Разработка имитационной модели синхронного двигателя в составе электротехнических комплексов при проведении контроля технического состояния с применением лазерных технологий

АКТУАЛЬНОСТЬ. Обеспечение надежной и эффективной работы электрооборудования является критически важным для функционирования различных отраслей промышленности. В связи с этим, разработка методов и средств контроля технического состояния электротехнических комплексов приобретает особую актуальность. Использование лазерных технологий в данном контексте открывает новые возможности для неразрушающей диагностики и мониторинга состояния оборудования. Предлагаемая имитационная модель синхронного двигателя в составе электротехнических комплексов будет базироваться на современных программных платформах, позволяющих проводить многопараметрическое моделирование электромагнитных, тепловых и механических процессов, протекающих в электрооборудовании. Это обеспечит высокую степень соответствия виртуальной модели реальному объекту и, следовательно, достоверность результатов контроля.

ЦЕЛЬ. Цель исследования – разработать имитационную модель, которая позволит изменять параметры синхронного двигателя для имитации различных типов неисправностей и отклонений от нормального состояния, в частности для подшипниковой системы.

МЕТОДЫ. Для точного анализа динамического поведения подшипниковых узлов синхронного двигателя, входящего в электротехнический комплекс, применяется метод конечных элементов (МКЭ), позволяющий дискретизировать сложную геометрию двигателя и учитывать неоднородность материалов. В данной работе используются коммерческие пакеты программного обеспечения COMSOL Multiphysics, обладающие широкими возможностями для моделирования твердотельной механики и динамики.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Создание имитационной модели позволяет воссоздать поведение подшипника в различных условиях эксплуатации, а также исследовать его реакцию на наличие дефектов. Это дает возможность выявить закономерности, описывающие связь между параметрами вибрации, акустическими сигналами и характером повреждений. В данном исследовании при повреждении внутреннего кольца, которое задано как небольшой дефект (глубина 1 мм) в геометрической модели, во всех 8 экспериментах произошло изменение частоты колебаний, а среднее значение получено на уровне 133,84 Гц. При повреждении наружного кольца, которое задано как небольшой скос (1 мм глубиной) в геометрической модели, во всех 8 экспериментах произошло изменение частоты колебаний, а среднее значение получено на уровне 106,16 Гц. При повреждении тел качения, которое задано как небольшой дефект (глубина 0,2 мм) одного шарика в геометрической модели, во всех 8 экспериментах произошло изменение частоты колебаний, а среднее значение получено на уровне 3,7908 Гц.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Результаты проведенных исследований показывают, что наибольшее влияние на возникновение колебаний в подшипнике оказывает состояние его кольцевых элементов (наружного и внутреннего). Изменение конфигурации поверхностного слоя наружных и внутренних колец, такое как образование минимальных углублений (например, глубиной 1 мм), вызывает резкое возрастание виброактивности. Экспериментально подтверждено, что диагностирование и моделирование процессов износа и повреждений подшипников должно учитывать особое внимание состоянию кольцевых элементов, поскольку их деградация оказывает решающее влияние на общую работоспособность механизма. Создание точной имитационной модели, способной анализировать степень изношенности колец и тел качения, позволит повысить эффективность диагностики неисправностей и своевременно выявлять потенциальные проблемы, влияющие на надежность и долговечность подшипниковых узлов синхронных электродвигателей.

1. Редников С. Н. и др. Диагностика электротехнических компонентов гидротехнического оборудования: эффективность комплексного подхода //Агроинженерия. – 2024. – Т. 24. – №. 2. – С. 71-77.

2. Скворцов О. Б., Сташенко В. И. ДИНАМИЧЕСКИЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ НА ПРОВОДЯЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ, СВЯЗАННЫЕ С ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ //ББК 22.9 М 39 Редакционная коллегия: д-р физ.-мат. наук, профессор ВЕ Громов, д-р. техн. наук, доцент ДВ Загуляев. – 2023. – Т. 13. – С. 91.

3. Губарев В. А. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ВИБРАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ //ИННОВАЦИОННЫЙ ПУТЬ РАЗВИТИЯ КАК ОТВЕТ НА ВЫЗОВЫ НОВОГО ВРЕМЕНИ. – 2021. – С. 23-26.

4. Басенко, В. Р. Создание компьютерной модели синхронного двигателя для реализации проекта "Создание серии электродвигателей с модернизированным ротором для электротранспорта малой мощности" / В. Р. Басенко, Т. И. Петров, А. Р. Ибрагимова // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2024. – Т. 26, № 2. – С. 4654. – DOI 10.30724/1998-9903-2024-26-2-46-54. – EDN NHHZGX.

5. Анализ технического уровня разработок в области мобильных зарядных установок для электротранспорта / А. Р. Сафин, В. Р. Басенко, М. Ф. Низамиев [и др.] // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2023. – Т. 25, № 3. – С. 5564. – DOI 10.30724/1998-9903-2023-25-3-55-64. – EDN BJTZLX.

6. Li J. Y., Zhu S. Self-powered active vibration control: concept, modeling, and testing //Engineering. – 2022. – Т. 11. – С. 126-137.

7. Пивень И. С. ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ И ДИАГНОСТИКА ДЕФЕКТОВ ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ: АНАЛИЗ НЕИСПРАВНОСТЕЙ И МЕТОДЫ ВИБРАЦИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ //Вестник науки. – 2025. – Т. 4. – №. 1 (82). – С. 1215-1223.

8. Crocker M. J., Arenas J. P. Engineering acoustics: noise and vibration control. – John Wiley & Sons, 2021.

9. Zhao Q. et al. Vibration control of a rotor system by shear thickening fluid dampers //Journal of Sound and Vibration. – 2021. – Т. 494. – С. 115883.

10. Jin X. et al. Robust vibration control for active suspension system of in-wheel-motor-driven electric vehicle via μ-synthesis methodology //Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control. – 2022. – Т. 144. – №. 5. – С. 051007.

11. Моделирование работы оборудования мобильной зарядной установки для заряда электротранспорта с целью подтверждения соответствия группам климатического и механического исполнения / Т. И. Петров, А. Р. Сафин, Е. И. Грачева [и др.] // Вестник МГТУ. Труды Мурманского государственного технического университета. – 2022. – Т. 25, № 4. – С. 365-377. – DOI 10.21443/1560-9278-2022-25-4-365-377. – EDN JILKEG.

12. Laser Control and Measuring Complex for Non-contact Vibration Control of the Power Transformer Technical Condition / V. Basenko, O. Vladimirov, I. Ivshin [et al.] // Lecture Notes in Civil Engineering. – 2022. – Vol. 190. – P. 157-167. – DOI 10.1007/978-3030-86047-9_17. – EDN EIGGGZ.

13. 3D модель силового трансформатора для исследования его технического состояния по вибрационным параметрам / В. Р. Басенко, М. Ф. Низамиев, И. В. Ившин, О. В. Владимиров // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2022. – Т. 24, № 3. – С. 130-143. – DOI 10.30724/1998-9903-2022-24-3-130-143. – EDN TTLTLL.

14. Wen B. et al. Vibration utilization engineering. – Cham : Springer, 2022. – С. 57.