Комплексная оценка факторов, воздействующих на эксплуатационную надёжность низковольтных асинхронных электродвигателей угледобывающего комплекса

АКТУАЛЬНОСТЬ данного исследования заключается в решении проблемы надёжного функционирования элементов систем энергетики и обеспечение их эффективной эксплуатации при ведении открытых горных работ. В работе представлен методический подход, который позволяет оценить уровень надёжности низковольтных асинхронных электродвигателей в условиях угольного разреза со сложными горно-геологическими и климатическими условиями добычи. ЦЕЛЬ работы состоит в количественной оценке эксплуатационных факторов, воздействующих на срок службы асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Сосредоточено внимание, как разные по физической основе воздействующие факторы, среди которых выделены электрические параметры – коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности, коэффициенты гармонических составляющих напряжения и параметры окружающей среды – температура, влажность воздуха и запылённость, влияют на динамику изменения срока службы асинхронного электродвигателя. В качестве объекта исследования рассмотрены асинхронные электродвигатели, применяемые на одном из предприятий компании АО «СУЭК» Забайкальского края. МЕТОДЫ. Основным инструментом, для реализации задач исследования, использовано компьютерное моделирование на основе программного комплекса Matlab. РЕЗУЛЬТАТЫ. Исследования выполнены на асинхронном электродвигателе с короткозамкнутым ротором с Рн = 3 кВт, номинальной частотой вращения 1500 об/мин. Моделирование режима работы, исследуемого электродвигателя, выполнено путём изменения параметров эксперимента: величины суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения (K_U) – от 4 до 12% с диапазоном в 2%; величины коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности (K_2U) – от 0 до 4% с диапазоном в 1%; величины температуры окружающей среды (∆T_окр ) – от -30°С до + 30°С с диапазоном в 10°С; величины влажности воздуха (V_c) – 20% и 60%; величины коэффициента теплопроводности пыли (K_т) – 0,12 и 0,28. Основываясь на полученные результаты исследования, построены диаграммы, наглядно иллюстрирующие динамику изменения срока службы асинхронного электродвигателя в зависимости от совокупности воздействующих факторов. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Тенденции решения вопросов надёжного функционирования угледобывающего предприятия с наличием асинхронных электродвигателей и обеспечение их эффективной эксплуатации являются наиболее приоритетными, главным образом, ориентированными на поддержание стабильности технологических процессов и сохранения объёмов добычи угледобывающего предприятия. Оценена устойчивость электродвигателя к определённым воздействующим факторам и установлены их критические значения. Сформулированы рекомендации по использованию асинхронных электродвигателей с учётом условий их эксплуатации.

1. Афанасьев В. Я. Уголь России: состояние и перспективы: Монография / В.Я. Афанасьев, Ю.Н. Линник, В.Ю. Линник. М.: НИЦ ИНФРА-М. 2017. 271 с.

2. Коверникова Л.И., Шамонов Р.Г., Суднова В.В. Качество электрической энергии, современное состояние, проблемы, предложения по их решению: монография / отв. ред. Н.И. Воропай. Новосибирск: Наука. 2017. 219 с.

3. ГОСТ 32144 – 2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Стандартинформ, 2014. 19 с.

4. Zapanov O.V., Kovernikova L.I. On the power quality of electrical energy supplied to joint stock company «Aleksandrovsky mine» / E3S Web of Conferences. 2020. Vol. 209 (07012). р.6. DOI: https://doi.org//10.1051/e3sconf/202020907012.

5. Назарычев А.Н. Надёжность и оценка технического состояния оборудования систем электроснабжения / А.Н. Назарычев, Д.С. Крупенёв. Новосибирск: Наука. 2020. 224 с.

6. Хомутов С.О. Анализ влияния внешних воздействующих факторов на состояние изоляции электродвигателей // Ползуновский вестник. Барнаул: Издательский центр АлтГТУ им. И.И. Ползунова. 2005. №4. Ч.3. С. 260 – 267.

