Экспериментальные исследования асинхронного электродвигателя с криогенным охлаждением
Ключевые слова:
асинхронный двигатель, криогенное охлаждение, испытания на воздухе, испытания в жидком азоте, демонстратор
Аннотация
Статья посвящена разработке и исследовательским испытаниям на воздухе и в жидком азоте погружного криогенного асинхронного электродвигателя мощностью 18 кВт. Активная зона двигателя может использоваться в качестве привода насоса для перекачивания сжиженного природного газа. Выполнены расчеты параметров и характеристик асинхронного двигателя с учетом температуры окружающей среды 20 и –196 °С. Для проверки и уточнения результатов расчета проведен конечно-элементный анализ в ANSYS Maxwell. Методом конечных элементов осуществлялась проверка насыщения материалов и выходных характеристик двигателя. При проработке конструкции проведен анализ материалов, пригодных для использования при криогенных температурах. Среди рассматриваемых материалов были электротехнические стали, электроизоляционные материалы, обмоточные и монтажные провода, компаунды, лаки, клеи и различные монтажные изделия. После разработки конструкторской документации и изготовления проведены исследовательские испытания погружного асинхронного электродвигателя на воздухе и в среде жидкого азота. Проверялось состояние изоляционных материалов во время испытаний, по итогам которых построены круговые диаграммы для оценки характеристик двигателя.
Литература
1. В Нижнем Новгороде разработали насос для перекачивания СПГ [Электрон. ресурс], URL: https://russian.rt.com/business/news/763238-energetika-spg-rossiya (дата обращения 15.05.2023).
2. Копылов И.П. Электрические машины. М.: Энергоатомиздат, 1986, 360 с.
3. Зечихин Б.С., Журавлев С.В. Автоматизированное проектирование асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. М.: Изд-во МАИ, 2003, 84 с.
4. Гольдберг О.Д., Гурин Я.С., Свириденко И.С. Проектирование электрических машин. М.: Высшая школа, 2001, 430 с.
5. Бертинов А.И., Синева Н.В. Индукционные трехфазные двигатели с различными роторами. М.: МЭИ, 1967, 72 с.
6. Ivanov N. et al. Research of Electric Power Quality Indicators at the Design Stage of an Aircraft Synchronous Generator. – International Conference on Electrotechnical Complexes and Systems (ICOECS), 2021, pp. 329–334, DOI: 10.1109/ICOECS52783.2021.9657422.
7. Bogdanov I. et al. Study of Electrical Steel Magnetic Properties for Fast Cycling Magnets of SIS100 and SIS300 Rings. – Proceedings of EPAC, Lucerne, Switzerland, 2004, pp. 1741–1743.
8. Шевцов Д.А. и др. Измерительный комплекс для регистрации петель гистерезиса ферромагнитных материалов. – Электротехника, 2022, № 1, с. 12–16.
9. Эстроком: электроизоляционные термостойкие материалы [Электрон. ресурс], URL: http://xn--j1aeebhfh0g.xn--p1ai/products/polimidnye-plenki/pm-s-tolshchinami-ot-100-mkm.php (дата обращения 15.05.2023).
10. Shively R., Miller H. Development of a Submerged Winding Induction Generator for Cryogenic Applications. – Conference Record of the 2000 IEEE International Symposium on Electrical Insulation, 2000, pp. 243–246, DOI: 10.1109/ELINSL.2000.845498.
11. Shively R. Submerged Cryogenic Motor Materials Development. – IEEE Electrical Insulation Magazine, 2003, vol. 19, No. 3, pp. 7–11, DOI: 10.1109/MEI.2003.1203016.
12. Sápi Z., Butler R. Properties of Cryogenic and Low Temperature Composite Materials – A Review. – Cryogenics, 2020, vol. 111, DOI:10.1016/j.cryogenics.2020.103190.
13. Carrier L.N.G. Submerged Electric Motor Pumps for Marine Liquefied Gas Cargo. – World Pump, 1996, September.
14. Rush S., Hall L. Tutorial on Cryogenic Submerged Electric Motor Pumps. – 18th International Pump Users Symposium, 2001, pp. 101–107.
