Тепловизионное обследование как средство повышения энергоресурсосбережения объектов и.М. Косотуров, а.В. Ромодин

(Пермский национальный исследовательский политехническийуниверситет, г. Пермь)

Важным аспектом при проведении энергетических обследований является съёмка и анализ фактического распределения температурных полей на поверхности наружных ограждающих конструкций зданий и сооружений. Наиболее предпочтительными и эффективными методами контроля и определения пространственного распределения температур по поверхности ограждающих конструкций зданий являются методы, основанные на тепловизионном обследованиис применением портативныхтепловизоров.

Тепловизионное обследование позволяет решать широкий спектр задач по выявлению дефектов зданий и сооружений:конструктивных, технологических, эксплуатационных и строительных дефектов стеновых панелей;недостаточно утепленных строительных конструкций; дефектов кирпичной кладки;нарушений швов и стыков между сборными конструкциями;утечек тепла через окна и остекленные участки зданий в результате плохого монтажа; утечек тепла через конструкции и стыки цокольных этажей и чердачных конструкций;утечек тепла через системы вентиляции;участков зданий с повышенным содержанием влаги;участков с плохой работой системы отопления и горячего водоснабжения.

Специалистами кафедры микропроцессорных средств автоматизации и научно-образовательного центра энергосбережения ПНИПУ при проведении тепловизионных обследований используются тепловизорыфирм FLIRи Testo (cм. рис. 1),которые хорошо зарекомендовали себя как при обследовании наружных конструкций зданий (см. рис. 2-4), так и при обследовании технического состояния электрооборудования (см. рис. 5).

Рисунок 1 – Тепловизоры Testo 875-1, Fliri50 и FlirP620 соответственно

Рисунок 2 – Тепловизионный снимок Testo 875-1 гаража Березниковского филиала ПНИПУ, требуется утепление фасада здания и улучшения теплоизоляции дверной коробки и дверей

Рисунок 3 – Тепловизионный снимок Fliri50 фасада здания главного корпуса ПНИПУ, учебный корпус А, требуется установка теплоотражающих экранов за радиаторами отопления.

Рисунок 4 – Тепловизионный снимок FlirP620 фасада главного корпуса ПНИПУ, требуется регулирование температурного режима и улучшение теплоизоляции

Рисунок 5 – Тепловизионный снимок Testo 875-1 магнитопровода и электрической части контактора шкафа управления наружным освещением учебного корпуса ПНИПУ

К основным преимуществам тепловизионной съёмки относятся:высокая температурная разрешающая способность приборов;возможность обзора одним и тем же прибором малых (размером до нескольких сантиметров) и очень больших (размером до сотен метров) объектов, при полном исключении механического контакта и нарушения поля температур измеряемого объекта. Указанные приборы тепловизионной съёмки позволяют получить фотографию объекта обследования иего тепловой "портрет". С помощью фирменного программного обеспечения можно анализировать полученное изображение на компьютере и разработать рекомендации (технические решения, энергосберегающие мероприятия) по устранению выявленных недостатков. В дальнейшем, после устранения причин потерь тепловой энергии или плохого контакта в электрической сети, рекомендуется провести тепловизионную съёмку вновь, что позволит оценить качество выполненных (восстановительных) работ.

Следует отметить, что на качество тепловизионного обследования влияет солнце, влага, ветер, а так же степень черноты поверхности объекта. Как показывает опыт тепловизионнуюсъёмку наружных конструкций зданий необходимо проводить во время отопительного сезона, когда существует перепад температур внутреннего и наружного воздуха. Крыши, а также качество отделки наружных и внутренних поверхностей ограждающих конструкций лучше обследовать в летнее время.

СЕКЦИЯ

«МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН»

УДК 621. 313

упрощенный вариант Метода определения

параметров схемы замещения АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ по паспортными каталожным данным

К.М.Фаттахов

(Уфимский государственный нефтяной технический университет)

Р.К. Фаттахов

(Уфимский государственный авиационный технический университет)

а – Т-образная; б – упрощенная Г-образная в развернутом виде; в – та же схема, но в более компактном виде; г – уточненная Г-образная; д – та же схема, но в более компактном виде

Рисунок 1 – Схемы замещения асинхронной машины

Первоначальный вариант метода определения параметров , , , , , (см. рис. 1, а) схемы замещения асинхронной машины по паспортным и каталожным данным предложен в [1]. Однако опыт показал, что можно составить упрощенный вариант данного метода, который дает практически те же результаты при затратах меньшего времени на расчет. При прочих равных условиях (см. [1]) упрощенный вариант отличается следующим.

1 Механические потери асинхронной машины рассчитываются по зависимостям

Здесь – коэффициент трения; частоту вращения можно принять примерно равной синхронной частоте вращения ; и – внутренний и наружный диаметры железа статора. В литературе указанные зависимости приведены в виде конкретных формул (см., например, формулы (9.209)…(9.213) в [5]). Правила пользования этими формулами описаны в [5].

2 Намагничивающий ток асинхронной машины можно принять равным

3 Предварительное значение индуктивного сопротивления ветви намагничивания (см. рисунок 1, а, б, г)

4 Коэффициент (см. [4])

5 Ток нагрузочной ветви упрощенной Г-образной схемы замещения (см. рисунок 1, б) в номинальном режиме

6 Полное сопротивление этой ветви в номинальном режиме

7 Активное сопротивление обмотки статора находим по выражению

Это выражение получается в результате решения составленного по рисунку 1, б уравнения

8 Номинальные электрические потери в обмотках статора и ротора

9 Потери в стали найдем с помощью рисунка 1, г по следующей формуле:

10 Сумма потерь по паспортным данным

11 Сумма потерь по отдельным составляющим

12 Номинальная потребляемая реактивная мощность асинхронного двигателя

13 По рисунку 1, а эту же мощность можно найти по формуле (при этом считаем )

При найденных по упрощенному методу параметрах , , , , , оказываются примерно равными друг другу суммы потерь и (с точностью ). Это говорит о том, что с указанной точностью соблюдается примерное равенство суммы активных мощностей, расходуемых асинхронной машиной, и активной мощности, подводимой к ней из сети. Кроме этого, также с указанной точностью выполняется равенство реактивных мощностей и .

Таким образом, с точки зрения закона сохранения энергии предлагаемый упрощенный метод является, как и метод [1], полностью обоснованным.

Обосновать справедливость соотношений 1…13 можно следующим образом. Функции п. 1 полностью согласуются с теорией проектирования электрических машин (см., например, [5]). Они дают более надежные результаты, чем соответствующие соотношения , принятые в варианте метода [1]. Последовательность расчета активного сопротивления обмотки статора, проводимую по пп 2…7, устанавливаем следующим образом.

14 Введем коэффициент

15 Отсюда можно определить активное сопротивление обмотки статора так:

16 Тогда по упрощенной Г-образной схеме замещения (см. рисунок 1, б, в) можем найти (см. п. 6), а также ток

17 Примем, что коэффициент (см. рисунок 1, а, г) можно определить как отношение

Оно подтверждается рядом численных экспериментов, проведенных в [1]. Из него следует формула п. 5.

18 Из формулы п. 4 имеем

19 Ввиду того, что, с одной стороны, сопротивление намного больше остальных сопротивлений, включенных в ветвь намагничивания (см. рисунок 1), а с другой – ток намагничивания намного больше активной составляющей тока холостого хода, примем, что можно записать

Отсюда следует формула п. 3.

21 Относительное значение намагничивающего тока

Принимаем, что в современных асинхронных машинах значения относительных намагничивающих токов находятся в пределах (см., например, [5])

.

С учетом этого при записана формула п. 2.

22 Задаваясь рядом значений коэффициента , вычислим соответствующий ряд значений физических величин, указанных в таблице 1.

Таблица 1 – Формуляр для определения физических величин , и

№ п/п	Физические величины	Размерность	Скольжение
						…		…		…
1		Ом
2		Ом
3		А
4
5		Ом
6		А
7

В этой таблице численное значение коэффициента задается таким образом, чтобы соответствующее ему значение коэффициента находилось в пределах . Тем самым ограничивается возможный верхний предел численного интервала изменения коэффициентов для конкретно рассматриваемой машины. При этом в пределах заключен интервал , указанный в п. 21.

23 Теперь, имея в виду пределы для относительных токов , указанные в п. 21, из таблицы 1 выбираем соответствующую интервалу коэффициентов совокупность значений физических величин , и .

24 Затем по этой совокупности вычисляем соответствующий ряд номинальных электромагнитных моментов по формуле

Эта формула получается при , из общего вида формулы электромагнитного момента, которую можно вывести с помощью рисунков 1, а и г так:

25 Сравниваем численные величины номинальных электромагнитных моментов из ряда, полученного в п. 23 в интервале , с численным значением номинального электромагнитного момента , полученного в [1]. Для этого вычисляем в данном интервале погрешности расчета

Анализ этих погрешностей показывает следующее.

25аПогрешности в любой точке интервала оказываются значительно ниже общепринятого в технических расчетах предела .

25б Соответствующие каждой точке интервала значения сопротивлений могут быть использованы при расчете рабочих характеристик конкретно рассматриваемого асинхронного двигателя. При этом указанные характеристики оказываются практически идентичными (для экономии места в настоящей статье они не приводятся).

