Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Электротехнические материалы и изделия

Диссертационная работа:

Марьин Сергей Сергеевич. Разработка метода оценки долговечности изоляции низковольтных электрических машин : дис. ... канд. техн. наук : 05.09.02 Томск, 2007 136 с. РГБ ОД, 61:07-5/2067

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.

Введение 4

Глава 1. Долговечность и кинетика развития дефектов (сквозных

повреждений) в межвитковой изоляции низковольтных

электрических машин 11

  1. Связь долговечности и дефектности межвитковой изоляции низковольтных электрических машин 11

  2. Факторы, воздействующие на систему межвитковой низковольтной изоляции 12

  3. Кинетика образования и роста трещин в полимерных материалах, находящихся под нагрузкой 24

  4. Существующие методы оценки долговечности межвитковой изоляции низковольтных электрических машин 45

  5. Выводы по главе и постановка задачи исследования 47

Глава 2. Материалы и методы исследования 49

  1. Общая характеристика материалов 49

  2. Методы исследования 53

  3. Выводы по главе 64

Глава 3. Оценка скорости дефектообразования и внутренних механических напряжений в витковой изоляции низковольтных

электрических машин 65

  1. Оценка внутренних механических напряжений в пленках пропиточных составах 65

  2. Оценка скорости дефектообразования в межвитковой изоляции обмоток электрических машин 76

  3. Выводы по главе 98

Глава 4. Основы метода оценки долговечности системы изоляции
низковольтной электрической машины 101

4.1. Использование термофлуктуационной теория разрушения
твердых тел для оценки долговечности электрической

изоляции 101

  1. Определение параметров уравнения долговечности межвитковой изоляции электрических машин 106

  2. Экспресс прогноз времени безотказной работы межвитковой изоляции низковольтной электрической машины 111

  3. Выводы по главе 121

Заключение 122

Литература 124

Приложение 1 134

Введение к работе:

Актуальность проблемы. Высокая надежность электротехнических устройств является необходимым условием эффективной работы различных автоматизированных систем, комплексов и оборудования, работающих в различных отраслях промышленности.

Основной причиной выхода из строя большинства низковольтных электрических машин, является отказ системы изоляции обмоток.

Наиболее подробно вопрос надежности изоляции электрических машин изучен в работах Похолкова Ю.П., Галушко А.И., Оснач Р.Г. и их учеников. Этими авторами показано, что наиболее слабым элементом системы изоляции низковольтных электрических машин является витковая изоляция. Выход из строя витковой изоляции обусловлен наличием в ней сквозных дефектов в пропиточном составе и эмалевом слое обмоточного провода, причем частота их появления возрастает по мере физического износа системы под действием эксплуатационных факторов. Следовательно, рост интенсивности отказов витковой изоляции обусловлен появлением в ней в процессе старения дефектов, типа сквозных трещин, проходящих через пропиточный состав и два слоя эмальизо-ляции обмоточного провода двух соприкасающихся витков.

Похолковым ЮЛ. с сотрудниками разработана методика оценки показателей надежности и долговечности изоляции обмоток асинхронных двигателей, которая получила статус отраслевого стандарта ОСТ16.0.800.821-88. Однако, данный метод весьма трудоемок. Для его использования на практике необходимо провести большой объем измерений для оценки параметров уравнения надежности.

Поэтому задача разработки эффективного экспресс - метода определения долговечности низковольтной изоляции является актуальной.

В связи с этим представляет определенный интерес идея о взаимосвязи электрической и механической долговечности изоляции низковольтных машин. Действительно, прорастание сквозной трещины в межвитковой системе очень быстро приводит к ее отказу.

К сожалению, в литературе недостаточно рассмотрены вопросы взаимосвязи между дефектообразованием и долговечностью электрической изоляции низковольтных электрических машин. Таким образом, открывается возможность создать методику оценки долговечности электрической полимерной изоляции, основанной на теории прорастания сквозных трещин. Наиболее подходящей, в этом плане, является термофлуктуационная теория прочности полимеров, разработанная Журковым с учениками. Разработка этой идеи и составляет сущность настоящей диссертации. Следовательно, исследования, направленные на создание эффективных методов оценки долговечности изоляции электрических машин являются, актуальными.

Цель исследования: на основе изучения взаимосвязи процессов образования трещин в полимерных материалах с их рабочим ресурсом разработать методику расчета долговечности системы межвитковой изоляции низковольтных электрических машин, удобную для практического использования.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

  1. На основании анализа литературных данных выявить факторы, влияющие на выход из строя межвитковой изоляции низковольтных электрических машин.

  2. Изучить влияние вязкости пропиточных составов на дефектообра-зование в межвитковой изоляции низковольтных электрических машин.

