Название статьи:
Математическое моделирование механических колебаний асинхронного двигателя при межвитковом замыкании обмотки статора
Авторы: Куприянов И.С., старший преподаватель, кафедра физики, механики и приборостроения, Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, Российская Федерация,
xpress14@mail.ru,
Лукьянов А.В., доктор технических наук, профессор, кафедра физики, механики и приборостроения, Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, Российская Федерация,
loukian@inbox.ru Для цитирования:
Куприянов И.С. Математическое моделирование механических колебаний асинхронного двигателя при межвитковом замыкании обмотки статора / И.С. Куприянов, А.В. Лукьянов. — DOI 10.17150/2713-1734.2024.6(3).339-356. — EDN ISFBBZ // System Analysis & Mathematical Modeling. — 2024. — Т. 6, № 3. — С. 339–356.
В рубрике:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Год: 2024 Том: 6 Номер журнала: 3
Страницы: 339-356
Тип статьи: Научная статья
УДК: 621.313.333.2, 621.396:519.853
DOI: 10.17150/2713-1734.2024.6(3).339-356
Аннотация:
В статье рассматривается задача повышения качества диагностики асинхронных электродвигателей (АЭД) при наличии межвиткового замыкания в обмотке статора. В процессе эксплуатации асинхронных электродвигателей обмотки фаз статора нагреваются: кратковременно - во время его пуска, постоянно - в процессе работы двигателя под нагрузкой. Такие перегревы обмоток статора с течением времени и при ухудшении свойств изолирующих покрытий приводят к их частичному разрушению и, в конечном итоге, к межвитковому замыканию проводников. Для улучшения качества эксплуатации АЭД, необходимо иметь достоверную диагностическую информацию о его текущем техническом состоянии, в частности об изменении параметров вибрации и достижении их критических значений. Для этого необходимо проведение исследований влияния электрических и силовых процессов в АЭД на параметры вибрации при межвитковых замыканиях.
Проведены теоретические и экспериментальные исследования, построена математическая модель радиальных сил в воздушном зазоре электродвигателя, при возникновении и развитии межвиткового замыкания в обмотке фазы ротора. С использованием данной математической модели формирования радиальных сил произведены расчеты для электродвигателя модели АИР63В4. Дана оценка изменения амплитуды и гармонического состава радиальных сил при различной степени развития межвиткового замыкания обмотки статора. Выявлены достаточные вибрационные диагностические признаки, в частности, спектральные составляющие радиальной вибрации, характерные для данного дефекта, позволяющие определять наличие данного дефекта и степень его опасности.
Хорошая сходимость теоретических и экспериментальных результатов исследований позволяет определить изменение диагностических признаков во всем возможном диапазоне развития дефекта. Произведено уточнение вибрационных признаков данного типа дефекта, описанных в различных литературных источниках.
Ключевые слова: асинхронный электродвигатель, механические колебания, вибрация, радиальные силы, межвитковое замыкание, моделирование, дефект
Информация о статье: Дата поступления: 5 августа 2024 г.; дата принятия к публикации: 1 октября 2024 г.; дата онлайн-размещения: 17 октября 2024 г.
Список цитируемой литературы: - Шубов И.Г. Шум и вибрация электрических машин / И.Г. Шубов. - Ленинград : Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1986. - 208 с.
- Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы электрических системах / С.А. Ульянов. - Москва : Энергия, 1970. - 520 с.
- Бурцев А.Г. Спектральный анализ тока статора трехфазного асинхронного двигателя при аварийных режимах работы / А.Г. Бурцев, Т.В. Дягилева, А.Г. Пан. - EDN UGRUMJ // Инженерный вестник Дона. - 2015. - № 2-1 (35). - С. 29.
- Benbouzid M. A Review of Induction Motors Signature Analysis as a Medium for Faults Detection / M. Benbouzid // IEEE Transaction on Industrial Electronics. - 2000. - Vol. 47, no. 5. - P. 984-993.
- Асинхронные двигатели серии 4А : справочник / А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболенская. - Москва : Энергоиздат, 1982. - 503 с.
- Xin Ge. Simulation of Vibrations in Electrical Machines for Hybrid-electric Vehicles : master's thesis. / Xin Ge. - Goteborg, 2014. - 68 p.
- Oviedo S. Motor current signature analysis and negative sequence current based stator winding short fault detection in an induction motor / S. Oviedo, J. Quiroga, C. Borras // Dyna. - 2011. - Vol. 78, no. 170. - P. 214-220.
- Петухов В.С. Диагностика состояния электродвигателей. Метод спектрального анализа потребляемого тока / В.С. Петухов, В.А. Соколов // Новости электротехники. - 2005. - № 1 (31). - С. 50-52.
- On the use of slot harmonics as a potential indicator of rotor bar breakage in the induction machine / A. Khezzar, M.Y. Kaikaa, M. Boucherma, H. Razik // IEEE Transactions on Industrial Electronics. - 2009. - Vol. 56, no. 11. - Р. 4592-4605.
- Benbouzid М. Bibliography on induction motors faults detection and diagnosis / М. Benbouzid // IEEE Transactions on Energy Conversion. - 1999. - Vol. 14, no. 4. - P. 1065-1074.
- Singh G. Induction motor inter turn fault detection using infrared thermographic analysis / G. Singh, T.C.A. Kumar, V.N.A. Naikan // Infrared Physics &Technology. - 2016. - Vol. 77, no. 7. - P. 277-282.
- Belsky I.O. Auxiliary asynchronous electric locomotives machines magnetic field parameters modeling in current asymmetry in phases / I.O. Belsky, A.V. Lukyanov // Proceedings of the 6th international symposium on innovation and sustainability of modern railway. - 2018. - P. 183-188.
- Неразрушающий контроль : справочник : В 8 т. / под ред. В.В.Клюева. - 2-е изд., испр. - Москва : Машиностроение. 2006. - Т. 7, кн. 2: Вибродиагностика. - 829 с.
- Соколов Д.В. Определение дефектов электромагнитной системы электрических машин по спектральным характеристикам виброакустических сигналов / Д.В. Соколов // ПромСервис. - URL: http://www.promservis.ru/pap009.html.
- Русов В.А. Спектральная вибродиагностика / В.А. Русов. - Пермь : Вибро-Центр, 1996. - 176 p.
- Русов В.А. Диагностика дефектов вращающегося оборудования по вибрационным сигналам / В.А. Русов. - Пермь : Вибро-Центр, 2012. - 198 с.
- Лукьянов А.В. Классификатор вибродиагностических признаков дефектов роторных машин / А.В. Лукьянов. - Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 1999. - 228 с.