25в В интервале по мере увеличения значения также увеличиваются, а значения , напротив, уменьшаются. Следовательно, при наименьшем и наибольшем значениях и (см. п.21) имеют место наибольшее и наименьшее значения сопротивлений соответственно. Как известно, при одном и том же токе электрические потери в обмотке статора (и, следовательно его нагрев) являются наименьшими при наименьшем значении сопротивления . Исходя из этих обстоятельств, ток вычисляем по п. 2.

Таким образом, в связи со всем перечисленным в пп 25а…25в расчет сопротивления обмотки статора можно производить так, как это изложено в пп 2…7.

Один из примеров, подтверждающих справедливость изложенного упрощенного метода, приведен в [6].

Вывод. Изложенный материал, а также анализ результатов расчета, полученных в указанных примерах, показывают, что предложенный в настоящей статье метод так же, как и метод [1], позволяет определять параметры схемы замещения асинхронной машины с достаточной для практического использования степенью точности.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Фаттахов К.М., Фаттахов Р.К. Метод определения параметров схемы замещения асинхронной машины по паспортным и каталожным данным // В сб. «Электропривод, электротехнологии и электрооборудование предприятий» - г. Уфа: изд-во УГНТУ, 2011. – с. 123-130.

2. Электрические машины. Справочник в 2-х т. / Копылов И.П., Клоков Б.К. (ред.) – М.: Энергоатомиздат, 1988, 1989. 1 т. – 456 с., 2 т. – 688 с.

3. Кацман М.М Справочник по электрическим машинам. – М.: Академия, 2005. – 480 с.

4. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. – М. – Л.: Энергия, 1965, - Т. 2. – 704 с.

5. Проектирование электрических машин / Копылов И.П. (ред.) – М.: Высшая школа, 2002. – 757 с.

6. Фаттахов К.М., Фаттахов Р.К. Использование упрощенного варианта метода определения параметров схемы замещения асинхронной машины по паспортным и каталожным данным // В настоящем сборнике.

УДК 621.313

ИСПОЛЬЗОВАНИе упрощенного варианта МетодА определения параметров схемы замещения АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ

по паспортным и каталожным данным

К.М.Фаттахов

(Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа)

Р.К. Фаттахов

(Уфимский государственный авиационный технический университет, г.Уфа)

а – Т-образная; б – упрощенная Г-образная в развернутом виде; в – та же схема, но в более компактном виде; г – уточненная Г-образная; д – та же схема, но в более компактном виде

Рисунок 1 – Схемы замещения асинхронной машины

Упрощенный вариант метода определения параметров схемы , , , , , замещения асинхронной машины по паспортным и каталожным данным описан в [1]. Осуществляется с использованием рисунка 1 и литературы [1…5].С целью выяснения результатов использования метода [1] в качестве примера возьмем проект асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором [2]. Этот проект осуществлен следующим образом. На начальной стадии проекта указанная машина рассчитывается по исходным данным, представленным в таблице 1.

Таблица 1 – Первоначальные исходные данные, принятые в проекте [2]

, Вт	, В	, об/мин			, Гц
15000	220/380	1500	0,88	0,88	50

В этой таблице номинальные данные , , и имеют гостированные значения, а величины и приняты по специальным номограммам, приведенным в [2]. Далее в ходе электромагнитного расчета для данного двигателя в [2] получены уточненные значения номинальных величин и перегрузочной способности, приведенные в таблице 2.

Таблица 2 – Уточненные значения номинальных величин и перегрузочной способности асинхронной машины, спроектированной в [2]

, Вт	, Вт	, об/мин	, об/мин				, Гц
14970	220/380	1500	1464	0,892	0,894	2,59	50

Также в ходе электромагнитного расчета в [2] получены численные значения параметров схемы замещения указанного двигателя. Они сведены в первую строку таблицы 3. Во второй строке таблицы 3 помещены значения параметров схемы замещения этого двигателя, полученные в таблице 4 проведением расчета по методу [1]. В справочниках (см., например, [3, 4]) полных сведений о паспортных и каталожных данных рассматриваемого двигателя нет. Поэтому в качестве последних при расчете по формуляру, приведенному в таблице 4, приняты данные таблицы 2. В третьей строке таблицы 3 приведены погрешности расчета , которые получаются при сравнении результатов, приведенных в первых двух строках этой таблицы.

Таблица 3 – Параметры схемы замещения асинхронного двигателя

Параметры схемы замещения	, Ом	, Ом	, Ом	, Ом	, Ом	, Ом	, Ом	, Ом
Полученные в[2]	0,355	0,673	0,186	0,912	1,585	1,47	27,14	27,18
Полученные по методу [1]	0,359	0,782	0,186	0,782	1,563	1,888	26,411	26,568
Погрешности расчета, %	1,127	16,196	0	-14,254	-1,388	28,435	-2,225	-2,123

При этом через обозначены в обобщенном виде значения параметров, найденных по методу [1], а через – значения параметров, найденных в проекте [2]. В таблице 4 погрешности расчета активных и реактивных мощностей обозначены через и соответственно.

