probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2021-23-3-80-89probener-1845Research ArticleЭЛЕКТРОТЕХНИКАELECTRICAL ENGINEERINGАнализ воздействующих факторов, влияющих на эксплуатационную надёжность низковольтных асинхронных электродвигателейAnalysis of influencing factors affecting the operational reliability of low-voltage asynchronous electric motorshttps://orcid.org/0000-0002-3465-4315РомановаВ. B.RomanovaV. V.

Романова Виктория Викторовна – старший преподаватель кафедры «Энергетики»

г. Чита

Victoria V. Romanova

Chita

romanova181@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1234-9934ХромовС. В.KhromovS. V.

Хромов  Сергей  Владимирович  –  старший  преподаватель  кафедры  «Энергетики»

г. Чита

Sergey V. Khromov

Chita

sergeixrom@inbox.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0484-2857СусловК. В.SuslovK. V.

Суслов Константин Витальевич – докто технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Электроснабжения и электротехники»

г. Иркутск

Konstantin V. Suslov

Irkutsk 

souslov@istu.eduЗабайкальский государственный университетРоссияTrans-Baikal State UniversityRussian FederationИркутский национальный исследовательский технический университетРоссияIrkutsk National Research Technical UniversityRussian Federation2021200720212338089Copyright © Романова В.B., Хромов С.В., Суслов К.В., 20212021Романова В.B., Хромов С.В., Суслов К.В.Romanova V.V., Khromov S.V., Suslov K.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/1845

ЦЕЛЬ. Основной целью работы является комплексное исследование внешних воздействий, влияющих на эксплуатационную надёжность низковольтных асинхронных электродвигателей. Акцентировано внимание на оценке эксплуатационной надёжности электродвигателей, систематизацию условий их эксплуатации, при одновременном воздействии группы эксплуатационных факторов. Среди указанных факторов, подлежащих детальному анализу, выделим следующие: несимметрия напряжений и её длительность, загрузка электродвигателя, температура окружающей среды. В связи с этим, становится очевидным, задача повышения эксплуатационной надёжности низковольтных асинхронных электродвигателей зависит от качественного исследования количественных значений внешних воздействующих факторов в различных режимах работы электродвигателей. МЕТОДЫ. Инструментом реализации поставленной задачи является наглядное и эффективное средство имитационного моделирования Simulink интерактивной среды программирования Matlab. РЕЗУЛЬТАТЫ. Исследования выполнены на асинхронном электродвигателе с короткозамкнутым ротором АИР160S8 с Рн = 7,5 кВт, номинальной частотой вращения n = 1500 об/мин. Моделирование физических процессов исследуемого электродвигателя производилось путём изменения показателей: коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности (K2U), нагрузки на валу электродвигателя (Kz), температуры окружающей среды (tокр), длительности несимметрии напряжений по обратной последовательности (Т). На основании полученных результатов моделирования построены группы плоскостей исследуемых величин. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Комплекс исследований, выполненный с использованием пакета программ Matlab, позволил оценить границы допустимых значений внешних факторов, выявить область допустимой работы асинхронных электродвигателей. Проведен анализ и обсуждение полученных результатов исследования, предложены мероприятия по повышению эксплуатационной надёжности асинхронных электродвигателей.

THE PURPOSE. The main purpose of the work is a comprehensive study of external influences that affect the operational reliability of low-voltage asynchronous motors. Attention is focused on the evaluation of the operational reliability of electric motors, the systematization of their operating conditions, with the simultaneous impact of a group of operational factors. Among these factors that are subject to detailed analysis, we will highlight the following: the asymmetry of the stress and its duration, loading of the motor, the temperature of the environment. In this regard, it becomes obvious that the task of improving the operational reliability of low-voltage asynchronous electric motors depends on a qualitative study of the quantitative values of external influencing factors in various operating modes of electric motors. METHODS. The tool for implementing this task is a visual and effective simulation tool Simulink interactive programming environment Matlab. RESULTS. The research was performed on an asynchronous electric motor with a short-circuited rotor AIR160S8 with PH = 7,5 kW, rated speed n = 1500 rpm. The physical processes of the electric motor under study were modeled by changing the following parameters: the coefficient of stress asymmetry in the reverse sequence (K2U), the load on the motor shaft (Kz), the ambient temperature (tocr), and the duration of stress asymmetry in the reverse sequence (T). Based on the obtained simulation results, groups of planes of the studied quantities are constructed. CONCLUSION. A set of studies performed using the Matlab software package allowed us to estimate the limits of acceptable values of external factors and identify the area of acceptable operation of asynchronous motors. The analysis and discussion of the research results were carried out, and measures were proposed to improve the operational reliability of asynchronous electric motors.

