Нагрев асинхронного двигателя при пуске

[StepV]

sergey zhukov в сообщении #1513670 писал(а):

Кстати, ваш двигатель мог и в обратную сторону все это время крутится. Например, если центробежный насос вращать в обратную сторону, он все равно будет качать, куда нужно. Если особо способные электрики его подключали, то могли на такую мелочь и не обратить внимания.

Круто! Вы в самую точку. Дело происходило на ТЭЦ и двигатель был подключен к насосу для подачи воды в одну из магистралей.

[amon]

sergey zhukov в сообщении #1513663 писал(а):

Называется Electric Drive Solution SS70800B.

От нечего делать глянул, что это такое. Как я понял, там кроме стабилизатора тока ничего и нет, поэтому вроде как ничего плохого не должно стрястись. Единственно, у него на 380 вольтах мощность не 500, а 450 киловатт, но для холостой раскрутки это выше крыши.

[Emergency]

EUgeneUS в сообщении #1513654 писал(а):

тут какой-то подвох.
При подсоединении фаз не в той последовательности, двигатель должен бы крутиться в другую сторону. Ибо магнитное поле будет вращаться в другую сторону.

Может быть они его чинили (перематывали обмотки) и нарушили схему укладки обмоток в пазы?

[nongma]

sergey zhukov в сообщении #1513663 писал(а):

УПП - обычное тиристорное устройство плавного пуска. .

Эксплуатирую 4 шт. с такого вида схемотехникой. Правда, нагрузка чуть-чуть поменьше (1.5 kW асинхронники). При пробое симистора в одном из плеч движок запускается, но греется и гудит. Диагностируется элементарно по перекосу фаз. Замерьте фазовые токи и напряжения, и всё станет ясно.

[Mihaylo]

sergey zhukov в сообщении #1513613 писал(а):

В основном интересовало, не перегреется ли он или УПП

Двигатель наверняка рассчитан на прямой пуск, поэтому плавный пуск ему ни по чем. Обычные АД имеют кратность пускового тока 25...49 ($5^2$...$7^2$). УПП обычно стартует с напряжения $0,4 \cdot Uном$, это значит, что пусковой ток падает в 6 раз, т.е. до 4...8 крат. С учетом пуска на холостом ходу можно применить коэффициент $cos \phi$ = 0,4...0,6. Вот вам и 3-кратный ток. Расскажите нам поподробнее про этот асинхронник, может он там какой-то особый.

[sergey zhukov]

Dmitriy40 в сообщении #1513668 писал(а):

Смотрите какие могут быть ситуации при разном графике тепловыделения от времени при одинаковой энергии за всё время:

Ну нет. Если суммарная энергия тепловыделения именно фиксирована, то самый тяжелый режим - это полное мгновенное ее выделение. Тогда теплосьем и теплопроводность не успевают ничем помочь. Чем меньше мощность тепловыделения, тем лучше - тепло параллельно снимается, а температура - сглаживается. Если ваш двигатель не сгорел в случае 2, то он тем более не может сгореть в случае 3 (если, конечно, полная энергия в этих случаях одинакова).

Это вы скорее говорите о пуске двигателя с нагрузкой (не нулевой момент нагрузки на валу). В этом случае чем дольше длится запуск, тем сильнее успевает нагреваться двигатель, так что УПП в этом смысле ухудшает ситуацию. Я раньше думал, что УПП может снизить пусковой ток двигателя до любой величины (т.е. до величины рабочего тока на номинальных оборотах). Похоже, это верно для свободного двигателя, который можно раскрутить сколь угодно малым током. Но для нагруженного двигателя это совсем неверно. Попытки ограничения его пускового тока жесткими рамками приведут к тому, что время выхода двигателя на номинальные обороты будет не пропорционально сильно возрастать. А при некотором критическом ограничении тока он вообще никогда не достигнет номинала, т.е. запуск не произойдет. Т.е. постепенное ограничение тока пуска нагруженного двигателя ведет сначал к его повышенному нагреву при пуске, потом - к очень сильному нагреву и очень длинному пуску, и потом - вообще к отказу запускаться и выгоранию. Все это произойдет еще задолго до снижения ограничительной уставки по току до номинального значения тока двигателя.

Да, просадка напряжения - это так же проблема для других потребителей. Это мы пока отложили на потом.

Mihaylo
Да нет. Обычный асинхронник. Только большой. Не знаю, правда, рассчитан ли он на прямой пуск или нет. ABB тип M3GP 355LKA 2

[Dmitriy40]

sergey zhukov в сообщении #1513720 писал(а):

Ну нет. Если суммарная энергия тепловыделения именно фиксирована, то самый тяжелый режим - это полное мгновенное ее выделение. Тогда теплосьем и теплопроводность не успевают ничем помочь. Чем меньше мощность тепловыделения, тем лучше - тепло параллельно снимается, а температура - сглаживается. Если ваш двигатель не сгорел в случае 2, то он тем более не может сгореть в случае 3 (если, конечно, полная энергия в этих случаях одинакова).

В первых двух ситуациях не обязательно вся энергия выделяется в первом импульсе, потому и явно указал что есть длинный "хвост". Первая отличается от второй тем что импульса достаточно для расплавления/испарения/аварии, во второй же нагрев большой, но в рамках допустимого и потом тепло отводится быстрее чем выделяется.
В третьей ситуации тепло выделяется быстрее чем отводится и двигатель перегревается, но не мгновенно, а медленно.
Аналогично и в третьей, перегреться может не от всей энергии, а лишь от части, в каких-то случаях тоже может и малой от полной.
Вы правы что первая наихудшая, но там не обязательно прямо вся энергия, может быть достаточно и малой части, но очень быстро. И наихудшая не означает что все остальные не приводят к аварии.
Наиболее безопасна конечно 4-я ситуация, когда вообще нет превышений над номинальным режимом. Но тут надо смотреть на момент на валу, хватит ли его для запуска. Ну и на время разгона, вдруг оно тоже ограничено какими-то соображениями.

[sergey zhukov]

Dmitriy40
Ну, может быть. По мне так чайник нагревается до максимальной температуры (и может даже локально закипеть), если греть его максимально быстро. Если же он при таком нагреве не вскипит, то никакими другими способами (имея ту же энергию) его уже точно не вскипятишь.

[Dmitriy40]

sergey zhukov

(Чайник говорите ...)

Возьмём чайник на 1т воды в виде куба с ребром 1м в теплоизолированной ёмкости с водой при температуре 0°С. Чтобы он весь закипел ему надо сообщить 420МДж. И Вы утверждаете что меньшей энергией его не вскипятить вообще никак даже локально? А локального разрушения достаточно для аварии двигателя. Но поток тепла через сечение в 1кв.м при разнице температур противоположных граней в 100° для воды составит жалкие 60Вт или меньше 60МВт через слой толщиной 1мкм (при разнице температур в 100° между слоями! При меньшей разнице и поток будет ещё меньше). Значит подав на одну из граней 1ГВт в течение 10мкс (что составит жалкие 10кДж) чтобы конвекция не успела развиться мы фактически передадим прилежащему слою воды толщиной 1мкм и массой 1г практически все 10кДж, что достаточно для его нагрева на 2380 градусов. Он точно закипит! А потом можем и догревать уже сгоревший двигатель мощностью 1Вт в течение 5 тысяч лет до передачи ему всех 420МДж.
Вот Вам первая ситуация.

Для симуляции остальных ситуаций подключим к одной из граней охладитель с допустимым потоком тепла до 1МВт, при котором он может удерживать температуру грани в 0°С.

Четвёртая ситуация, подаём на противоположную грань постоянный поток менее 60Вт, скажем 55Вт, они все спокойно проходят через толщу в 1м и вызывают разницу температур в 92°, а так как 55Вт меньше 1МВт, то охладитель справляется и удерживает свою грань при 0°С, т.е. нагреваемая грань не превышает 92°С и не закипает. Даже от 420МДж. Да хоть от 1ПДж.

