Анализ воздействующих факторов, влияющих на эксплуатационную надёжность низковольтных асинхронных электродвигателей

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.

1. Гольдберг О.Д. Надёжность электрических машин. М.: Издательский центр «Академия». 2010. 288 с.

2. Кузнецов Н.Л. Надёжность электрических машин. М.: Издательский дом МЭИ. 2006. 432 с.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. Макаров В. Г. Идентификация параметров трёхфазного асинхронного двигателя // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2010. № 3-4. С. 88-101.

15. Воронин В.А. Анализ факторов, влияющих на помехоустойчивость асинхронных двигателей // Вестник КузГТУ. Кемерово: Изд-во КузГТУ. 2016. №5. С.67-73.

16. 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.

17. 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.

18. Пинчук О.Г. Оценка теплового состояния асинхронных двигателей в повторно- кратковременных режимах при несимметрии напряжения сети // Вестник СевДТУ. 2008. № 88. С. 97-103.

19. 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.

20. 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.

21. Герман-Галкин С., Кардонов Г. Электрические машины: лабораторные работы на ПК. СПб.: Корона-принт. 2003. 256 с.

22. 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.

23. Boufadene M. Modeling and control of AC machine using MATLAB®/SIMULINK. Boca Raton: CRC Press. 2018. https://doi.org/10.1201/9780429029653.

24. 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.

25. 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.

26. 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.

27. Общепромышленные асинхронные электродвигатели Электронный ресурс. http://electronpo.ru/dvigatel_air160s.

28. 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.

29. 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.

30. Протокол №5. Претензионных испытаний электрической энергии по показателям качества. Филиал ОАО «МРСК Сибири» - «Читаэнерго». Испытательная лаборатория по качеству электрической энергии. 2015. 27 с.

31. 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.