имитационное моделирование в среде Matlab/Simulinkасинхронный электродвигательэксплуатационная надёжность асинхронного электродвигателяsimulation in the Matlab/Simulink environmentasynchronous electric motoroperational reliability of an asynchronous electric motorReferencesГольдберг О.Д. Надёжность электрических машин. М.: Издательский центр «Академия». 2010. 288 с.Goldberg OD. Reliability of electric machines. M.: Publishing center «Academy». 2010;Кузнецов Н.Л. Надёжность электрических машин. М.: Издательский дом МЭИ. 2006. 432 с.Kuznetsov NL. Reliability of electric machines. M.: Рublishing house MEI. 2006; 432 p.Кожухов В.А., Стрижнев С.А. Обзор технологических отказов асинхронных двигателей в сельскохозяйственном производстве // Вестник КрасГАУ. Красноярск: Изд-во КрасГАУ. 2006. №11. С. 199-202.Kozhukhov VA, Strizhnev SA. Review of technological failures of asynchronous motors n agricultural production. Vestnik KrasGAU. Krasnoyarsk: KrasGAU Publishing House. 2006; 11; 199 – 202.Tabora J.M., Tostes M.E., de Matos E.O. et al. Assessing voltage unbalance conditions in IE2, IE3 and IE4 classes induction motors // IEEE Access. 2020. V.8. pр.186725-186739. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3029794.Tabora JM, Tostes ME, de Matos EO, Bezerra UH, Soares TM, de Albuquerque BS. Assessing voltage unbalance conditions in IE2, IE3 and IE4 classes induction motors. IEEE Access. 2020;8;186725-186739. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3029794.Palácios RS., da Silva I.N., Godoy W.F., et al. Voltage unbalance evaluation in the intelligent recognition of induction motor rotor faults // Soft Computing. 2020. V. 24. pр. 16935 - 16946.Palácios RS, da Silva IN, Godoy WF, et al. Voltage unbalance evaluation in the intelligent recognition of induction motor rotor faults. Soft Computing. 2020; 24; 16935 – 16946. https://doi.org/10.1007/s00500-020-04986-6.Campbell M., Arce G. Effect of motor voltage unbalance on motor vibration: test and evaluation // IEEE Transactions on Industry Applications. 2018. V. 54. Issue.1. pр. 905-911.Campbell M, Arce G. Effect of motor voltage unbalance on motor vibration: test and evaluation. IEEE Transactions on Industry Applications. 2018; 54; 905–911. https://doi.org/10.1109/TIA.2017.2759085.Казаков Ю.Б., Андреев В.А. Влияние несимметрии напряжений на энергетические показатели асинхронного двигателя // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2007. № 9-10. С. 73-80.Kazakov YuB, Andreev VA. Influence of voltage asymmetry on the energy performance of an asynchronous motor. Izvestiya vysshikh educational institutions. Energy problems. 2007; 9- 10; 73-80.Singh S., Ajay S. Voltage Unbalance and Its Impact on the Performance of Three Phase Induction Motor: A Review // International Journal for Research in Applied Science and Engineering Technology. 2019. V. 7. Issue. VII.Singh S, Ajay S. Voltage Unbalance and Its Impact on the Performance of Three Phase Induction Motor: A Review. International Journal for Research in Applied Science and Engineering Technology. 2019; 7 р. https://doi.org/10.22214/ijraset.2019.7016.Романова В.В., Хромов С.В. Влияние несимметрии питающих напряжений на режимы работы асинхронных электродвигателей // Методические вопросы исследования надёжности больших систем энергетики. Надёжность развивающихся систем энергетики. Вып. 69. В 2-х книгах. Отв. ред. Н.И. Воропай. Иркутск: ИСЭМ СО РАН. 2018. С.402-411.Romanova VV, Khromov SV. Influence of supply voltage asymmetry on operating modes of asynchronous electric motors. Methodological issues of research on the reliability of large energy systems. Reliability of developing energy systems. Otv. red. N.I. Voropai. Irkutsk: ISEM SO RAN. 2018; 69:402-411.Tabora J.M., Tostes M.E., de Matos E.O., Soares T.M., Bezerra U.H. Voltage Harmonic Impacts on Electric Motors: A Comparison between IE2, IE3 and IE4 Induction Motor Classes // Energies. 2020. V. 13(13). 3333.Tabora JM, Tostes ME, de Matos EO, Soares TM, Bezerra UH. Voltage Harmonic Impacts on Electric Motors: A Comparison between IE2, IE3 and IE4 Induction Motor Classes. Energies. 