  3. Установить взаимосвязь между внутренними механическими напряжениями, дефектностью и долговечностью изоляции электрических машин

  4. На основании теории механической прочности полимеров по Жур-кову и полученных в работе результатов разработать методику определения долговечности системы межвитковой изоляции, удобную для практического применения.

Объекты и методы исследования. В качестве объектов исследования были выбраны пропиточные составы марок МЛ-92 и КО-916К, а также обмоточные провода марок ПЭТВ, ПЭТ-155 и ПЭТМ-180. Образцы для измерения внутренних механических напряжений, возникающих в пленках пропиточного

состава, представляли собой консольно закрепленные пластины из стали марки 1Х18Н9Т. Образцы для оценки дефектности межвитковой изоляции представляли собой макеты, изготовленные из 50-ти попарно связанных отрезков обмоточного провода, пропитанных методом погружения пропиточными составами с различной величиной условной вязкости. Определение внутренних механических напряжений, возникающих в пропиточном составе, проводилось с помощью консольного метода. Дефекто образование на макетах изучалось методом непосредственного осмотра и с помощью высоковольтных испытаний. В работе использовалась совокупность методов лабораторного и специального исследований. Для проведения статистической обработки полученных результатов были использованы математические методы обработки данных в прикладном статистическом пакете Statgraphics for Windows 95/98/2000/NT. Для проверки значимости полученных результатов был применен непараметрический метод Т-критерий Уилкоксона.

Научная новизна работы.

  1. Установлено влияние вязкости пропиточных составов на уровень внутренних механических напряжений в системах низковольтной межвитковой изоляции: при увеличении вязкости пропиточных составов увеличивается уровень внутренних механических напряжений.

  2. Для различных систем низковольтной межвитковой изоляции электрических машин установлена общая закономерность: с увеличением условной вязкости пропиточного состава ускоряются процессы дефектообразования в диэлектрических материалах.

  3. Напряжение пробоя различных типов низковольтной межвитковой изоляции электрических машин уменьшается с ростом скорости дефектообразования. Этот результат рассматривается как общий закон взаимосвязи механической и электрической стойкости для данного вида электроизоляционных систем.

  4. На основе термофлуктуационной теории прочности полимеров разработана экспресс-методика определения долговечности межвитковой изоля-

7 ции низковольтных электрических машин. Реализация предлагаемой методики

в производственных условиях не требует больших трудовых и материальных

затрат.

5. Для создания межвитковой изоляции электрических машин с высоким рабочим ресурсом, предлагается применять в технологическом процессе низкие скорости охлаждения пропиточного состава.

Практическая ценность. Предложенная методика расчета долговечности межвитковой изоляции низковольтных электрических машин в процессе их эксплуатации позволяет без проведения большого объема экспериментальных работ планировать срок службы изделия. Разработанные рекомендации по режимам термообработки пленки пропиточного состава позволяют в достаточной степени повысить надежность обмотки электрической машины. Результаты работы внедрены на предприятиях электротехнической промышленности г. Томска (ЗАО «Сибкабель» и ООО «Сибирская электротехническая компания») и используются для оценки надежности межвитковой изоляции низковольтных электрических машин.

На защиту выносятся следующие положения:

  1. С ростом внутренних механических напряжений интенсивность появления дефектов в различных системах межвитковой изоляции увеличивается по линейному закону.

  2. Изменение вязкости пропиточного состава в оптимальных границах является эффективным технологическим приемом создания изоляционных систем низковольтных электрических машин с повышенным ресурсом работы.

  3. Рабочий ресурс межвитковой изоляции низковольтных электрических машин определяется скоростью образования сквозных трещин в процессе эксплуатации.

Апробация работы. Основные результаты экспериментальных и теоретических исследований были доложены и обсуждались:

1. На V международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» АПЭП-2000, г. Новосибирск 2000 г.

  1. На XVI Всероссийской научно-технической конференции «Электронные и электромеханические системы и устройства», г. Томск: НПЦ «Полюс», 2000 г.

  2. На 6-й, 7-й, 8-й и 9-й Всероссийских научно-технических конференциях «Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика», Красноярск 2000,2001,2002 и 2003 г.

  3. На 5lh Korea-Russia International Symposium on Science and technology (KORUS 2001), г. Томск, ТПУ, 2001 г.

  4. На международной научно-технической конференции «Электромеханические преобразователи энергии», Томск, ТПУ, 2001г.

  5. На третьей международной конференции «Электрическая изоляция - 2002», Санкт Петербург, 18-21 июня, 2002 г.

  1. На VII, Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии», Томск, 2001 г.

  2. На международной научно-технической конференции «Электроэнергетика, электротехнические системы и комплексы», г. Томск, 3-5 сентября, 2003 г.

  3. На всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука, технологии, инновации», г. Новосибирск, 2-5 декабря, 2004 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, 2 из которых в центральной печати.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержащих 133 страниц текста, 19 таблиц, 44 рисунка, списка литературы, включающего в себя 117 наименований и приложения на 2 страницах.