15. James D.R., Sauers I. Electrical Insulation Materials for Superconducting Coil Applications. – IEEE Power Engineering Society General Meeting, 2004, vol.2, pp. 2062–2064, DOI: 10.1109/PES.2004.1373243.
16. ГОСТ 11828-86. Машины электрические вращающиеся. Общие методы испытаний. М.: ИПК Издательство стандартов, 2003, 32 с.
17. ГОСТ 7217-87. Машины электрические вращающиеся. Двигатели асинхронные. Методы испытаний. М.: ИПК Издательство стандартов, 2003, 41 с.
#
1. V Nizhnem Novgorode razrabotali nasos dlya perekachivaniya SPG (A Pump for Pumping LNG Has been Developed in Nizhny Novgorod) [Electron. resource], URL: https://russian.rt.com/business/news/763238-energetika-spg-rossiya (Date of appeal 15.05.2023).
2. Kopylov I.P. Elektricheskie mashiny (Electric Machines). М.: Energoatomizdat, 1986, 360 p.
3. Zechihin B.S., Zhuravlev S.V. Avtomatizirovannoe proektiro-vanie asinhronnyh dvigateley s korotkozamknutym rotorom (Computer-Aided Design of Asynchronous Motors with a Short-Circuited Rotor). М.: Izd-vo MAI, 2003, 84 p.
4. Gol'dberg O.D., Gurin Yа.S., Sviridenko I.S. Proektirovanie elektricheskih mashin (Design of Electric Machines). М.: Vysshaya shkola, 2001, 430 p.
5. Bertinov A.I., Sineva N.V. Induktsionnye trekhfaznye dvigateli s razlichnymi rotorami (Induction Three-Phase Motors with Various Rotors). М.: МEI, 1967, 72 p.
6. Ivanov N. et al. Research of Electric Power Quality Indicators at the Design Stage of an Aircraft Synchronous Generator. – International Conference on Electrotechnical Complexes and Systems (ICOECS), 2021, pp. 329–334, DOI: 10.1109/ICOECS52783.2021.9657422.
7. Bogdanov I. et al. Study of Electrical Steel Magnetic Properties for Fast Cycling Magnets of SIS100 and SIS300 Rings. – Proceedings of EPAC, Lucerne, Switzerland, 2004, pp. 1741–1743.
8. Shevtsov D.А. et al. Elektrotekhnika – in Russ. (Electrical Engineering), 2022, No. 1, pp. 12–16.
9. Estrokom: elektroizolyatsionnye termostoykie materialy (Estro-kom: Electrical Insulating Heat-Resistant Materials) [Electron. resource], URL: http://xn--j1aeebhfh0g.xn--p1ai/products/polimidnye-plenki/pm-s-tolshchinami-ot-100-mkm.php (Date of appeal 15.05.2023).
10. Shively R., Miller H. Development of a Submerged Winding Induction Generator for Cryogenic Applications. – Conference Record of the 2000 IEEE International Symposium on Electrical Insulation, 2000, pp. 243–246, DOI: 10.1109/ELINSL.2000.845498.
11. Shively R. Submerged Cryogenic Motor Materials Deve-lopment. – IEEE Electrical Insulation Magazine, 2003, vol. 19, No. 3, pp. 7–11, DOI: 10.1109/MEI.2003.1203016.
12. Sápi Z., Butler R. Properties of Cryogenic and Low Tem-perature Composite Materials – A Review. – Cryogenics, 2020, vol. 111, DOI:10.1016/j.cryogenics.2020.103190.
13. Carrier L.N.G. Submerged Electric Motor Pumps for Marine Liquefied Gas Cargo. – World Pump, 1996, September.
14. Rush S., Hall L. Tutorial on Cryogenic Submerged Electric Motor Pumps. – 18th International Pump Users Symposium, 2001, pp. 101–107.