2020; 13(13); 3333 р. https://doi.org/10.3390/en13133333.Tabora J.M., de Matos E.O., Soares T.M., et al. Voltage unbalance effect on the behavior of IE2, IE3 and IE4 induction motor classes // Proc. on VII Simpósio Brasileiro de Sistemas Elétricos (SBSE). Santo André, São Paulo, Brazil. 2020.Tabora JM, de Matos EO, Soares TM, Tostes ME. Voltage unbalance effect on the behavior of IE2, IE3 and IE4 induction motor classes. Proc. on VII Simpósio Brasileiro de Sistemas Elétricos (SBSE), Santo André, São Paulo, Brazil. 2020. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3029794.Ferreira F.J.T.E., Benoit Leprettre B., de Almeida A.T. Comparison of Protection Requirements in IE2-, IE3-, and IE4-Class Motors // IEEE Transactions on Industry Applications. 2016. V.52. Issue. 4. рр. 3603 – 3610.Ferreira FJTE, Benoit Leprettre B, de Almeida AT. Comparison of Protection Requirements in IE2-, IE3-, and IE4-Class Motors. IEEE Transactions on Industry Applications. Issue. 4. 2016; 52; 3603 – 3610. https://doi.org/10.1109/TIA.2016.2545647.Mohammed J.A-K., Al-Sakini S.R., Hussein A.A. Assessment of disturbed voltage supply effects on steady-state performance of an induction motor // International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE). 2020. V.10. № 3.Mohammed JA-K, Al-Sakini SR, Hussein AA. Assessment of disturbed voltage supply effects on steady-state performance of an induction motor. International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE). 2020; 10; 3. https://doi.org/http://doi.org/10.11591/ijece.v10i3.pp2259-2270.Макаров В. Г. Идентификация параметров трёхфазного асинхронного двигателя // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2010. № 3-4. С. 88-101.Makarov VG. Identification of the parameters of a three-phase asynchronous motor. Izvestiya of higher educational institutions. Energy problems. 2010;3-4; 88-101.Воронин В.А. Анализ факторов, влияющих на помехоустойчивость асинхронных двигателей // Вестник КузГТУ. Кемерово: Изд-во КузГТУ. 2016. №5. С.67-73.Voronin VA. Analysis of factors affecting the noise immunity of asynchronous motors. Bulletin of KuzGTU. Kemerovo: Izd-vo KuzGTU. 2016; 5; 67-73.Романова В.В., Хромов С.В. Эксплуатационная надёжность низковольтных асинхронных электродвигателей в условиях несимметрии напряжений // Проблемы энерго - и ресурсосбережения. Ташкент: Изд-во ТашГТУ. 2019. № 4. С. 136-148.Romanova VV, Khromov SV. Operational reliability of low-voltage asynchronous electric motors in conditions of voltage asymmetry. Problems of energy and resource saving. Tashkent: Publishing house of Tashkent state University. 2019; 4; 136-148.Хомутов С.О. Анализ влияния внешних воздействующих факторов на состояние изоляции электродвигателей // Ползуновский вестник. Барнаул: Издательский центр АлтГТУ им. И.И. Ползунова. 2005. №4. Ч.3. С. 260-267.Khomutov SO. Analysis of the influence of external factors on the state of insulation electric motors. Polzunovsky Vestnik. Barnaul: Publishing center of AltSTU named after I.I. Polzunov. Pt 3. 2005; 4; 260-267.Пинчук О.Г. Оценка теплового состояния асинхронных двигателей в повторно- кратковременных режимах при несимметрии напряжения сети // Вестник СевДТУ. 2008. № 88. С. 97-103.Pinchuk OG. Estimation of the thermal state of asynchronous motors in repeated-short- term modes with network voltage asymmetry. Vestnik SevDTU. 2008; 88; 97-103.Федоров М.М. Особенности теплового состояния асинхронных двигателей при несимметричном питающем напряжении // Кременчуг: Изд-во Вестник Кременчугского государственного политехнического университета. 2004. №. 2 (25). С. 122-125.Fedorov MM. Features of the thermal state of asynchronous motors with asymmetric supply voltage. Kremenchug: Publishing house of the Kremenchuksky state Politechnical University. 2004; 2 (25); 122-125.Хомутов С.О., Кобозев Е.В. Прогнозирование вероятности безотказной работы электродвигателей на основе количественной оценки степени влияния воздействующих факторов // Вестник АлтГТУ им. И.И. Ползунова. Барнаул: Издательский центр АлтГТУ им. И.И. Ползунова. 2006. №2. С. 4-8.Khomutov SO, Kobozev EV. Predicting the probability of failure-free operation of electric motors based on a quantitative assessment of the degree of influence of influencing factors. Polzunovsky Vestnik. Barnaul: Publishing center of AltSTU named after I. I. Polzunov. 