Исследование радиальных сил асинхронных электродвигателей при несимметрии тока в фазах
Ключевые слова:
несимметрия тока, асинхронный двигатель, радиальные силы, воздушный зазор, вибрация, обрыв фазыАннотация
В статье рассмотрены результаты исследования поведения радиальных сил в воздушном зазоре асинхронного электродвигателя в нормальном режиме работы и при возникновении несимметрии фаз питающего тока и ее дальнейшем развитии вплоть до обрыва фазы. При эксплуатации в условиях производства подводимая к асинхронному электроприводу трехфазная электрическая сеть не всегда бывает симметрична. Причиной этого могут быть как особенности электрической цепи (подключение однофазных потребителей энергии), так и неисправности монтажа или преобразующего оборудования, а часто и все факторы в комплексе. Для того чтобы прогнозировать поведение как самого асинхронного электродвигателя, так и смежных с ним систем, предотвратить аварийный выход асинхронного электродвигателя из строя, необходимо провести полное и достоверное исследование процессов, происходящих в приводе при несимметрии тока в фазах. В работе построена уточненная математическая модель формирования радиальных сил в воздушном зазоре электродвигателя, по которой произведены расчеты и дана оценка изменения амплитуды и распределения радиальных сил при различных уровнях несимметрии питающего тока в фазах статора. По результатам расчетов построены трехмерные графики распределения радиальных сил в воздушном зазоре и определен характер радиальных колебаний. Проведено конечно-элементное моделирование воздействия радиальных сил на статор. По его результатам определены характер и величина деформации статора при действии радиальных сил. Представленные в рамках статьи результаты исследований позволяют судить о колебательных и тепловых процессах, протекающих в машине под действием радиальных сил при наличии несимметрии фаз питающего тока. В лабораторных условиях произведены измерения вибрации и тепловой картины при работе электродвигателя при наличии несимметрии питающего тока в фазах статора, которые подтверждают данные, полученные в результате теоретических исследований.
Библиографические ссылки
Шубов И.Г. Шум и вибрация электрических машин. Л. : Энергоатомиздат, 1986. 208 с.
Бельский И.О., Лукьянов А.В. Математическое, численное и натурное моделирование параметров магнитного поля при несимметрии тока в фазах асинхронных электродвигателей // Системы. Методы. Технологии. 2018. № 2 (38). С. 44–55.
Nandi S., Toliyat A., Li X. Condition Monitoring and Fault Diagnosis of Electrical Motors – A Review // EEE trans-actions on energy conversion. 2005. Vol. 20, № 4. Рp. 32–37.
Лукьянов А.В., Мухачев Ю.С., Бельский И.О. Исследование комплекса параметров вибрации и внешнего маг-нитного поля в задачах диагностики асинхронных электродвигателей // Системы. Методы. Технологии. 2014. № 2 (22). С. 61–69.
Kelvin С. Maliti Modelling and analysis of magnetic noise in squirrel-cage induction motors: Doctoral Dissertation // Royal Institute of Technology. Stockholm, 2000. 209 p.
Бельский И.О., Куприянов И.С., Лукьянов А.В. Исследование угловой скорости и магнитного поля при дефек-тах асинхронных электродвигателей // Системы. Методы. Технологии. 2018. № 4 (40). С. 62–69.
Вольдек А.И. Электрические машины. Л. : Энергия, 1978. 832 с.
Асинхронные двигатели серии 4А / А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин и др. М. : Энергоатомиздат, 1982. 504 с.
Кетков Ю.Л. Кетков А.Ю., Шульц М.М. MATLAB 7 – программирование, численные методы. СПб. : БХВ-Петербург, 2005. 752 с.
On the use of slot harmonics as a potential indicator of rotor bar breakage in the induction machine / A. Khezzar,
M.Y. Kaikaa, M. Boucherma et al. // IEEE Trans. Ind. Electron. 2009. Vol. 56, № 11. Р. 4592–4605.
Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы электрических системах. М. : Энергия, 1970. 520 с.
Петухов В.С., Соколов В.А. Диагностика состояния электродвигателей. Метод спектрального анализа потреб-ляемого тока // Новости электротехники. 2005. № 1 (31). С. 50–52.
Benbouzid М. Bibliography on induction motors faults detection and diagnosis // IEEE Trans. EnergyConvers. 1999. Vol. 14, № 4. Pp. 1065–1074.
Русов В.А. Спектральная вибродиагностика. Пермь : Вибро-Центр, 1996. 176 с.
Сафарбаков А.М., Лукьянов А.В., Пахомов С.В. Основы технической диагностики деталей и оборудования. Иркутск : Изд-во ИрГУПС, 2007. 128 с.
Simulation and fault detection of three-phase induction motors / B. Liang, B. Payne, A. Ball et al // Mathematics and Computers in Simulation. 2002. № 61. Pp. 1–15.
Xin G. Simulation of Vibrations in Electrical Machines for Hybrid-electric Vehicles : master’s Thesis. Göteborg : Chalmers University of Technology, 2014. 68 p.
Martinez J., Belahcen A., Arkkio A. A 2D FEM model for transient and fault analysis of Induction machines. Prze-glad Elektrotechniczny. 2012. Vol. 88 (7B). Pp. 157–160.
Неразрушающий контроль и диагностика / под ред. В.В.Клюева. М. : Машиностроение, 2005. 656 с.
Гирник А.С., Рапопорт О.Л. Математическое моделирование работы трёхфазных вспомогательных электриче-ских машин на электровозе 2ЭС5К в условиях асимметричного питания // Изв. Томск. политехн. ун-та. 2009. Т. 314. № 4. С. 69–73.
