По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 621.313.33:621.316.925

Разработка системы тепловой защиты электроприводов биоэнергетических установок

Бочкарев И. В. д-р техн. наук, профессор, Кыргызский государственный технический университет им. И. Раззакова, Кыргызская Республика, г. Бишкек
Сандыбаева А. Р. ст. преподаватель, Кыргызский государственный технический университет им. И. Раззакова, Кыргызская Республика, г. Бишкек
Брякин И. В. д-р техн. наук, профессор, Институт машиноведения и автоматики, Национальная академия наук, Кыргызская Республика, г. Бишкек

Биоэнергетические установки содержат большое количество электрооборудования, которое в своей совокупности составляет специализированный электропривод. Силовое электрооборудование этого электропривода в подавляющем большинстве случаев выполняется на базе асинхронных электродвигателей. Специфика работы этих электродвигателей требует обязательного использования устройств тепловой защиты, способных достоверно отслеживать текущую температуру их обмоток. В статье рассмотрены основные известные способы тепловой защиты электродвигателей и выполнен их сравнительный анализ. Предложен новый подход к построению систем оперативного контроля температуры и тепловой защиты, который базируется на использовании метода измерения сопротивления обмоток переменного тока в рабочем режиме электродвигателя. Способ основан на извлечении компонентов постоянного напряжения и тока из измеренных переменных фазных напряжений и токов с последующей алгоритмической обработкой этой информации. Для аппаратной реализации способа использованы датчик тока в виде измерительного шунта и два независимых измерительных канала с последующим вычислением сопротивления обмотки статора. Проведенные исследования показали, что разработанная система обеспечивает высокую точность контроля температуры обмотки, не оказывая при этом никакого влияния на режимы работы и выходные показатели испытуемого двигателя.

Литература:

1. Сидоренко О.Д. Биоконверсия отходов агропромышленного комплекса. – М.: Инфра-М, 2018. – 160 с.

2. Эдер Б., Шульц Х. Биогазовые установки. – Германия: Zorg Biogas, 2008. – 268 c.

3. Deublein D., Steinhauser A. Biogas from Waste and Renewable Resources. Revised and Expanded Edition. – Wiley-VCH, 2010. – 578 р.

4. Бочкарев И.В., Сандыбаева А.Р., Багиев Х.Г. Система управления электроприводом биоэнергетического комплекса // Проблемы автоматики и управления. – 2020. – № 1 (38). – С. 33–42.

5. Коробков И.Ф., Шилова Т.В. Особенности эксплуатации электродвигателей в сельском хозяйстве // Вестник НГИЭИ. – 2011. – Т. 2. – Вып. 3 (4). – С. 122–132.

6. Сипайлов Г.А., Санников Д.И., Жадан В.А. Тепловые, гидравлические и аэродинамические расчеты в электрических машинах. – М., 1989. – 239 с.

7. Киреева Э.А., Цырук С.А. Релейная защита и автоматика электроэнергетических систем. – М.: Академия, 2013. – 288 с.

8. Волобуев С.В. Нагрев асинхронных двигателей и их защита тепловыми реле. – Волгоград: Волгоградский ГАУ, 2015. – 48 с.

9. Юндин М.А. Токовая защита электроустановок. – СПб.: Лань, 2011. – 288 с.

10. Соловьев А.Л. Защита асинхронных электрических двигателей напряжением 0,4 кВ. – М.: НТФ Энергопрогресс, 2007. – 96 с.

11. Александров А.М. Выбор уставок срабатывания защит асинхронных электродвигателей напряжением выше 1 кВ. – СПб.: ПЭИПК, 2000. – 56 с.

12. Датчики теплофизических и механических параметров: спр. в 3-х т. / Под общ. ред. Ю.Н. Коптева. – М.: ИПРЖР, 1998. – Т. 1. – Кн. 1. – 458 с.

13. Гордов А.Н., Жагулло О.М., Иванова А.Г. Основы температурных измерений. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 303 с.

14. Радин В.И., Лондин Й., Розенкоп В.Д. и др. Унифицированная серия асинхронных двигателей Интерэлектро / Под ред. В.И. Радина. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 416 с.

15. Макаров А.В., Вечеркин М.В., Завьялов А.С. Обзор тепловых моделей асинхронных двигателей // Электротехнические системы и комплексы. – 2013. – № 21. – С . 75–84.

16. Петушков М.Ю. Тепловая модель асинхронного двигателя // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. – 2011. – № 4. – С. 51–53.

17. Zhi Gao. Sensorless stator winding temperature estimation for induction machines. – Georgia Institute of Technology. – 2006. – 204 р.

18. Бочкарев И.В., Ашмарин А.В. Устройство для измерения температуры обмотки электрической машины переменного тока под нагрузкой / А. с. 1108337 SU, МКИ G01К7/16, G01R27/08, заявл. 23.11.81; опубл. 15.08.84, Бюл. № 30.

19. Бочкарев И.В., Галбаев Ж.Т., Келебаев К.К. Диагностика теплового состояния электрических машин силового электрооборудования ТЭС // Известия КГТУ. – 2017. – № 4 (44). – С. 64–72.

20. Достов Л.И. Состояние и перспективы развития средств измерения температуры обмоток электрических машин в рабочих режимах // Электротехническая промышленность. Сер. 01. Электрические машины: обзор. информ. – 1990. – Вып. 30. – 44 с.

21. Albla A. A. H., Brkovic B. M., Ječmenica M. M., Lazarevic Z. M. Online temperature monitoring of a grid connected induction motor // Engineering. – 2017. – Р. 276-282.

22. Бочкарев И.В., Ашмарин А.В. Устройство для измерения температуры обмотки электрической машины / А. с. 998873 SU, G01К7/16. Заявл. 15.09.81, опубл. 23.02.83, Бюл. № 7.

23. Бочкарев И.В., Ашмарин А.В. Устройство для тепловой защиты электрической машины / А. с. SU № 1187234. Н02Н5/04, Н02Н7/08. Заявл. 23.04.83, опубл. 23.10.1985.

24. Sabaghi M., Farahani H.F. Monitoring of induction motor temperature under unbalanced supplying by stator resistance estimation // Indian Journal of Science and Technology. – 2012. – Vol. 5. – N 3. – Рр. 2354–2359.

25. Enany T.A., Wahba W.I., Hassan M.A. Remote and Sensorless Stator Winding Temperature Estimation Method for Thermal Protection for Induction Motor // Engineering. Computer Science IJSDA. – 2014. – Vol. 3. – Рp. 53–72.

26. Matic P.R., Gecic M.A., Lekić Đ., Marcetic D.P. Thermal Protection of Vector-Controlled IM Drive Based on DC Current Injection // IEEE Transactions on Industrial Electronics. – 2015. – Vol. 62. – Issue 4. – Рр. 2082–2089.

27. Брякин И.В., Бочкарев И.В., Келебаев К.К. Диагностика параметров электрических машин переменного тока // Электротехнические системы и комплексы. – 2017. – № 4 (37). – С. 38–44.

28. Брякин И.В., Бочкарев И.В. Способ измерения составляющих полного сопротивления и устройство для его реализации / Патент RU 2691624. Заявл. 26.12.2017, опубл. 17.06.2019. Бюл. № 17.

Биоэнергетические установки (БУ), осуществляющие переработку различных органических отходов для получения из них полезных веществ, представляют собой сложный комплекс, состоящий из различных структурных составляющих [1–3]. В этих установках в качестве органических отходов может применяться различное сырье, например, отходы животноводства и птицеводства с ферм, пищевые отходы из предприятий пищевой промышленности, бытовые отходы, фекальные осадки и сточные воды с очистных сооружений и др. Различия в сырье и процессах разложения вносят определенные особенности в состав и конструкцию отдельных узлов БУ, однако общая структура этих установок в целом сохраняется. Например, на рис. 1 показана принципиальная схема БУ для получения биогаза и удобрений путем анаэробной переработки отходов животноводства [4].

Указанная БУ содержит следующие основные узлы:

– систему навозоудаления из зоны содержания животных, содержащую систему скребковых транспортеров с приводом от электродвигателей Д1 и Д2;

– систему подачи биомассы в приемный резервуар, например, посредством шнекового транспортера-загрузчика с приводом от электродвигателя Д3;

– систему подготовки биомассы к переработке, содержащую систему подачи воды с насосом 1 и различные электромеханические дробилки и мешалки с приводом от электродвигателя Д4;

– анаэробный биореактор, в котором происходит процесс образования биотоплива, содержащий для повышения скорости анаэробных процессов электромеханические погружные перемешиватели с приводом от электродвигателя Д5 и систему обогрева с насосом 4;

– систему для перемещения биогаза из биореактора в газгольдер, содержащую насос 3;

– систему для перемещения биошлама из биореактора в приемник, содержащую разгрузочное устройство, например, шнековый транспортер с приводом от электродвигателя Д6.

Таким образом, видно, что практически каждый узел содержит электрооборудование, составляющее в своей совокупности специализированный электропривод биоэнергетической установки (ЭП БУ). При этом, как показал проведенный анализ, в электроприводах этих установок применяются электрические машины переменного тока, в основном, асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором (АД).

Для Цитирования:
Бочкарев И. В., Сандыбаева А. Р., Брякин И. В., Разработка системы тепловой защиты электроприводов биоэнергетических установок. Охрана труда и техника безопасности на промышленных предприятиях. 2021;6.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: