По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 629.423.31

Сравнительный анализ численных методов оценки теплового состояния тягового асинхронного двигателя

Иксар Е. В. доцент кафедры электротехники, Ташкентский государственный транспортный университет, г. Ташкент, Узбекистан
Назирова З. Г. канд. техн. наук, доцент кафедры электроснабжения, Ташкентский государственный транспортный университет, г. Ташкент, Узбекистан
Жураева К. К. докторант кафедры электроснабжения, Ташкентский государственный транспортный университет, г. Ташкент, Узбекистан, e-mail: lade00@bk.ru

В статье приведены методы оценки расчета теплового состояния асинхронного привода двигателя электровоза с учетом переходных процессов. Представлены сравнительные характеристики основных методов расчета электромагнитных процессов и рабочих характеристик электродвигателей. Главные процессы в асинхронных двигателях осуществляются через магнитное поле, поэтому используются методы расчета, основанные на решениях уравнений Максвелла, что является наиболее перспективным путем исследования теплового состояния электрических машин.

Литература:

1. Радин В.И. Электрические машины. Асинхронные машины / В.И. Радин, А.Э. Брускин, А.Е. Зорохович. – М.: Высшая школа, 1988. – 324 с.

2. Осташевский Н.А. Математическая модель теплового состояния частотно-управляемого асинхронного двигателя в нестационарных режимах.

3. Бурханходжаев А.М., Бердиев У.Т., Каримов Р.Ч., Иксар Е.В. Программа минимума электрических потерь мощности в асинхронном тяговом двигателе магистральных локомотивов. Электропроивод, электротехнологии и электрооборудование предприятий // Сборник научных трудов V Международной научно-технической конференции. – 2020. – С. 45–48.

4. Бурханходжаев А.М., Иксар Е.В., Жураева К.К. Алгоритм снижения электрических потерь в тяговом асинхронном приводе // Международная научно-техническая конференция «Проблемы и перспективы инновационной техники и технологий в аграрном-пищевом секторе». – Ташкент, 2020.

5. Универсальный метод расчета электромагнитных процессов в электрических машинах / А.В. Иванов-Смоленский, Ю.В. Абрамкин, А.И. Власов, В.А. Кузнецов. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 216 с.

6. Ларин А.М., Ларина И.И., Гуедиди Фаузи. Упрощенная модель синхронной машины для расчета трехфазных коротких замыканий с учетом многоконтурности и несимметрии ротора // Научные труды ДонГТУ. Электротехника и энергетика. – Донецк, 1999. – С. 60–64.

7. Брынский Е.А. Определение частотных характеристик гидрогенератора СВ-1500/20088 // Теория, расчет и исследование высокоиспользованных электрических машин. – М.; Л.: Наука, 1965. – С. 85–94.

8. Важнов А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока. – Л.: Энергия, 1980. – 256 с.

9. Казовский Е.Я. Переходные процессы в электрических машинах переменного тока. – Л.: Энергия, 1962. – 624 с.

10. Казовский Е.Я., Рубисов Г.В. Переходные процессы в синхронных машинах при анормальных режимах в энергосистеме. – СПб.: Наука, 1994. – 172 с.

11. Казовский Е.Я., Рубисов Г.В. Внезапные несимметричные КЗ синхронной машины, включенной в мощную сеть // Исследование турбо- и гидрогенераторов большой мощности. – Л.: Наука, 1977. – С. 67–84.

12. Кононенко Е.В., Кононенко К.Е., Кружков В.Г. Анализ работы асинхронных двигателей при несимметрии первичного напряжения // Изв. вузов. Электромеханика. – 2000. – № 1. – С. 30–36.

13. Iksar E., Idriskhodjaeva M. An algoritm for controlling a tracsion asynchronous drive that minimizes electrical power losses E3S Web Conferences 216. 01107 (2020) RSES 2020.

14. Karimov R.Ch., Usmonov K.K., Iksar E. Program for calculating the minimum electrical power Ioss in an asynchronous traction engine of mainline lokomotives International Journal of Advanced Science and Technology. – 2020. – Vol. 29. – N 11s. – Рp. 1416–1422.

15. Дорохина Е.С. Косвенная оценка теплового состояния асинхронных тяговых электродвигателей / Е.С. Дорохина // IV Международная научно-техническая конференция «Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии, управляемые электромеханические системы» EECCES-2011, УрФУ. – Екатеринбург, 2011. – С. 52–55.

16. Иксар Е.В., Гуламов Х.М., Мухаммадиев У.В. Оценка тепловых параметров частотно-управляемых асинхронных тяговых электродвигателей при питании от несимметричных источников // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2022. – № 3 (213). – С. 7–11.

Асинхронный двигатель является наиболее распространенным и эффективным типом электрических двигателей. Число эксплуатируемых установок достигает до 270 млн ед. Выход из строя асинхронных двигателей составляет от 10 до 25% ед. в год, происходит это при превышении температурных режимов. Нужно также отметить, что в отдельных отраслях народного хозяйства реальный срок эксплуатации намного ниже нормативного. Температурный режим электрического двигателя во многом определяет состояние изоляции внутренних обмоток, а также другие активные составляющие асинхронного двигателя.

В данной статье представлено сравнение основных методов расчета электромагнитных процессов и рабочих характеристик электродвигателей. Первый метод основан на теории электрических и магнитных цепей, а второй на базе решения уравнений Максвелла в дифференциальной форме. Расчеты электромагнитных полей выполняются на базе математической модели. Одним из прогрессивных подходов к решению задач электромеханики является сочетание в одной модели уравнений магнитного поля и уравнений теории электрических цепей [15]. Теория поля позволяет с необходимой точностью определить параметры электрической машины, а на основании уравнений теории цепей можно рассчитать характеристики машины. Статор и ротор асинхронного двигателя могут быть представлены в виде взаимно-перемещающихся электрических полей, к анализу которых применимы методы расчета магнитных полей.

Поставленной задачей является оценка теплового состояния и тепловой расчет с учетом взаимодействия электромагнитных полей ротора и статора на базе решения уравнений Максвелла в дифференциальной форме. При исследовании асинхронных машин приняты допущения: материал магнитопровода не насыщен, потерь в стали нет, фазные обмотки симметричны и сдвинуты на угол 120 эл. град. Анализ теоретических методов исследования асинхронных машин производился на применении модели с сосредоточенными параметрами. В данную методику внесены уточнения [1], учитывающие особенности тяговых асинхронных двигателей. В расчетах применен метод конечных элементов с учетом диэлектрической и магнитной проницаемости на зубцовом делении ротора. Распределение составляющих напряженностей диэлектрического Ех и магнитных Hz полей на зубцовом делении для магнитной цепи записано как соотношение количественно определяющее магнитные параметры зубчатого ферромагнитного массива. Выразив магнитное сопротивление стенок паза в направлении оси Y в функции удельного магнитного сопротивления Z, а также применив закон полного тока на основании второго уравнения Максвелла и закона электромагнитной индукции в результате решения уравнения Гельмгольца для напряженности магнитного поля с учетом граничных условий, получены следующие выражения магнитных сопротивлений:

Для Цитирования:
Иксар Е. В., Назирова З. Г., Жураева К. К., Сравнительный анализ численных методов оценки теплового состояния тягового асинхронного двигателя. Электроцех. 2023;4.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: