Моделирование потерь энергии в асинхронном электродвигателе

Особые условия эксплуатации электродвигателей в агропромышленном комплексе приводят к их высокой аварийности. Внедрение частотных преобразователей приводит к необходимости анализа теплового состояния электрических машин в неноминальных и аварийных режимах работы и разработки адекватной компьютерной модели процесса функционирования электропривода в различных режимах работы. Созданная авторами тепловая компьютерная модель на основе расчетов всех потерь в электрической машине дает возможность проанализировать аэродинамику машины и температурные режимы. В результате реализации модели с помощью программного продукта Comsol установлены скорости и направления воздушных потоков в отдельных составляющих электродвигателя. Отмечено, что скорость воздушного потока резко изменяется: в начале воздушного канала она составляет 14 м/с, в конце – до 3 м/с. Интерфейс мультифизика программного продукта объединяет расчеты аэродинамики и тепловое исследование. Результаты теплового анализа показали, что при номинальном режиме работы максимальная температура корпуса составила 43°C, а температура лобовой части обмотки статора – 112°C. Исследования переходного процесса пуска электродвигателя показали неравномерность нагрева передней и задней частей обмотки статора, разница температур составила 3°C. Полученная тепловая компьютерная модель позволяет установить влияние потерь в машине, состояния окружающей среды, конструктивных элементов электродвигателя на температуру отдельных составляющих объекта исследований, а также оценить изменение эксплуатационных условий работы и регулирование скорости вращения ротора. Обнаружение более нагретой части машины дает возможность правильно установить датчики температуры устройств аварийной защиты.

1. Оськин С.В., Тарасенко Б.Ф. Надежность технических систем и экологический, экономический ущербы в сельском хозяйстве // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2014. № 101. С. 985-1004. EDN: SZVWXZ.

2. Жадан В.А., Санников Д.И. Методика расчета температуры ребристых обдуваемых корпусов электрических машин // Известия Томского политехнического института. 1968. Т. 190. С. 106-111. URL: bulletin_tpu-1968-v190-17_bw.pdf.

3. Жадан В.А., Санников Д.И. Несимметрия нагрева корпуса электрических машин с внешним обдувом // Известия Томского политехнического института. 1967. Т. 172. С. 104-111. URL: bulletin_tpu-1967-v172-19_bw.pdf.

4. Осташевский Н.А., Петренко А.Н. Исследование теплового состояния частотно-управляемого асинхронного двигателя при изменении нагрузки // Електротехнiка i електромеханiка. 2010. № 3. С. 25-29. EDN: RWNPQV.

5. Петренко А.Н. Экспериментальное исследование нагрева частотно-управляемого асинхронного двигателя при различных источниках питания // Електротехнiка i електромеханiка. 2010. № 5. С. 21-23. EDN: RWNQDD.

6. Петушков М.Ю. Тепловая модель асинхронного двигателя // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2011. № 4 (162). С. 48-50. EDN: OCQJEJ.

7. Klimenta D.O., HannukainenA. Novel approach to analytical modelling of steady-state heat transfer from the exterior of tefc induction motors. Thermal science. 2017;21(3):1529-1542. https://doi.org/10.2298/TSCI150629091K

8. Осташевский Н.А., Шайда В.П., Петренко А.Н. Исследование теплового состояния асинхронного частотно-управляемого двигателя с помощью метода конечных элементов // Електротехнiка i електромеханiка. 2011. № 5. С. 39-42. EDN: RWCNBJ.

9. Oskin S.V., MiroshnikovA.V. Defining acceptable motor reduction in variable-speed drives of agricultural machinery. International conference on industrial engineering, applications and manufacturing (ICIEAM). 2020;1-5. https://doi.org/10.1109/ICIEAM48468.2020.9111949

10. Oskin S.V., MiroshnikovA.V., Tsokur D.S. Investigation of the aerodynamic characteristics of electric motors when regulating their speed in the Comsol package. International Russian Automation Conference (RusAutoCon). 2021:585-590. https://doi.org/10.1109/RusAutoCon52004.2021.9537420