Влияние уровня электрической несимметрии на качественные показатели асинхронного двигателя нужд горнодобывающей промышленности

Статья посвящена оценке влияния уровня несимметрии фазы ротора на качество работы асинхронного двигателя, являющегося элементом электропривода механизмов горнодобывающей промышленности. Результаты работы основаны на фундаментальных теоремах и уравнениях электродинамики, численном расчете дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами с применением метода последовательных приближений. Проведен анализ видов несимметрии, имеющих место при эксплуатации асинхронных двигателей, и причин их появления в тяжелых условиях горнодобывающего предприятия. Выполнено ранжирование указанных типов несимметрии по частоте их возникновения в высоковольтных асинхронных двигателях горнодобывающей промышленности. Отражены проблемы и характерные особенности моделирования несимметричных режимов асинхронного двигателя с учетом насыщения стали магнитопровода. Представлена математическая модель асинхронного двигателя, модифицированная относительно ее классической записи, построенная на базе трехфазной естественной системы координат, позволяющая рассчитывать токи и электромагнитный момент при наличии несимметрии активных сопротивлений фаз обмотки ротора, приведены итоги моделирования этого режима. Выполнен анализ особенностей указанного режима по отношению к симметричному режиму, а также его влияния на поведение машин горной промышленности при эксплуатации.

Лавренов Е. О., Темлякова З. С., Вильбергер М. Е., Гречкин В. В., Темляков А. А. Влияние уровня электрической несимметрии на качественные показатели асинхронного двигателя нужд горнодобывающей промышленности // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 12-2. — С. 174—189. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_122_0_174.

Лавренов Евгений Олегович¹ — канд. техн. наук, инженер кафедры Электромеханика, e-mail: e.lavrenov@inbox.ru, ORCID ID: 0000-0002-1669-5148;
Темлякова Зоя Савельевна¹— докт. техн. наук, профессор, e-mail: Temlyakova@corp.nstu.ru, ORCID ID: 0000-0002-3692-5035;
Вильбергер Михаил Евгеньевич¹ — канд. техн. наук, доцент, декан факультета мехатроники и автоматизации, e-mail: Vilberger@corp.nstu.ru, ORCID ID: 0000-0001-8762-9917;
Гречкин Владимир Викторович¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: Grechkin@corp.nstu.ru, ORCID ID: 0000-0002-2272-2050;
Темляков Антон Александрович¹ — студент факультета мехатроники и автоматизации, e-mail: maksidor@inbox.ru, ORCID ID: 0000-0002-2026-3129;
¹ ФГБОУ ВО Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск, проспект К. Маркса, 20, Россия.

Лавренов Евгений Олегович, e-mail: e.lavrenov@inbox.ru.

1. Соркинд М. Асинхронные электродвигатели 0.4 кВ. Аварийные режимы работы // Новости электротехники. — 2005. — № 2 (32).

2. Tavner P., Ran L., Penman J., Sedding H. Condition monitoring of rotating electrical machines. London, the Institution of Engineering and Technology,2008,306 p.

3. Lavrenov E. O., Temlyakova Z. S., Vilberger M. E., Toporkov D. M., Temlyakov A. A. Electrical asymmetry level influence on quality attributes of an induction motor // Journal of Physics: Conference Series. 2020 International Conference on Information Technology in Business and Industry, ITBI 2020. Bristol, England,2020,012118. DOI: 10.1088/1742−659 6/1661/1/012118.

4. Yang X., Gu J., Zheng T. Q., Zhao Z. Faults and reliability analysis of negative resistance converter traction power system // Microelectronics Reliability. 2020, vol. 114, DOI: 10.1016/j.microrel.2020.113911.

5. Haiyang Li, Xiuquan Sun, Fengshou Gu, Andrew D. Ball. Influence of manufactory asymmetrical squirrel rotor on motor current responses // 26th International Conference on Automation and Computing (ICAC),2021. DOI: 10.23919/ICAC50006.2021.9594195.

6. Raziee S. M., Misir O., Ponick B. Winding Function Approach for Winding Analysis // IEEE Transactions on Magnetics. 2017, vol. 53, no. 10, pp. 1–9. DOI: 10.1109/ TMAG.2017.2712570.

7. Lane M. The use of efficiency indicators for the detection of combined motor asymmetry faults and their effectiveness when used on inverter driven motor systems. Doctoral thesis, University of Huddersfield. 2021,302 p.

8. Gritli Y., Rossi C., Rizzoli G., Zarri L., Tani A., Casadei D. Detection and localization of incipient high resistance connection for asymmetrical twelve–phase induction motor drives // IEEE 13th International Symposium on Diagnostics for Electrical Machines, Power Electronics and Drives (SDEMPED). 22—25 Aug. 2021. DOI: 10.1109/ SDEMPED51010.2021.9605521.

9. Абрамов Б. И., Иванов А. Г., Шиленков В. А., Кузьмин И. К., Шевырев Ю. В. Электропривод современных шахтных подъемных машин // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 5—2. — С. 145—162. DOI: 10.25018/0236_149 3_2022_52_0_145.

10. Алексанян И. Э., Кожемякин А. И. Анализ влияния несимметричного режима электрической сети на работу асинхронного электродвигателя. // Энергетика, информатика, инновации. Сборник трудов VII-й Международной научно-технической конференции. Смоленск,2017. — С. 3—6.

11. Пронина А. К., Путилин К. П. К вопросу построения защиты асинхронного двигателя от внутренней несимметрии и внутренних коротких замыканий // Journal of Advanced Research in Technical Science. — 2019. — № 17−1. — С.96-101. DOI: 10.26160/2474-5901-2019-17−96−101.

12. Виноградов А. Б. Векторное управление электроприводами переменного тока. –Иваново: ИГЭУ,2008. — 298 с.

13. Никиян Н. Г. Многофазная реальная асинхронная машина: математическое моделирование, методы и средства диагностики. — Оренбург: ГОУ ВПО ОГУ,2003. – 334 с.

14. Лавренов Е. О., Тюков В. А. Численное моделирование несимметрии статора и ротора асинхронного двигателя // Электротехника. — 2017. — № 1. — С.7–12.

15. Суворов И. Ф., Романова В. В., Хромов С. В. Исследование влияния несимметрии фазных напряжений на режимы работы асинхронных двигателей в среде имитационного моделирования MATLAB/SIMULINK // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. — 2016. — Т. 16. — № 3. — С. 72–83. DOI: 10.14529/power160309.

16. Никиян Н. Г., Митрофанов C. B. Методы расчета токов и потерь асинхронной машины с несимметричной клеткой ротора. — Оренбург: ОГУ,1999. — 49 с.

17. Лавренов Е. О. Способы учета насыщения магнитопровода в имитационном моделировании асинхронного двигателя с использованием численных методов // Сборник научных трудов НГТУ. — 2014. — № 2. — С. 58–63.

18. Кривоносов В. Е., Карполюк И. Т., Василенко С. В. Cрок службы изоляции при отклонениях напряжений и учете отклонений активных сопротивлений обмоток статора асинхронного двигателя // Знание. — 2019. — № 10−1 (74). — С. 57–65.

19. Бабокин Г. И., Шпрехер Д. М., Колесников Е. Б. Метод повышения безопасной эксплуатации горного электрооборудования путем прогнозирования сопротивления изоляции // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 2. — С. 34–45. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-2-0−34−45.

20. Kuznetsov S. M., Orlova I. V., Lisichko O. I. Theory and a posteriori practical methods for calculating the reliability of electrical equipment // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems, Novosibirsk,12–14 Dec. 2018. 2019, vol. 560. DOI:10.1088/1757−8 99X/560/1/012135.