2006; 2; 4-8.Герман-Галкин С., Кардонов Г. Электрические машины: лабораторные работы на ПК. СПб.: Корона-принт. 2003. 256 с.German-Galkin S, Kardonov G. Electric machines: laboratory work on PC. SPb.: Korona-print. 2003; 256 p.Paredes L., Molina M., Serrano B.R. Modeling of DSTATCOM devices to improve dynamic voltage stability in a microgrid with high penetration of motor loads // Revista Técnica Energía. 2020. №. 17. Issue. I. pр.32-42.Paredes L, Molina M, Serrano BR. Modeling of DSTATCOM devices to improve dynamic voltage stability in a microgrid with high penetration of motor loads. Revista Técnica Energía. Issue.I. 2020;7;32-42. https://doi.org/10.37116/REVISTAENERGIA.V17.N1.2020.400.Boufadene M. Modeling and control of AC machine using MATLAB®/SIMULINK. Boca Raton: CRC Press. 2018. https://doi.org/10.1201/9780429029653.Boufadene M. Modeling and control of AC machine using MATLAB®/SIMULINK. Boca Raton: CRC Press. 2018. https://doi.org/DOI: 10.1201/9780429029653.Kholiddinov I.Kh, Musinova Gulasalkhon, Yulchiev M.E., et al. Modeling of calculation of voltage unbalance factor using Simulink (Matlab) // The American Journal of Engineering And Techonology. 2020. V. 2. № 10. рp.33 – 37.Kholiddinov IKh, Musinova Gulasalkhon, Yulchiev ME., Tuychiev ZZ., Kholiddinova MM. Modeling of calculation of voltage unbalance factor using Simulink (Matlab). The American Journal of Engineering And Techonology. 2020;2(10);33-37. https://doi.org/10.37547/tajet/Volume02Issue10-07.Omar A., Abdulrahman A., Rashed G. Direct on line operation of three phase induction motor using MATLAB // Journal of Zankoy Sulaimani. 2019. V.21(2). Part A. рp.21 – 24.Omar A, Abdulrahman A, Rashed G. Direct on line operation of three phase induction motor using MATLAB. Journal of Zankoy Sulaimani. Part A. 2019; 21(2); 21-24. https://doi.org/10.17656/jzs.10754.21.21-34.Оморов Т.Т., Такырбашев Б.К., Осмонова Р.Ч. К проблеме математического моделирования трёхфазной несимметричной распределительной сети // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2020. Т. 22. № 1. С. 93 – 102.Omorov TT, Takyrbashev BK, Osmonova RCh. On the problem of mathematical modeling of a three-phase asymmetric distribution network. Izvestiya vysshikh educational institutions. Energy problems. 2020;22(1); 93-102. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2020-22-1-93-102.Общепромышленные асинхронные электродвигатели Электронный ресурс. http://electronpo.ru/dvigatel_air160s.General industrial asynchronous electric motors (Electronic resource). http://electronpo.ru/dvigatel_air160s.Дед А.В. К проблеме современного состояния уровней показателей несимметрии напряжений и токов в сетях 0,4 кВ // Омский научный вестник. Омск: Изд-во ОмГТУ. 2017. № 2 (152). С. 63-65.Ded AV. On the problem of the current state of the levels of voltage and current asymmetry indicators in 0.4 kV networks. Omsk scientific bulletin. Omsk: Publishing house OmGTU. 2017;2(152);63-65.Prakash C., Saini R. IoT-based monitoring and controlling of crop field and induction motor protection from voltage fluctuation // Agricultural Journal. 2020. Vol.15(4). рp.49 – 56.Prakash C, Saini R. IoT-based monitoring and controlling of crop field and induction motor protection from voltage fluctuation. Agricultural Journal. 2020;15(4); 49-56. https://doi.org/10.36478/aj.2020.49.56.Протокол №5. Претензионных испытаний электрической энергии по показателям качества. Филиал ОАО «МРСК Сибири» - «Читаэнерго». Испытательная лаборатория по качеству электрической энергии. 2015. 27 с.Protocol № 5. Claim tests of electric energy by quality indicators. The branch of JSC «DGC of Siberia» – «Chitaenergo». Testing laboratory for the quality of electrical energy. 2015; 27 p.Клюшникова Е.В., Шитова Е.М. Методические подходы к расчёту интегрального показателя, методы ранжирования // Научно-практический журнал «ИнноЦентр». Тверь: Изд-во Тверской ИнноЦентр. 2016. №1(10). С. 4 – 18.Klyushnikova EV, Shitova EM. Methodological approaches to calculating the integral indicator, ranking methods. Scientific and practical journal «Innocenter». Tver: Tver Innocenter Publishing House. 2016;1 (10);4-18.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.