15. James D.R., Sauers I. Electrical Insulation Materials for Superconducting Coil Applications. – IEEE Power Engineering So-ciety General Meeting, 2004, vol.2, pp. 2062–2064, DOI: 10.1109/PES.2004.1373243.
16. GОSТ 11828-86. Mashiny elektricheskie vrashchayushchiesya. Obshchie metody ispytaniy (Rotating Electrical Machines. General Test Methods). М.: IPK Izdatel'stvo standartov, 2003, 32 p.
17. GОSТ 7217-87. Mashiny elektricheskie vrashchayushchiesya. Dvigateli asinhronnye. Metody ispytaniy (Rotating Electrical Machines. Asyncfaronus Motors. Test Methods). М.: IPK Izdatel'stvo standartov, 2003, 41 p.
2. Копылов И.П. Электрические машины. М.: Энергоатомиздат, 1986, 360 с.
3. Зечихин Б.С., Журавлев С.В. Автоматизированное проектирование асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. М.: Изд-во МАИ, 2003, 84 с.
4. Гольдберг О.Д., Гурин Я.С., Свириденко И.С. Проектирование электрических машин. М.: Высшая школа, 2001, 430 с.
5. Бертинов А.И., Синева Н.В. Индукционные трехфазные двигатели с различными роторами. М.: МЭИ, 1967, 72 с.
6. Ivanov N. et al. Research of Electric Power Quality Indicators at the Design Stage of an Aircraft Synchronous Generator. – International Conference on Electrotechnical Complexes and Systems (ICOECS), 2021, pp. 329–334, DOI: 10.1109/ICOECS52783.2021.9657422.
7. Bogdanov I. et al. Study of Electrical Steel Magnetic Properties for Fast Cycling Magnets of SIS100 and SIS300 Rings. – Proceedings of EPAC, Lucerne, Switzerland, 2004, pp. 1741–1743.
8. Шевцов Д.А. и др. Измерительный комплекс для регистрации петель гистерезиса ферромагнитных материалов. – Электротехника, 2022, № 1, с. 12–16.
9. Эстроком: электроизоляционные термостойкие материалы [Электрон. ресурс], URL: http://xn--j1aeebhfh0g.xn--p1ai/products/polimidnye-plenki/pm-s-tolshchinami-ot-100-mkm.php (дата обращения 15.05.2023).
10. Shively R., Miller H. Development of a Submerged Winding Induction Generator for Cryogenic Applications. – Conference Record of the 2000 IEEE International Symposium on Electrical Insulation, 2000, pp. 243–246, DOI: 10.1109/ELINSL.2000.845498.
11. Shively R. Submerged Cryogenic Motor Materials Development. – IEEE Electrical Insulation Magazine, 2003, vol. 19, No. 3, pp. 7–11, DOI: 10.1109/MEI.2003.1203016.
12. Sápi Z., Butler R. Properties of Cryogenic and Low Temperature Composite Materials – A Review. – Cryogenics, 2020, vol. 111, DOI:10.1016/j.cryogenics.2020.103190.
13. Carrier L.N.G. Submerged Electric Motor Pumps for Marine Liquefied Gas Cargo. – World Pump, 1996, September.
14. Rush S., Hall L. Tutorial on Cryogenic Submerged Electric Motor Pumps. – 18th International Pump Users Symposium, 2001, pp. 101–107.
15. James D.R., Sauers I. Electrical Insulation Materials for Superconducting Coil Applications. – IEEE Power Engineering Society General Meeting, 2004, vol.2, pp. 2062–2064, DOI: 10.1109/PES.2004.1373243.
16. ГОСТ 11828-86. Машины электрические вращающиеся. Общие методы испытаний. М.: ИПК Издательство стандартов, 2003, 32 с.
17. ГОСТ 7217-87. Машины электрические вращающиеся. Двигатели асинхронные. Методы испытаний. М.: ИПК Издательство стандартов, 2003, 41 с.
