ОСОБЕННОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ РЕЖИМА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

D. S. Yarymbash, M. I. Kotsur, S. T. Yarymbash, I. M. Kotsur

Аннотация


Цель. Разработка новой методики определения параметров асинхронного двигателя посредством реализации трехмерной математической модели нестационарных электрических и магнитных полей, обеспечивающей высокую точность и достоверность результатов при учете особенностей конструкции асинхронных двигателей, нелинейности электрофизических и магнитных свойств активных и конструкционных материалов.

Методика. Численное моделирование сопряженных пространственных нестационарных электрических и магнитных полей асинхронного двигателя в режиме короткого замыкания методами теории электромагнитных полей, конечных элементов, теории электрических машин и электрических цепей.

Результаты. Представлены теоретические исследования и данные моделирования на основе численной реализации методом конечных элементов трехмерной нестационарной математической модели электромагнитных полей в асинхронном двигателе, отображающей особенности процессов преобразования энергии переменного тока в режиме опытного короткого замыкания. Исследованиями установлено, что в асинхронных двигателях малой мощности энергия магнитного поля локализуется в основном в областях сердечников и пазов статора и ротора. Но при этом в зоне лобовых частей обмоток статора выделяется до 15% от энергии магнитного поля асинхронного двигателя. В центральных зонах, протяженность которых достигает 60% длины сердечников статора и ротора, магнитное поле имеет плоскопараллельный характер, а в зонах торцов сердечников и лобовых частей обмоток статора существенно трансформируется. Установлено влияние характерных особенностей распределения магнитного поля, его энергии на параметры короткого замыкания асинхронного двигателя малой мощности и режимы его работы. Соотношения между индуктивными сопротивлениями лобовых частей обмоток статора и пазовых частей статора и ротора для исследуемого асинхронного двигателя для режима опытного короткого замыкания составили соответственно 14,7% и 85,3%.

Научная новизна. Установлены закономерности пространственного распределения индукции и энергии магнитного поля в режиме опытного короткого замыкания, определены количественные соотношения между индуктивными сопротивлениями при локализации энергии магнитного поля в области лобовых частей обмоток статора и в областях сердечников и пазов статора и ротора асинхронных двигателей малой мощности.

Практическая значимость. Посредством реализации динамической пространственной модели электромагнитных полей методом конечных элементов и данных численного моделирования динамического режима опытного короткого замыкания асинхронного двигателя определены параметры его схемы замещения с учетом конструктивных особенностей статора и ротора, нелинейности свойств активных материалов в многокомпонентной области моделирования. Обосновано, что новый подход к определению параметров схемы замещения асинхронных двигателей на основе данных полевого моделирования обеспечивает существенное повышение точности по сравнению с общеизвестными итерационно-эмпирическими методами.

Ключевые слова


трехмерное моделирование; асинхронный двигатель; короткое замыкание; электромагнитные поля; метод конечных элементов; аппроксимирующие функции; энергия магнитного поля

Полный текст:

PDF

Литература


Kopulov, I. P. (2001). Matematicheskoe modelirovanie electricheskih mashin [Mathematical modeling of electrical machines], M. Vysshaya shkola, 327.

Кopulov I. P., Klokov V. К., Morozkin V. P. (2005). Proektirovanie elektricheskih mashin [Design of electrical machines]. M. Vysshaya shkola, 767.

Kotsur, M. (2013). The thermal state of the ad motor at the reduce rotor speed. Eastern-European Journal Of Enterprise Technologies, 2(8(62)), 8-10. doi:http://dx.doi.org/10.15587/1729-4061.2013.12421

Kotsur, M. (2014). Features of the of thermal effect impact on the asynchronous motor with the modified pulse control system in conditions of frequent starts. Electrical Engineering And Power Engineering, 1, 32-36. doi:http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2014-1-5

Kotsur, M. (2015). Increase effectiveness of reversible braking mode realization of the wound-rotor induction motor. Eastern-European Journal Of Enterprise Technologies, 1(8(73)), 27-30. doi:http://dx.doi.org/10.15587/1729-4061.2015.36670

Kotsur, M. (2016). Synchronization methods of the induction motors rotation in energy-efficient electric drive system. Fundamental and Applied Studies in the Modern World: papers and commentaries. The University of Oxford. Oxford, XV, 384-389.

Moshhinskij Ju. A, Bespalov, V.Ja., Kirjakin, A. A. (1998). Opredelenie parametrov shemy zameshhenija asinhronnoj mashiny po katalozhnym dannym. Еlektrichestvo, 4(98), 38-42.

Makeev, M. S., Kuvshinov, A.A.(2013). Algoritm rascheta parametrov shemy zameshhenija asinhronnogo dvigatelja po katalozhnym dannym. Vektor nauki TGU, 1(23), 108-112.

Yarymbash D.S., Oleinikov A.M. (2015). On specific features of modeling electromagnetic field in the connection area of side busbar packages to graphitization furnace current leads. Russian Electrical Engineering, 2(86), 86 – 92. DOI: http://dx.doi.org/10.3103/S1068371215020121.

Yarymbash, D., Yarymbash, S., Divchuk, T., & Kylymnik, I. (2016). Determination features of the power transformer short circuit parameters through field modeling. Electrical Engineering And Power Engineering, 1, 12-17. doi:http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2016-1-2

Yarymbash, D.S. (2015). Issledovanie elektromagnitnyh i termojelektricheskih processov v pechah grafitacii peremennogo i postojannogo toka. Naukovij vіsnik NGU, 3, 95–102.

Yarymbash, D., Kotsur, M., Yarymbash, S., & Kotsur, I. (2016). Features of three-dimensional simulation of the electromagnetic fields of the asynchronous motors. Electrical Engineering And Power Engineering, 2, 43-50. doi:http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2016-2-5

Persova, М.G., Soloveychik, Yu.G., Temlyakova, Z.S. (2007). O novom podhode k proektirovaniyu elektricheskih mashin na osnove chislennogo modelirovaniya [A new approach to the design of electrical machines based on numerical simulation]. Elektrotehnika, 9, 15 – 21.

Vaskovskiy, Yu.V., Geraskin, A.A. (2012). Matematicheskoe modelirovanie elektromagnitnyih poley v korotkozamknutom asinhronnom dvigatele s povrezhdennoy obmotkoy rotora [Mathematical modeling of electromagnetic fields in the squirrel cage induction motor with damaged rotor winding]. Tehnicheskaya elektrodinamika, 2, 56 – 61.

Zamchalkin, A.S., Tyukov, V.A. (2012). Chislennoe modelirovanie protsessa puska asinhronnogo dvigatelya [Numerical simulation of the process of starting an induction motor]. Dokladyi TUSURa, 1(25), 171 – 177.

Milykh, V., & Polyakova, N. (2013). Analysis of harmonic composition of the alternating magnetic field associated with the rotating rotor of turbogenerator in the no-load and short-circuits modes. Electrical Engineering And Power Engineering, 2, 5-13. doi:http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2013-2-1

Plyugin, V. E. (2013). Chislennoe modelirovanie elektromagnitnogo polya asinhronnogo dvigatelya s vneshnim massivnyim rotorom [Numerical simulation of the electromagnetic field of the induction motor with the external massive rotor]. Vestnik NTU "HPI", 51(1024), 66 – 75.

Mogilnikov B. C., Oleynikov A. M., Strelnikov A. N. (1983). Asinhronnyie dvigateli s dvuhsloynyim rotorom i ih primenenie[Induction motors with two-layer rotor and their application]. M., Energoatomizdat, 120.


Пристатейная библиография ГОСТ


1. Копылов, И. П. Математическое моделирование электрических машин [Текст]/ И. П. Копылов. – М.: Высшая школа, 2001. – 327 с.

2. Проектирование электрических машин [Текст] / И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин и др. – М.: Высшая школа, 2005. – 767 с.

3. Коцур М.И. Тепловое состояние асинхронного двигателя при пониженных скоростях вращения [Текст] / М.И. Коцур, // Восточно-Европейский журнал передовых технологий –2013. – №2/8(62). – С. 8-10.

4. Коцур М. И. Особенности ударного теплового воздействия на асинхронный двигатель с модифицированной системой импульсного регулирования в условиях частых пусков [Текст] / М. И. Коцур // Електротехніка та електроенергетика. – 2014 – №1 – С. 32 – 36. DOI:http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2014-1-5.

5. Коцур М. И. Повышение эффективности режима торможения противовключением асинхронного двигателя c фазным ротором [Текст] / М. И. Коцур, И. М. Коцур, А. В. Близняков // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. –2015. – №1/8(73). – С.27-30. DOI: http://dx.doi.org/10.15587/1729-4061.2015.36670

6. Kotsur, M. Synchronization methods of the induction motors rotation in energy-efficient electric drive system [Text] / M. Kotsur // Fundamental and Applied Studies in the Modern World: papers and commentaries/ The University of Oxford. – Oxford, 2016. – Volume XV. –P. 384-389.

7. Мощинский Ю. А. Определение параметров схемы замещения асинхронной машины по каталожным данным [Текст] / Ю.А. Мощинский, В.Я. Беспалов, А. А. Кирякин // Электричество - 1998. - №4/98. - С. 38-42

8. Макеев М. С. Алгоритм расчета параметров схемы замещения асинхронного двигателя по каталожным данным [Текст] / М.С. Макеев, А.А. Кувшинов // Вектор науки ТГУ. – 2013. – № 1 (23). – С. 108-112.

9. Yarymbash D.S., Oleinikov A.M. On specific features of modeling electromagnetic field in the connection area of side busbar packages to graphitization furnace current leads. Russian Electrical Engineering, 2015, Volume 86, Issue 2, pp. 86 – 92. DOI:http://dx.doi.org/10.3103/S1068371215020121.

10. Яримбаш Д.С. Особливості визначення параметрів короткого замикання силових трансформаторів засобами польового моделювання [Текст] / Д.С. Яримбаш, С.Т. Яримбаш, Т. Є. Дівчук, І.М. Килимник // Електротехнікатаелектроенергетика – 2016. - №1 – С. 12 – 17. DOI:http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2016-1-2.

11. Ярымбаш Д.С. Исследование электромагнитных и термоэлектрических процессов в печах графитации переменного и постоянного тока / Д.С. Ярымбаш, // Науковий вісник НГУ – 2015. – №3. – С.95–102.

12. Д. С. Яримбаш Особенности трехмерного моделирования электромагнитных полей асинхронного двигателя [Текст] / Д. С. Яримбаш, М. И. Коцур, С. Т. Яримбаш, И. М. Коцур// Електротехніка та електроенергетика – 2016. – №2 – С. 43 – 50. DOI: http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2016-2-5.

13. Персова, М. Г. О новом подходе к проектированию электрических машин на основе численного моделирования [Текст] / М.Г. Персова, Ю.Г. Соловейчик, З.С. Темлякова и др. // Электротехника. – 2007. - № 9. – С. 15 -21.

14. Васьковский, Ю. В. Математическое моделирование электромагнитных полей в короткозамкнутом асинхронном двигателе с поврежденной обмоткой ротора [Текст] / Ю. В. Васьковский, А. А. Гераскин // Техническая электродинамика. – 2010 – № 2. – С. 56 – 61.

15. Замчалкин, А.С. Численное моделирование процесса пуска асинхронного двигателя [Текст] / А.С. Замчалкин, В. А. Тюков // Доклады ТУСУРа. – 2012. – № 1 (25). – С. 171 – 177.

16. Милых, В. И. Анализ гармонического состава переменного магнитного поля, связанного с вращающимся ротором турбогенератора, в режиме холостого хода и короткого замыкания [Текст] / В. И. Милых, Н. В. Полякова // Электротехника и электроэнергетика. – 2013. – №2. – С. 5 – 12.

17. Плюгин, В. Е. Численное моделирование электромагнитного поля асинхронного двигателя с внешним массивным ротором [Текст] / В.Е. Плюгин // Вестник НТУ «ХПИ». – 2013. – № 51 (1024) – С. 66 – 75.

18. Могильников B.C. Асинхронные двигатели с двухслойным ротором и их применение [Текст] / B.C. Могильников, A.M. Олейников, А. Н. Стрельников. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 120 с.





DOI: https://doi.org/10.15588/1607-6761-2017-1-4

Метрики статей

Загрузка метрик ...

Metrics powered by PLOS ALM

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Copyright (c) 2017 D. S. Yarymbash, M. I. Kotsur, S. T. Yarymbash, I. M. Kotsur

Creative Commons License
Эта работа лицензирована Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Адрес редакции журнала:
Редакция журнала «E&E», Запорожский национальный технический университет, 
ул. Жуковского, 64, г. Запорожье, 69063, Украина. 
Телефон: 0 (61) 769-82-96 – редакционно-издательский отдел
E-mail: rvv@zntu.edu.ua