.

Различают два вида токового перегруза АД: симметричный и несимметричный. Симметричный токовый перегруз, как правило, связан с механическими перегрузками на валу двигателя. Их значение напрямую связано с режимами работы АД и тепловым перегрузом, о которых речь пойдет ниже.

Большая часть токовых аварий АД, связана, в первую очередь, с повреждениями внутри самого двигателя, приводящими к несимметричному токовому перегрузу. Рассмотрим основные виды таких аварий (табл. № 1).

Таблица № 1. Влияние внутренних повреждений на работу АД.

Во всех случаях внутренних аварий электродвигателя наблюдается значительная асимметрия фазных токов, превышающая в несколько раз асимметрию напряжений. Поэтому постоянный контроль токов, соотношение токового перекоса с перекосом напряжений, позволяют принимать достаточно достоверные выводы о наличии таких аварий и оперативно отключать двигатель.

Режимы работы АД. В зависимости от характера изменения нагрузки различают четыре основных номинальных режима работы АД: продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный и смешанный. Не будем подробно останавливаться на описании этих режимов, заметим только, что основной характеристикой нагрузочных режимов является тепловая характеристика электродвигателя.

Работа АД всегда сопровождается его нагревом, что обусловлено происходящими в нем процессами и потерями энергии. Нормативный срок службы электродвигателя определяется, в конечном счете, допустимой температурой нагрева его изоляции. В современных двигателях применяется несколько классов изоляции, допустимая температура нагрева которых составляет для класса А – 105С, Е – 120С, В – 130С, F – 155C, H – 180C, С свыше 180С. Превышение допустимой температуры ведет к преждевременному разрушению изоляции и существенному сокращению срока его службы.

В эксплуатации, в основном, приходится сталкиваться с режимами, ненормированными ГОСТами. Наиболее характерным является режим с быстроизменяющейся нагрузкой, когда двигатель периодически входит в режим перегрузки, возвращаясь затем на номинальный режим или опускаясь в режим работы с нагрузкой меньше номинальной.

Снижение сопротивления изоляции. В процессе эксплуатации АД его изоляция неизбежно «стареет». Основными причинами, вызывающими эти процессы являются: нагревание обмоток рабочими и пусковыми токами, токами короткого замыкания и перегруза, теплотой от посторонних источников; динамическими усилиями, возникающими при взаимодействии проводников с током, коммутационными перенапряжениями. На состояние изоляции большое влияние оказывают также условия окружающей среды – температура и влажность воздуха, загрязненность и запыленность.

Состояние изоляции определяет степень безопасной эксплуатации электроустановок. Электродвигатель допускается эксплуатировать, если сопротивление его изоляции на корпус не менее 0,5 Мом. Вероятность пробоя изоляции возрастает на порядок, если сопротивление изоляции в два раза меньше допустимого.

При снижении сопротивления изоляции высока вероятность появления такой тяжелейшей аварии АД, как пробой обмотки статора на корпус (короткое замыкание на корпус), опасной не только для самого электродвигателя, но и для обслуживающего персонала. По сети начинают протекать токи короткого замыкания в 10-100 раз превышающие номинальные, а на корпус электроустановки может быть вынесено высокое напряжение, опасное для жизни человека.

Не менее важным является непрерывный контроль сопротивления изоляции обмоток статора во время работы электродвигателя, т. к. диэлектрические свойства изоляции, измеренные до включения АД, могут внезапно измениться под воздействием электрического напряжения и температуры. Для этого используется измерение тока утечки на «землю» с помощью дифференциального трансформатора тока, реагирующего на появление дифференциального (разностного) тока выше некоторой уставки, заданной пользователем.

Методы защиты от аварийных режимов. Стремясь защитить двигатели от аварийных режимов, еще с середины прошлого века в энергетике стали применять различную релейную защиту: тепловую, токовую, температурную, фильтровую и комбинированную. Многолетний опыт эксплуатации АД показал, что большинство существующих защит не обеспечивают безаварийную работу АД.

Так, например, тепловые реле рассчитывают на длительную перегрузку 25-30% от номинальной. Но, чаще всего, они срабатывают при обрыве одной фазы при нагрузке 60% от номинальной. При меньшей нагрузке реле не срабатывает и АД продолжает работать на двух фазах и выходит из строя в результате перегрева изоляции обмоток. Правильный выбор защитного устройства – это важный фактор в обеспечении безопасной эксплуатации АД.

Приборы защиты АД от аварийных режимов можно разделить на несколько видов:

а) тепловые защитные устройства: тепловые реле, расцепители;

а) токозависимые защитные устройства: плавкие предохранители, автоматы;

в) термочувствительные защитные устройства: термисторы, термостаты;

г) защита от аварий в электросети: реле напряжения и контроля фаз, мониторы сети;

д) приборы МТЗ (максимальной токовой защиты), электронные токовые реле;

е) комбинированные устройства защиты.

Источник информации: http://www.novatek-electro.com