По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 621.313

Диагностические математические модели вентильных двигателей с ориентацией на обнаружение витковых коротких замыканий обмотки статора

Афанасьев А. А. д-р техн. наук, профессор кафедры автоматики и управления в технических системах, Чувашский государственный университет, г. Чебоксары, e-mail: afan39@mail.ru
Демьянов Е. А. студент, Чувашский государственный университет, г. Чебоксары, e-mail: jeniademyana@yandex.ru

В настоящее время вентильные двигатели успешно применяются в различных отраслях промышленности в основном для маломощных приводов систем автоматики, робототехники, электроэнергетических систем автономных объектов, электрооборудования транспортных средств, аудио- и видеотехники. Разработка математической модели электродвигателя, имеющего межвитковые замыкания, имеет важное диагностическое значение. В статье рассматриваются дифференциальные уравнения вентильного двигателя с постоянными магнитами, у которого в одной из параллельных ветвей обмотки статора произошло замыкание одного или нескольких витков. Из-за возникшей асимметрии фазных величин в качестве напряжения на зажимах обмотки статора принимаются симметричные линейные напряжения. Показано, что витковые замыкания вызывают несинусоидальный и несимметричный характер фазных токов и напряжений при номинальном нагрузочном моменте на валу, причем вначале наблюдается рост частоты и кратностей токов в фазах с увеличением числа замкнутых витков, в дальнейшем фазные токи уменьшаются (при продолжающемся росте тока замкнутого контура) и происходит «опрокидывание» ротора.

Литература:

1. Гольдберг О.Д. Испытания электрических машин. – М.: Высш. шк., 1990. – 255 с.

2. Жуков В.П., Нестерин В.А. Высокомоментные вентильные электродвигатели серии 5ДВМ // Электротехника. – 2000. – № 6. – С. 19–21.

3. Поздеев А.Д., Афанасьев А.А., Королёв Э.Г., Макаров В.А., Нестерин В.А. и др. Синхронный двигатель с постоянными магнитами для электропривода металлообрабатывающих станков // Электротехника. – 1983. – № 10. – С. 33–38.

4. Афанасьев А.А. Аналитические и численные методы решения задач электромеханики на основе комплексного магнитного потенциала. – Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2017. – 430 с.

В условиях изготовления и эксплуатации, при заводских испытаниях вентильных двигателей с постоянными магнитами возможны короткие замыкания элементов обмотки статора, вызванные механическими или термическими разрушениями их изоляции. Например, у асинхронных низковольтных двигателей отказы из-за межвитковых замыканий достигают 90% от общего количества отказов [1]. Статорные обмотки рассматриваемых вентильных двигателей [2] (с мощностями до нескольких сотен киловатт) и асинхронных двигателей не имеют принципиальных отличий, поэтому вероятность витковых замыканий в них также достаточно велика.

Разработка математической модели электродвигателя, имеющего названную аномалию обмотки, имеет важное диагностическое значение. Такая модель позволяет указать характерные признаки этой неисправности.

Будем для примера рассматривать обмотки статора вентильных двигателей 6ДВМ 300, которые являются 4-полюсными и имеют также по четыре параллельных ветви (рис. 1).

Короткозамкнутый контур охватывает один или несколько витков и принадлежит одной из параллельных ветвей.

При соединении обмотки в звезду наличие несимметрии в ее фазах вызовет, очевидно, смещение потенциала нейтрали, поэтому будем считать заданными линейные симметричные напряжения (uAB, uBC, uCA) на входных зажимах статорной обмотки.

Источником питания вентильного двигателя является статический преобразователь частоты со звеном постоянного тока, ключи инверторного моста которого управляются сигналами резольвера (датчика положения ротора). Использование также ШИМ-технологии с высокой несущей частотой модуляции и цепей фильтрации позволяет иметь у двигателя ток и напряжение синусоидальными.

В соответствии с рис. 1 и следующим из него равенством для фазных токов

для фазных напряжений справедливы выражения

где IM = HcBhM, здесь HcB, hM – соответственно коэрцитивная сила и высота постоянного магнита;

Для Цитирования:
Афанасьев А. А., Демьянов Е. А., Диагностические математические модели вентильных двигателей с ориентацией на обнаружение витковых коротких замыканий обмотки статора. Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. 2021;8.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: