Вплив несинусоїдальності напруги живлення на теплові втрати в асинхронних електродвигунах

Abstract

У роботі досліджено вплив несинусоїдальності напруги живлення на величину та структуру теплових втрат в асинхронних електродвигунах. Актуальність теми зумовлена поширенням нелінійних навантажень і перетворювальної техніки в локальних мережах електропостачання промислових і комунальних об’єктів, де несинусоїдальність напруги спричиняє появу гармонік струму, додаткове нагрівання обмоток і прискорене старіння ізоляції асинхронних електродвигунів. Метою роботи було кількісне оцінювання зміни сумарних теплових втрат асинхронного двигуна залежно від рівня гармонічного спотворення напруги та визначення інженерно обґрунтованих орієнтирів для зниження допустимого навантаження. Методика дослідження. Як матеріали дослідження використано нормативні підходи до оцінювання якості електроенергії, дані фахових наукових публікацій, а також розрахункову модель трифазного короткозамкненого двигуна потужністю 11 кВт. Під час аналізу застосовано гармонічне подання напруги та струму, співвідношення для визначення електричних, магнітних, механічних і додаткових навантажувальних втрат, а також інженерне оцінювання теплового перевищення на основі відносної зміни сумарних втрат. Результати. Установлено, що в досліджуваному асинхронному електродвигуні за зростання коефіцієнта повного гармонічного спотворення напруги в мережі живлення до 5 %, 8 %, 12 % і 15 % сумарні теплові втрати збільшуються відповідно на 79,6 Вт, 127,6 Вт, 191,6 Вт і 239,9 Вт порівняно із синусоїдальним режимом живлення. Показано, що найінтенсивніше зростають додаткові навантажувальні та магнітні втрати. Збільшуються також електричні втрати статора і ротора внаслідок підвищення діючого значення струму та появи складових зворотної послідовності. Установлено, що за значень коефіцієнта повного гармонічного спотворення напруги понад 8 % без коригування режиму роботи спостерігається помітне зниження коефіцієнта корисної дії, що зумовлює практичну потребу в дерейтингу двигуна. Наукова новизна дослідження полягає в розробленні спрощеної інженерної моделі, яка пов’язує рівні гармонічного спотворення напруги з перерозподілом складових втрат асинхронного двигуна та порогом зниження допустимого навантаження. Практична значущість роботи полягає у формуванні схеми оцінювання теплового ризику та вибору заходів компенсації гармонік, придатної для експлуатаційної практики.