7. Sebok M., Gutten M., Kucera M., Korenciak D. Condition analysis of electrical machines by thermovision. Przeglad Elektrotechniczny. 2020. 96(8). рр. 47 – 50. DOI: https://doi.org/10.15199/48.2020.08.10.

8. Romanova V.V., Suslov K.V., Khromov S.V. Multi-factor analysis of external effects influencing the operational reliability of asynchronous electric motors // E3S Web of Conferences. 2020. Vol. 216 (01084). р.4. DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202021601084.

9. Mohammed J.A-K., Al-Sakini S.R., Hussein A.A. Assessment of disturbed voltage supply effects on steady-state performance of an induction motor // International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE). 2020. Vol. 10. № 3. рр. 2259 – 2270. DOI: http://doi.org/10.11591/ijece.v10i3.pp2259-2270.

10. Sorin Deleanu, Mihai Iordache, Marilena Stanculescu, Dragos Niculae. The Induction Machine Operating from a Voltage Supply, Unbalanced and Polluted with Harmonics: A Practical Approach, 15th International Conference on Engineering of Modern Electric Systems (EMES), Oradea, Romania. 2019. рр. 181 – 184.

11. Романова В.В., Суслов К.В., Хромов С.В., Батухтин А.Г. Анализ степени влияния несимметрии питающего напряжения на эксплуатационную надёжность низковольтных асинхронных электродвигателей // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2022. Т.24. № 4. С.131 – 141. DOI:10.30724/1998-9903-2022-24-4-131-141.

12. Tabora J.M., de Matos E.O., Soares T.M., Tostes M.E. Voltage unbalance effect on the behavior of IE2, IE3 and IE4 induction motor classes // Proc. on VII Simpósio Brasileiro de Sistemas Elétricos (SBSE). Santo André, São Paulo, Brazil. 2020. р.6. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3029794.

13. Romanova V.V., Suslov K.V., Khromov S.V. Ensuring the reliability of power supply systems by improving the quality of electrical energy // AIP Conference Proceedings. 2023. Vol. 2552 (070017). 7 р. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0117210.

14. Технические характеристики асинхронных электродвигателей серии АИР. Номинальная частота вращения 1500 об/мин [Электронный ресурс]. URL: http://www.elektrikii.ru/publ/6-1-0-55. Ссылка активна на 08 июня 2024.

15. Копылов И. П. Проектирование электрических машин, 4-е изд., перераб. и доп. М.: Издательство Юрайт. 2024. 828 с.

16. Шайтор Н. М. Расчёт и анализ температурных полей асинхронных двигателей / Н. М. Шайтор, А. С. Велиляев // Энергетические установки и технологии. 2021. Т. 7. № 2. С. 112 – 118.

17. Шидловский А.К. Повышение качества энергии в электрических сетях / А.К. Шидловский, В.Г. Кузнецов. Киев: Наукова думка. 1985. 268 с.

18. Кудинов В. А. Техническая термодинамика и теплопередача / В. А. Кудинов, Э. М. Карташов, Е. В. Стефанюк. М.: Издательство Юрайт. 2024. 454 с.

19. Sharov N.A., Dudayev R.R., Krishchuk D.I., Liskova M.Yu. Dust suppression methods in coal mines of the Far North. Perm Journal of Petroleum and Mining Engineering. 2019. Vol.19. №2. рр.184 – 200. DOI: 10.15593/2224-9923/2019.2.8.

20. ГОСТ IEC 60034-2А-2012. Машины электрические вращающиеся. Часть 2 – Методы определения потерь и коэффициента полезного действия вращающихся электрических машин при испытаниях (исключая машины для тяговых транспортных средств). Измерение потерь калориметрическим методом. М.: Стандартинформ, 2014. 19 с.

21. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче: Учеб. пособие для вузов. – 4– е изд., перераб. М.: Энергия. 1980. 288 с.

22. ГОСТ 30804.4.7 – 2013 (IEC 61000-4-7:2009). Совместимость технических средств электромагнитная. Общее руководство по средствам измерений и измерениям гармоник иинтергармоник для систем электроснабжения и подключаемых к ним технических средств. М.: Стандартинформ, 2013. 34 с.