Лапаев Д.А.
РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ *
Аннотация:
в статье рассмотрены вопросы эксплуатации асинхронных электродвигателей (АД) в условиях отклонения показателей качества электроэнергии (ПКЭ), таких как несимметрия, несинусоидальность токов и напряжений, а также провалы напряжения. На основе нормативных документов и экспериментальных исследований разработаны рекомендации по эксплуатации АД в условиях ухудшенного качества электроэнергии.
Ключевые слова:
асинхронный электродвигатель, качество электроэнергии, несимметрия, несинусоидальность, провалы напряжения, эксплуатация
Асинхронные электродвигатели (АД) остаются основой электроприводов промышленных предприятий благодаря своей надежности, простоте конструкции и экономичности. Однако современные условия эксплуатации характеризуются ухудшением показателей качества электроэнергии (ПКЭ), что обусловлено широким применением нелинейных нагрузок, неравномерным распределением фазных нагрузок и частыми аварийными ситуациями в сетях. Согласно ГОСТ 32144-2013, к основным показателям ПКЭ, влияющим на работу электродвигателей, относятся несимметрия, несинусоидальность токов и напряжений, а также кратковременные провалы напряжения. В данной работе, разработаны рекомендации по эксплуатации АД с учетом указанных факторов, а также рассмотрены современные методы мониторинга и диагностики и проанализированы случаи их внедрения.1. Влияние несимметрии напряжений и токов на эксплуатацию АД. Несимметрия напряжений и токов в трехфазных сетях приводит к возникновению токов обратной и нулевой последовательностей, что вызывает дополнительный нагрев обмоток, снижение КПД и сокращение срока службы электродвигателя [1]. Согласно ГОСТ 32144-2013, допустимый уровень несимметрии напряжений не должен превышать 2%. Экспериментальные исследования, показывают, что при увеличении несимметрии до 5% температура обмоток возрастает на 15–20%, а срок службы изоляции сокращается вдвое.Рекомендации:1) Регулярно контролировать уровень несимметрии с помощью специализированных приборов.2) При превышении допустимых значений осуществлять балансировку фазных нагрузок.3) Использовать устройства автоматического регулирования напряжения для снижения несимметрии.4) Внедрять системы автоматического перераспределения нагрузки между фазами.5) При проектировании электросетей учитывать возможность возникновения несимметрии и предусматривать резервные мощности.2. Влияние несинусоидальности токов и напряжений. Несинусоидальность, обусловленная наличием высших гармоник, приводит к дополнительным потерям в стали и меди, вибрациям и акустическому шуму. Согласно ГОСТ 32144-2013, значения суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения не должно превышать 8%. При значениях суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения свыше 10% потери мощности в АД возрастают на 5–7%, а температура обмоток увеличивается на 10–12°C. Кроме того, гармонические искажения могут вызывать ложные срабатывания защит и ускоренное старение изоляции.Рекомендации:1) Применять фильтры высших гармоник на вводе электродвигателей.2) Использовать электродвигатели с повышенной стойкостью к гармоническим искажениям в сетях с высоким уровнем несинусоидальности.3) Проводить регулярный анализ спектра напряжения и тока.4) При проектировании систем электроснабжения учитывать наличие нелинейных нагрузок и предусматривать меры по ограничению гармоник.5) Использовать активные фильтры и компенсаторы реактивной мощности для снижения уровня гармоник.3. Влияние провалов напряжения. Провалы напряжения являются одной из наиболее частых причин аварийных остановок электродвигателей. Согласно ГОСТ 32144-2013, кратковременные провалы напряжения не должны приводить к отключению электродвигателей, однако в реальных условиях даже кратковременное снижение напряжения на 30–40% может вызвать срабатывание защит и остановку технологического процесса. Провалы напряжения особенно опасны для электродвигателей, работающих в составе автоматизированных линий, где остановка одного привода может привести к остановке всего производства.Рекомендации:1) Использовать устройства бесперебойного питания или динамические стабилизаторы напряжения для критически важных электроприводов.2) Настраивать параметры релейной защиты с учетом допустимых кратковременных провалов.3) Проводить анализ причин возникновения провалов и устранять их источники.4) Внедрять системы автоматического повторного пуска электродвигателей после кратковременных провалов напряжения.5) Использовать электродвигатели с повышенной стойкостью к кратковременным отклонениям напряжения.4. Методы мониторинга и диагностики состояния АД. Современные методы мониторинга и диагностики позволяют существенно повысить надежность эксплуатации АД в условиях ухудшения ПКЭ. К основным направлениям мониторинга относятся:4.1. Онлайн-мониторинг параметров сети. Использование цифровых измерительных комплексов (например, на базе микропроцессорных устройств) позволяет в реальном времени отслеживать параметры напряжения, тока, частоты, коэффициента гармоник, а также фиксировать несимметрию и провалы напряжения. Данные системы могут быть интегрированы в общепроизводственные системы диспетчеризации и автоматизации [2].4.2. Диагностика состояния электродвигателя. Для диагностики состояния АД применяются следующие методы:1) Анализ вибрации: позволяет выявлять механические дефекты, вызванные несимметрией и гармоническими искажениями.2) Тепловизионный контроль: используется для обнаружения локальных перегревов, связанных с несимметрией и гармониками.3) Анализ спектра токов и напряжений: позволяет выявлять наличие высших гармоник и оценивать их влияние на работу двигателя.4) Мониторинг изоляции: регулярная проверка сопротивления изоляции обмоток позволяет своевременно выявлять деградацию, вызванную перегревом и перенапряжениями.4.3. Прогнозирование отказов. Внедрение интеллектуальных систем диагностики на основе методов машинного обучения и анализа больших данных позволяет прогнозировать возможные отказы электродвигателей на ранних стадиях. Такие системы анализируют исторические данные о работе двигателя, параметры ПКЭ и результаты диагностики, формируя рекомендации по техническому обслуживанию.5. Дополнительные рекомендации по эксплуатации. 5.1) Внедрять системы автоматизированного управления электроприводами с функцией адаптации к изменяющимся условиям ПКЭ.5.2) Проводить регулярное обучение персонала методам диагностики и мониторинга состояния электродвигателей.5.3) Разрабатывать и внедрять регламенты технического обслуживания с учетом анализа ПКЭ.5.4) Использовать программное обеспечение для анализа и визуализации данных мониторинга, что позволяет оперативно реагировать на отклонения.5.5) При проектировании новых объектов предусматривать резервные мощности и возможность модернизации систем электроснабжения для повышения устойчивости к ухудшению ПКЭ.6. Заключение. В условиях ухудшения показателей качества электроэнергии эксплуатация асинхронных электродвигателей требует комплексного подхода, включающего регулярный мониторинг параметров сети, применение корректирующих устройств, внедрение современных методов диагностики и прогнозирования отказов, а также настройку защит.
Номер журнала Вестник науки №6 (87) том 2
Ссылка для цитирования:
Лапаев Д.А. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ // Вестник науки №6 (87) том 2. С. 2349 - 2354. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/24169 (дата обращения: 15.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+