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, научно-практическая значимость полученных результатов и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен обзор литературы по теме диссертации: в работах Похолкова Ю.П., Бесперстова П.П., Пыхтина В.В., Дудкина А.Н. Кирилова Ю.А., Матялиса АЛ. и др. авторов описаны факторы, воздействующие на систему межвитковой низковольтной изоляции, и требования, предъявляемые к электроизоляционным материалам, проанализированы причины отказов обмоток низковольтных электрических машин. В работах Журкова С.Н., Регеля В.Р., Слуцкера А.И., Цоя Б. и др. авторов описаны механизмы образования и роста дефектов (трещин) в полимерных материалах. В обзоре литературы выявлено, что на сегодняшний день отсутствует информация о четкой взаимосвязи между механической и электрической прочностью электроизоляционных материалов, использующихся для изготовления обмоток электрических машин- Сделана постановка задачи исследования диссертации.

Во второй главе описаны объекты и методы исследования. Для проведения исследований были выбраны пропиточные составы марок МЛ-92 и КО-919, а также обмоточные провода марок ПЭТВ, ПЭТ-155 и ПЭТМ-180. Причиной выбора этих материалов послужила широта их применения, значительно широкий диапазон рабочих температур и хорошая совместимость. Для оценки скорости дефектообразования в межвитковой изоляции были изготовлены образцы, представляющие собой макеты из 50-ти попарно связанных отрезков обмоточного провода длинной 330 мм, пропитанных методом погружения пропиточными составами с различной величиной условной вязкости. Подготовленные образцы подвергались термическому старению в интервале температур 145С - 190С в течение 1000 часов, с интервалом в 50-100 часов, испытывались повышенным испытательным напряжением на предмет выявления сквозных дефектов в связке. Определение внутренних механических напряжений, возникающих в пропиточном составе, проводилось с помощью консольного метода. Для измерения напряжений консольным методом применялись стальные пластинки марки 1Х18Н9Т размером 80x15 мм толщиной (0,1—0,5) мм. На поверхность консольно закрепленной пластинки наносилось исследуемое покры-

10 тие. Возникающие в покрытии напряжения рассчитывались по величине отклонения свободного конца пластинки.

В третьей главе приведены экспериментальные зависимости скоростей дефектообразования от времени старения для различных композиций, а также представлены экспериментальные результаты изменения внутренних механических напряжений в пленках пропиточных составов. Установлено, что, чем выше условная вязкость пропиточных составов, тем выше уровень внутренних механических напряжений в них: с увеличением условной вязкости пропиточных составов скорость дефектообразования в межвитковой изоляции также увеличивается за счет высокого уровня внутренних механических напряжений.

Приведены данные, свидетельствующие о взаимосвязи внутренних механических напряжений, дефектности и долговечности изоляции низковольтных электрических машин, которые являются основой создания нового метода оценки рабочего ресурса электроизоляционных систем.

Четвертая глава посвящена разработке методики расчета долговечности межвитковой системы изоляции низковольтных электрических машин, применимой для экспресс - прогноза времени безотказной работы межвитковой изоляции любой низковольтной электрической машины. За основу методики расчета взята теория прочности твердых тел С.Н. Журкова. Предлагаемая методика расчета учитывает внутреннюю структуру пропиточного состава и величины внутренних напряжений, возникающих в них,

В приложении приведены акты об использовании результатов работы на предприятиях г. Томска.

Подобные работы
Кокцинская Елена Михайловна
Разработка и исследование противокоронных покрытий ленточного типа для современных способов изготовления систем изоляции высоковольтных электрических машин
Леонов Андрей Петрович
Разработка методов оценки совместимости пропиточных составов и эмалированных обмоточных проводов
Шикова Татьяна Михайловна
Исследование и усовершенствование технологии изготовления изоляции статорных обмоток высоковольтных электрических машин
Ларин Юрий Тимофеевич
Теоретическая и экспериментальная разработка методов конструирования оптических кабелей
Гефле Ольга Семеновна
Разработка метода диагностики зарождения и развития разрушений в электрической изоляции по тепловым эффектам
Агаев Чингиз Гусейн оглы
Разработка и исследование технологических методов повышения качества и надежности стеклопластиков электротехнического назначения
Васильев Игорь Германович
Разработка метода и средств расчетно-экспериментальной оценки долговечности механизма протаскивания сучкорезных машин
Кормин Алексей Михайлович
Улучшение условий труда механизаторов путем разработки методов оценки и способов улучшения теплозащитных свойств кабин сельскохозяйственных машин
Хаймин Михаил Аркадьевич
Разработка методов диагностики колесных машин с целью снижения их вибрационного нагружения для улучшения условий труда человека-оператора
Ильяшенко Владимир Иванович
Исследование и разработка методов диагностирования стационарных машин животноводства.

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net