Анализ степени влияния несимметрии питающего напряжения на эксплуатационную надёжность низковольтных асинхронных электродвигателей

ЦЕЛЬ. Актуальность исследования заключается в комплексном обосновании вопросов, направленных на обеспечение эффективного функционирования электротехнического комплекса с наличием электродвигательной нагрузки в условиях некачественного питающего напряжения. Целью работы является исследование влияния несимметрии питающего напряжения на срок службы асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Основное внимание уделено динамике изменения срока службы низковольтных асинхронных электродвигателей различных серий в зависимости от уровня несимметрии напряжений. В качестве объекта исследования выделены асинхронные электродвигатели классической серии (4А, АИ) и модернизированной (5А, АИ’). Как известно, эффективное и надёжное функционирование электродвигателей характеризуется сроком службы изоляции обмоток. Количественная оценка эксплуатационной надёжности АД определяется точностью прогнозирования реального срока их службы. Именно поэтому, становится очевидным, задача адекватной оценки эксплуатационной надёжности низковольтных асинхронных электродвигателей, работающих в условиях некачественного питающего напряжения, напрямую зависит от комплекса исследований такого внешнего воздействующего фактора, как несимметрия питающего напряжения. МЕТОДЫ. Достижение задач исследования осуществлено с использованием пакета программ «SimPowerSystems» интерактивной среды программирования Matlab/Simulink. РЕЗУЛЬТАТЫ. Исследования выполнены на асинхронных электродвигателях с короткозамкнутым ротором: классической серии (4A132S4, АИР160S8), модернизированной серии (5А132М6, АИР132S4) с Р_н = 7,5 кВт, номинальной частотой вращения n = 1500 об/мин. Моделирование физических процессов исследуемых электродвигателей производилось путём изменения коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности (K_2U) от 0 до 5% с шагом в 1%. На основании полученных результатов моделирования построены диаграммы изменения срока службы АД от величины воздействующего фактора. Исследования, выполненные с применением компьютерного моделирования на основе пакета программ «SimPowerSystems» системы Matlab/Simulink, позволили спрогнозировать изменения срока службы АД, оценить границы допустимых значений коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности, сравнить исследуемые электродвигатели по уровню устойчивости к внешнему воздействующему фактору. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Комплексное решение вопросов, связанных с повышением эксплуатационной надёжности низковольтных асинхронных электродвигателей, является одним из приоритетных направлений, главным образом, направленных на обеспечение эффективного функционирования электротехнического комплекса с электродвигательной нагрузкой. В процессе исследования выполнена детальная оценка и анализ степени влияния несимметрии питающего напряжения на эксплуатационную надёжность низковольтных асинхронных электродвигателей. Проведено обсуждение полученных результатов исследования, сформулированы рекомендации по применению асинхронных электродвигателей в условиях наличия несимметрии питающего напряжения.

1. Кравчик А.Э., Крутиков О.В., Лазарев М.В., и др. Перспективы разработки и производства стандартных асинхронных электродвигателей на предприятиях группы компаний «ВЭМЗ» // Электротехника. 2005. № 5. С. 3-8.

2. Полевой В.Е., Ежова М.С. Влияние эксплуатационных факторов на показатели надёжности асинхронных двигателей // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2013. Вып. 9. Ч.1. С. 143 – 147.

3. Prasad K. K., Myneni H., Kumar G. S. Power Quality Improvement and PV Power Injection by DSTATCOM With Variable DC Link Voltage Control from RSC-MLC // IEEE Transactions on Sustainable Energy. 2019. V. 10. № 2. pp. 876-885.

4. Ratering-Schnitzler B., Harke R., Schroeder M, et al. Voltage quality and reliability from electrical energy-storage systems // Journal of Power Sources. 1997. V. 67. № 1-2. pр. 173-177.

5. 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.

6. Palácios R.S., 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. 1693-16946.

7. Рубцова Е. И., Афанасьев М. А., Урядов Н. В. Динамика старения изоляции электрических машин // Сборник статей XIII Международного научно-практического конкурса. Пенза: Изд-во МЦНС «Наука и Просвещение». 2018. С. 55-58.

8. Стрижиченко А. В., Пахомова А. А. Оценка влияния качества электроэнергии на сокращение срока службы электродвигателей собственных нужд тепловых электростанций // Аллея науки. 2020. Т. 2. № 6(45). С. 46-49.

9. 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. pр. 33-37.

10. Технические характеристики асинхронных электродвигателей серии. Номинальная частота вращения 1500 об/мин [Электронный ресурс]. URL: http://www.elektrikii.ru/publ/6-1-0-55. Ссылка активна на 27 мая 2022.

11. Popa G., Dinis C. Complex Electronic Protection for Low-voltage Three-phase Induction Motors. // WSEAS Transactions on Electronics. 2020. V. 11. pр. 11-17.

12. 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.

13. Церазов А. Л. Исследование влияния несимметрии и несинусоидальности напряжения на работу трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором: Автореферат дис. на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва. 1963. 27 с.

14. Koeva D.Y., Rachev S.R., Dimitrov L. D. Analysis of the power transformer operation supplying a combined non-linear load in the public sector – part ii: influence of the current harmonics // Industry 4.0. 2020. Vol.5. Issue.1. pр. 37-40.

15. Zhao K., Cheng L., Zhang C., et al. Induction motors lifetime expectancy analysis subject to regular voltage fluctuations // IEEE Electrical Power and Energy Conference. 2017. V. 1. № 6. pp. 1-6.