Совершенствование алгоритма расчета параметров схемы замещения асинхронного электродвигателя и сравнение с существующими промышленными программами
А.Е. Петров, В.Д. Лебедев
Вестник ИГЭУ, 2025 г. выпуск 5, сс. 59—67
Скачать PDF
Состояние вопроса. Расчет параметров схемы замещения асинхронного электродвигателя по паспортным данным широко применяется в инженерной практике и реализован в ряде программных комплексов (например, MATLAB, ETAP, Power Factory и др.). Однако такие средства не всегда обеспечивают достоверное воспроизведение пусковых характеристик и корректный контроль отклонений от паспортных значений. В отдельных случаях наблюдаются физически некорректные результаты, например появление двух экстремумов на кривой электромагнитного момента. В отечественной практике разработаны алгоритмы, пригодные для адаптации и внедрения в современные расчетные средства, а также реализован программный прототип для моделирования электромеханических переходных процессов.
Материалы и методы. В качестве модели использована схема замещения асинхронного электродвигателя. Для аппроксимации зависимости параметров схемы от скольжения применены различные математические методы. Материалами исследования послужили паспортные и экспериментальные данные по 45 электродвигателям различной мощности, скорости вращения и назначения.
Результаты. Рассмотрены альтернативные способы аппроксимации зависимости параметров схемы замещения асинхронного электродвигателя от скольжения. Особое внимание уделено подбору таких математических выражений, которые обеспечивают более высокую точность воспроизведения пусковых и номинальных характеристик. Для оценки эффективности предложенного подхода проведена серия расчетов на выборке из 45 электродвигателей с различной номинальной мощностью, скоростью вращения и промышленным назначением. Выявлены некоторая нестабильность и специфические особенности в работе существующих алгоритмов, реализованных в распространенных программных продуктах, включая случаи, приводящие к недостоверной форме электромеханической характеристики.
Выводы. Проведенное исследование показало, что использование альтернативных способов аппроксимации параметров схемы замещения позволяет значительно снизить погрешность в расчете пусковых и рабочих характеристик асинхронных электродвигателей по сравнению с базовыми методами. Предложенный подход продемонстрировал более устойчивое и точное воспроизведение паспортных параметров на широком наборе электродвигателей различного типа, что позволяет охватить широкий диапазон типовых режимов эксплуатации и повысить достоверность полученных выводов. Модернизация алгоритма аппроксимации зависимости параметров ротора от скольжения позволяет существенно повысить точность расчетов схемы замещения асинхронного электродвигателя, особенно в области пусковых характеристик. Предложенные выражения обеспечивают более корректную форму зависимости без усложнения вычислений. Разработанный подход предназначен и рекомендован для включения в отечественные инженерные программы, ориентированные на моделирование электромеханических переходных процессов в электроэнергетических системах.
1. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных электродвигателей / под ред. Л.Г. Мамиконянца. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 240 с.
2. Жуков В.В. Короткие замыкания в узлах комплексной нагрузки электрических систем / под ред. проф. А.Ф. Дьякова. – М.: Изд-во МЭИ, 1994. – 224 с.
3. Гамазин С.И., Ставцев В.А., Цырук С.А. Переходные процессы в системах промышленного электроснабжения, обусловленные электродвигательной нагрузкой. – М.: Изд-во МЭИ, 1997. – 424 с.
4. Дмитренко А.М., Казакова Е.Ю., Атаманов М.Н. Анализ переходных процессов дифференциальных защит трансформаторов с мощной двигательной нагрузкой // Релейная защита и автоматизация. – 2012. – № 1(6). – С. 38–42.
5. Шуин В.А., Фролова О.В. Моделирование режимов самозапуска электродвигателей собственных нужд электростанций: УМП / ИГЭУ. – Иваново, 2004. – 64 с.
6. Pedra Joaquin. On the Determination of Induction Motor Parameters From Manufacturer Data for Electromagnetic Transient Programs // IEEE® Transactions on Power Systems. – 2008. – Vol. 23, No. 4. – P. 1709–1718.
7. Жерве Г.К. Промышленные испытания электрических машин. – Л.: Энергия, 1968. – 575 с.
8. Вольдек А.И., Попов В.В. Электрические машины. Машины переменного тока: учебник для вузов. – СПб.: Питер, 2007.
9. Hossein-Ali Kakai. Dynamic Analysis of Three Phase Induction Motor in DigSilent Powerfactory. ENG460 Engineering Thesis, School of Engineering and Information Technology, Murdoch University. – Perth, Australia, 2014. – 76 p.
10. Методика расчета режимов перерыва питания и самозапуска электродвигателей 3–10 кВ собственных нужд электростанций упрощенными методами / сост. В.Х. Георгиади. – М.: ОРГРЭС, 1992. – 144 с.
11. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2025619089 Российская Федерация. Облачный сервис «Лаборатория РЗА» / А.С. Лифшиц, А.А. Яблоков, А.Ю. Мурзин, А.Е. Петров, А.В. Панащатенко; опубл. 14.04.2025.
12. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2024664870 Российская Федерация. Программа расчета параметров схемы замещения асинхронного электродвигателя с номинальным напряжением до и выше 1 кВ / А.Е. Петров; опубл. 2024.