Третья ситуация, постоянно подаём на нагреваемую грань больше 60Вт, скажем 10кВт. 10кВт всё ещё меньше 1МВт возможности охладителя и его грань удерживается при 0°С бесконечно долго, но 10кВт потока сквозь 1кв.м уже достаточно для создания разницы температур в 100° на глубине (от охладителя) всего 6мм и значит когда-то вода всё же закипит. Для этого надо передать воде столько тепла чтобы профиль температуры стал линейным от 100°С у нагревателя до 0°С у охладителя или ровно половину от полной, т.е. 210МДж, что при подводимой мощности 10кВт произойдёт через 6ч. При этом 210МДж всё ещё заметно меньше полных 420МДж, а вода уже закипает. И продолжает кипеть и следующие 6ч подачи остатка от 420МДж и вообще неограниченно долго (если забыть о конвекции и прочих явлениях теплопереноса) несмотря на то что подаём всего 1% от возможностей охладителя и что охлаждаемая грань так и не нагревается выше 0°С.

Вторая ситуация, подаём снова 10кДж, как в первой ситуации, но теперь в течение 1с или 10кВт подводимой мощности как в третьей ситуации, только 1с вместо 6ч. Для такого потока разница температур в 100° достигается для слоя толщиной 6мм, но для закипания ему надо передать 2.5МДж, т.е. от 10кДж закипеть он не успеет (это очевидно из разбора выше третьей ситуации с 6ч до закипания). Спустя 1с уменьшаем подводимую мощность до 10Вт и продолжаем греть пока не передадим воде все оставшиеся 420МДж (можем и дольше), она уже не закипит.
Вот так одинаковая энергия импульса 10кДж может как испарить часть конструкции если её передать очень быстро, так и лишь немного нагреть конструкцию если передавать достаточно медленно.
Здесь кстати есть интересный промежуточный случай, когда подаём поток выше возможностей охладителя, но настолько коротко, что слой воды у нагревателя не успевает нагреться до кипения. Мне уже надоело подбирать цифры, просто отмечу что такое решение тоже существует. Т.е. нет привязки мощности импульса к мощности охладителя, всегда можно подобрать желаемые параметры импульса для любого исхода.

Конечно эти расчёты прикидки очень приблизительные, не учтёно что нагрев постепенный и реальные перегревы в некоторых случаях будут меньше, но характер происходящих процессов останется похожим. И всегда можно подобрать такие параметры импульсов чтобы реализовалась любая из 4-х ситуаций. А передаваемая энергия везде 420МДж.

[sergey zhukov]

Dmitriy40
О, я тут со всем согласен. Все правильно.

[Theoristos]

sergey zhukov в сообщении #1513613 писал(а):

Отсюда получаем, что общее количество омического тепла, которое выделится в асинхронном двигателе при его пуске в условиях отсутствия нагрузки на валу, не зависит от времени его разгона.

Да, но момент зависит от тока в роторе, а омические потери - от квадрата тока...

И непонятно допустимы ли механические нагрузки.

[sergey zhukov]

Theoristos
Пуск двигателя холостой. Нагрузка на валу возникает уже после разгона.
Момент двигателя тоже зависит от квадрата тока ротора, как и омические потери. Это из эквивалентной схемы хорошо видно.
Это даже не я придумал, так говорит теория - момент двигателя пропорционален мощности тепловыделения в роторе.

[Theoristos]

sergey zhukov: нагрузка на резкий разгон маховых масс. В том числе и того, что подключено к двигателю.

Начет тепловыделения надо подумать. Там и в статорной обмотке ток растёт...

[Emergency]

sergey zhukov в сообщении #1514807 писал(а):

так говорит теория - момент двигателя пропорционален мощности тепловыделения в роторе.

Мы же знаем, что короткозамкнутый ротор можно заменить постоянным магнитом. Правда двигатель станет синхронным, но тепловыделения в роторе может не быть вовсе.
То есть то, что вы пишете, - это не общий закон природы, а частное свойство короткозамкнутого ротора.

[sergey zhukov]

Theoristos
Вал двигателя свободный на запуске. Нужно учитывать только момент инерции собственного ротора.
Ток статора пропорционален току ротора, если пренебречь током намагничивания. Поэтому суммарная мощность омических потерь во всем двигателе пропорциональна моменту двигателя.