Таблица 4 – Формуляр и результаты расчета параметров схемы замещения по методу [1, 5] для асинхронного двигателя, спроектированного в [2]

№ п/п	Расчетнаявеличина	Размерность	Численное значение
1		А	28,443
2		А	25,428
3		А	12,744
4		Вт	16782,511
5			0,024
6		Ом	0,186
7			0,119
8		Ом	1,563
9		Ом	0,782
10		Вт	83,913
11	= по [1, п. 1]	Вт	117
12		Вт	15170,913
13		Вт	15543,968
14		А	25,856
15		Нм	99,006
16		А	8,533
17		Ом	25,783
18			1,0303
19		А	26,64
20		Ом	8,258
21		Ом	0,359
22		Ом	0,37
23		Ом	0,197
24		Ом	0,806
25		Ом	0,83
26		Ом	1,636
27		Ом	8,722
28		А	25,223
29			0,982
30			0,188
31		А	24,769
32		А	4,742
33		А	25,987
34		А	0,659
35		А	8,002
36		А	8,029
37			0,082
38			0,997
39		Ом	27,401
40		Ом	2,247
41		Ом	27,318
42		Ом	1,888
43		Ом	26,24
44		Ом	26,603
45		Вт	871,298
46		Вт	365,129
47		Вт	373,041
48		Вт	1812,511
49		Вт	1810,381
50		ВАр	8411,285
51		ВАр	1897,924
52		ВАр	5131,917
53		ВАр	1568,378
54		ВАр	8598,219
55		%	-0,118
56		%	2,222

Анализ погрешностей, приведенных в таблицах 3 и 4, приводит к следующим выводам.

При расчете по методу [1] значения параметров , , , и отличаются от их значений, найденных в проекте [2], менее, чем на , а значения параметров , и – более, чем на (см. таблицу 3). Однако, если использовать совокупность полученных значений параметров , , , , , , и при расчете, например, рабочих характеристик асинхронного двигателя, последние получаются практически идентичными тем рабочим характеристикам, которые получаются при использовании параметров, приведенных в [2]. Для экономии места рабочие характеристики в настоящей статье не приводятся. Погрешности расчета активных и реактивных мощностей в таблице 4 также меньше .

Таким образом, предложенный в [1] упрощенный вариант метода определения параметров схемы замещения асинхронной машины по паспортным и каталожным данным может быть использован при приближенных расчетах.

В вышеприведенных рассуждениях величина представляет собой общепринятую предельную погрешность расчета сравниваемых результатов, которую обычно принимают при производстве технических решений.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Фаттахов К.М., Фаттахов Р.К. Метод определения параметров схемы замещения асинхронной машины по паспортным и каталожным данным // В сб. «Электропривод, электротехнологии и электрооборудование предприятий» - г. Уфа: изд-во УГНТУ, 2011. – с. 123-130.

2. Электрические машины. Справочник в 2-х т. / Копылов И.П., Клоков Б.К. (ред.) – М.: Энергоатомиздат, 1988, 1989. 1 т. – 456 с., 2 т. – 688 с.

3. Кацман М.М Справочник по электрическим машинам. – М.: Академия, 2005. – 480 с.

4. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. – М. – Л.: Энергия, 1965, - Т. 2. – 704 с.

5. Проектирование электрических машин / Копылов И.П. (ред.) – М.: Высшая школа, 2002. – 757 с.

6. Фаттахов К.М., Фаттахов Р.К. Использование упрощенного варианта метода определения параметров схемы замещения асинхронной машины по паспортным и каталожным данным // В настоящем сборнике.

7. Упрощенный вариант метода определения параметров схемы замещения асинхронной машины по паспортным и каталожным данным // В настоящем сборнике.

8. Проектирование электрических машин / Копылов И.П. (ред.) – М.: Высшая школа, 2002. – 757 с.

9. Кацман М.М Справочник по электрическим машинам. – М.: Академия, 2005. – 480 с.

10. Электрические машины. Справочник в 2-х т. / Копылов И.П., Клоков Б.К. (ред.) – М.: Энергоатомиздат, 1988, 1989. 1 т. – 456 с., 2 т. – 688 с.

11. Фаттахов К.М., Фаттахов Р.К. Метод определения параметров схемы замещения асинхронной машины по паспортным и каталожным данным // В сб. «Электропривод, электротехнологии и электрооборудование предприятий» - г. Уфа: изд-во УГНТУ, 2011. – с. 123-130.

УДК 621.375.4