Анализ режимов работы асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором и совершенствование методов их исследования
С.Н. Ткаченко
Вестник ИГЭУ, 2025 г. выпуск 2, сс. 34—42
Скачать PDF
Состояние вопроса. В настоящее время асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором являются основным типом электродвигателей переменного тока, применяющихся в промышленности в качестве электропривода различных механизмов и установок. Для выполнения оценки работоспособности систем релейной защиты, автоматики, мониторинга и диагностики асинхронных машин необходим качественный анализ их режимов работы. Для этой цели применяются различные подходы, основанные на проведении экспериментальных исследований, а также базирующиеся на методах математического моделирования на ПЭВМ. Однако большинство существующих методов имеют определенные недостатки, например: сложности осуществления в реальных практических условиях ряда режимов работы, таких как аварийные режимы короткого замыкания; наличие погрешностей в процессе математического моделирования и др. В связи с этим задача качественного анализа нормальных, анормальных и аварийных режимов работы низковольтных и высоковольтных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором и модернизация методов их исследования является актуальной.
Материалы и методы. Для реализации поставленной цели использованы как методы экспериментального исследования, так и методы исследования на основе математического моделирования на ПЭВМ с применением математической модели, базирующейся на полных дифференциальных уравнениях, описывающих асинхронный двигатель. В качестве инструмента моделирования применено оригинальное программное обеспечение PTC® MathCADTM.
Результаты. Выполнена подробная классификация нормальных, анормальных и аварийных режимов работы асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, а также рассмотрены существующие подходы к осуществлению исследования их режимов работы. Предложено для выполнения качественного анализа использовать гибридный подход, сочетающий в себе выполнение экспериментов с помощью цифровых регистраторов и выполнение математического моделирования на ПЭВМ с использованием математической модели, основанной на полных дифференциальных уравнениях, описывающих асинхронный двигатель, ключевой особенностью которой является усовершенствованный модуль комбинированного определения температуры нагрева обмоток статора и ротора на основе контроля режимных параметров. Работоспособность предложенного гибридного подхода проверена для асинхронного двигателя напряжением статора 0,4 кВ.
Выводы. Полученные результаты могут быть использованы как в научных, так и в практических целях для осуществления качественного анализа режимов работы низковольтных и высоковольтных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором для проведения их мониторинга и диагностики, а также для проверки работоспособности систем релейной защиты и автоматики.
1. Сивокобыленко В.Ф., Костенко В.И. Математическое моделирование электродвигателей собственных нужд электрических станций. – Донецк: ДПИ, 1979. – 110 с.
2. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей / под ред. Л.Г. Мамиконянца. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 240 с.
3. Корогодский В.И., Кужеков С.Л., Паперно Л.Б. Релейная защита электродвигателей напряжением выше 1 кВ. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 248 с.
4. Development of an intelligent condition monitoring system for AC induction motors using PLC / M. Irfan, N. Saad, R. Ibrahim, V.S. Asirvadam // Proceedings of IEEE Business Engineering and Industrial Applications Colloquium (BEIAC). – Langkawi, Malaysia, 2013. – P. 789–794. DOI: 10.1109/BEIAC.2013.6560243.
5. Марченко Н.М. Исследование режимов работы асинхронного двигателя на моделях в пакете MATLAB // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. – 2021. – № 3. – С. 62–69.
6. Patel R.A., Bhalja B., Alam M.A. Condition Monitoring of Three-Phase Induction Motor // Proceedings of 2020 IEEE 1st International Conference for Convergence in Engineering (ICCE). – Kolkata, India, 2020. – P. 16–20. DOI: 10.1109/ICCE50343.2020.9290540.
7. Mohammad Noor S.Z., Hamzah M.K., Megat Yunus P.N.A. Three phase induction motor analysis using MATLAB/GUIDE // Proceedings of 2013 IEEE 7th International Power Engineering and Optimization Conference (PEOCO). – Langkawi, Malaysia, 2013. – P. 161–166. DOI: 10.1109/PEOCO.2013.6564535.
8. Condition monitoring of induction motors: A review / R.N. Dash, S. Sahu, C.K. Panigrahi, B. Subudhi // Proceedings of 2016 International Conference on Signal Processing, Communication, Power and Embedded System (SCOPES). – Paralakhemundi, India. – 2016. – P. 2006–2011. DOI: 10.1109/SCOPES.2016.7955800.
9. Саттаров Р.Р., Гарафутдинов Р.Р., Крылов А.А. Метод аналитического расчета выбега асинхронных двигателей под действием технологической нагрузки // Нефтегазовое дело. – 2022. – Т. 20, № 4. – С. 123–132. DOI: 10.17122/ngdelo-2022-4-123-132.
10. Илюшин П.В. Комплексное моделирование электрических режимов в сетях внешнего и внутреннего электроснабжения предприятий с собственной генерацией // Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2018. – Т. 22, № 4(135). – С. 122–135. DOI: 10.21285/1814-3520-2018-4-122-135.
11. Маджидов А.Ш. Исследование способов пуска трехфазных асинхронных двигателей в системе собственных нужд в программном комплексе ETAP // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. – 2020. – № 5(80). – С. 18–34. DOI: 10.37493/2307-907X.2020.5.2.
12. Сивокобыленко В.Ф. Математическая модель многомашинной электрической системы в фазных координатах // Электричество. – 2014. – № 7. – С. 34–40.
13. Helerea E., Lepădat I., Ciobanu A. Impact of three-phase voltage dips on the induction motors – An experimental study // Proceedings of 2013 4th International Symposium on Electrical and Electronics Engineering (ISEEE). – Galati, Romania, 2013. – P. 1–6. DOI: 10.1109/ISEEE.2013.6674352.
14. Condition monitoring of induction motors: A review and an application of an ensemble of hybrid intelligent models / M. Seera, C.P. Lim, S. Nahavandi, C.K. Loo // Expert Systems with Applications. – 2014. – Vol. 41, Issue 10. – Р. 4891–4903. https://doi.org/10.1016/j.eswa.2014.02.028.
15. Иванилов Б.В., Заболотный И.П. Оценка технологии регистрации и обработки информации // Электрические станции. – 2003. – № 9. – С. 40–45.
16. Павлюков В.А., Ткаченко С.Н. Совершенствование методов идентификации параметров эквивалентных схем замещения глубокопазных асинхронных двигателей // Электричество. – 2018. – № 10. – С. 54–60. DOI: 10.24160/0013-5380-2018-10-54-60.
17. Сивокобыленко В.Ф. Математическое моделирование в электротехнике и энергетике: учеб. пособие для вузов. – Донецк: РИА ДонНТУ, 2005. – 350 с.
18. Сивокобыленко В.Ф., Ткаченко С.Н. Математическое моделирование комбинированной тепловой защиты глубокопазного асинхронного двигателя // Электрические станции. – 2020. – № 2(1063). – С. 46–53. – DOI: http://dx.doi.org/10.34831/EP.2020.1063.2.007
19. Соркинд М.Д. Асинхронные электродвигатели 0,4 кВ. Аварийные режимы работы // Новости электротехники. – 2005. – № 2(32). – URL: http://news.elteh.ru/arh/2005/32/12.php (дата обращения: 03.10.2024).