#
1. V Nizhnem Novgorode razrabotali nasos dlya perekachivaniya SPG (A Pump for Pumping LNG Has been Developed in Nizhny Novgorod) [Electron. resource], URL: https://russian.rt.com/business/news/763238-energetika-spg-rossiya (Date of appeal 15.05.2023).
2. Kopylov I.P. Elektricheskie mashiny (Electric Machines). М.: Energoatomizdat, 1986, 360 p.
3. Zechihin B.S., Zhuravlev S.V. Avtomatizirovannoe proektiro-vanie asinhronnyh dvigateley s korotkozamknutym rotorom (Computer-Aided Design of Asynchronous Motors with a Short-Circuited Rotor). М.: Izd-vo MAI, 2003, 84 p.
4. Gol'dberg O.D., Gurin Yа.S., Sviridenko I.S. Proektirovanie elektricheskih mashin (Design of Electric Machines). М.: Vysshaya shkola, 2001, 430 p.
5. Bertinov A.I., Sineva N.V. Induktsionnye trekhfaznye dvigateli s razlichnymi rotorami (Induction Three-Phase Motors with Various Rotors). М.: МEI, 1967, 72 p.
6. Ivanov N. et al. Research of Electric Power Quality Indicators at the Design Stage of an Aircraft Synchronous Generator. – International Conference on Electrotechnical Complexes and Systems (ICOECS), 2021, pp. 329–334, DOI: 10.1109/ICOECS52783.2021.9657422.
7. Bogdanov I. et al. Study of Electrical Steel Magnetic Properties for Fast Cycling Magnets of SIS100 and SIS300 Rings. – Proceedings of EPAC, Lucerne, Switzerland, 2004, pp. 1741–1743.
8. Shevtsov D.А. et al. Elektrotekhnika – in Russ. (Electrical Engineering), 2022, No. 1, pp. 12–16.
9. Estrokom: elektroizolyatsionnye termostoykie materialy (Estro-kom: Electrical Insulating Heat-Resistant Materials) [Electron. resource], URL: http://xn--j1aeebhfh0g.xn--p1ai/products/polimidnye-plenki/pm-s-tolshchinami-ot-100-mkm.php (Date of appeal 15.05.2023).
10. Shively R., Miller H. Development of a Submerged Winding Induction Generator for Cryogenic Applications. – Conference Record of the 2000 IEEE International Symposium on Electrical Insulation, 2000, pp. 243–246, DOI: 10.1109/ELINSL.2000.845498.
11. Shively R. Submerged Cryogenic Motor Materials Deve-lopment. – IEEE Electrical Insulation Magazine, 2003, vol. 19, No. 3, pp. 7–11, DOI: 10.1109/MEI.2003.1203016.
12. Sápi Z., Butler R. Properties of Cryogenic and Low Tem-perature Composite Materials – A Review. – Cryogenics, 2020, vol. 111, DOI:10.1016/j.cryogenics.2020.103190.
13. Carrier L.N.G. Submerged Electric Motor Pumps for Marine Liquefied Gas Cargo. – World Pump, 1996, September.
14. Rush S., Hall L. Tutorial on Cryogenic Submerged Electric Motor Pumps. – 18th International Pump Users Symposium, 2001, pp. 101–107.
15. James D.R., Sauers I. Electrical Insulation Materials for Superconducting Coil Applications. – IEEE Power Engineering So-ciety General Meeting, 2004, vol.2, pp. 2062–2064, DOI: 10.1109/PES.2004.1373243.
16. GОSТ 11828-86. Mashiny elektricheskie vrashchayushchiesya. Obshchie metody ispytaniy (Rotating Electrical Machines. General Test Methods). М.: IPK Izdatel'stvo standartov, 2003, 32 p.
17. GОSТ 7217-87. Mashiny elektricheskie vrashchayushchiesya. Dvigateli asinhronnye. Metody ispytaniy (Rotating Electrical Machines. Asyncfaronus Motors. Test Methods). М.: IPK Izdatel'stvo standartov, 2003, 41 p.
