energsecurityНадежность и безопасность энергетикиSafety and Reliability of Power Industry1999-55552542-2057ООО «НПО Энергобезопасность»10.24223/1999-5555-2025-18-1-59-64energsecurity-993Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЯ, РАСЧЕТЫDESIGN, RESEARCH, CALCULATIONSМатематическое моделирование повреждений асинхронного электродвигателяMathematical modeling of damage in an asynchronous electric motorДеркачёвС. В.DerkachevS. V.

ул. Артема, 58, 283001, г. Донецк

58 Artema str., 283001, Donetsk

sergey_derkachev@mail.ruСидоровВ. А.SidorovV. A.

ул. Артема, 58, 283001, г. Донецк

58 Artema str., 283001, Donetsk

ФГБОУ ВО «Донецкий национальный технический университет»РоссияDonetsk national technical universityRussian Federation2025020520251815964Copyright © Деркачёв С.В., Сидоров В.А., 20252025Деркачёв С.В., Сидоров В.А.Derkachev S.V., Sidorov V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sigma08.ru/jour/article/view/993

Приведена краткая статистика по повреждаемости асинхронных электрических двигателей, которые являются приводами основного оборудования предприятий металлургической промышленности и оборудования системы собственных нужд электрических станций. Отмечено, что к наиболее частым неисправностям относятся повреждения подшипникового узла, обмоток статора и стержней короткозамкнутой обмотки ротора. Среди общей статистики отказов электрической части асинхронных электрических двигателей большую часть составляют повреждения, связанные с развитием трещин или разрушением стержней короткозамкнутой обмотки ротора. Эксплуатация асинхронных электрических двигателей с оборванным стержнями может привести к повреждению обмоток и магнитопровода статора, и, как следствие, к полному выходу из строя электрического двигателя.

Представленная математическая модель асинхронного электродвигателя, позволяет моделировать работу асинхронных электрических двигателей с любым количеством поврежденных стержней в короткозамкнутом роторе, что даёт возможность выполнить анализ переходных процессов в случае обрыва стержней короткозамкнутого ротора. Предложенная в работе математическая модель может быть использована для определения эффективности существующих методов диагностирования состояния асинхронного электродвигателя путем их математического моделирования или для определения критериев и разработки новых методов диагностирования электрической части асинхронного двигателя на основе анализа переходных процессов в обмотках статора в случае возникновения повреждений одного или нескольких стержней ротора и повреждений в обмотках статора. 

The paper presents brief statistics on damage to asynchronous electric motors, which serve as drives for the main equipment of metallurgical industry enterprises and for the auxiliary systems of electric power plants. It is noted that the most frequent faults include damage to the bearing unit, stator windings and rotor bars. Among the general statistics of failures of the electrical part of asynchronous electric motors, the majority are damages associated with the development of cracks or destruction of the bars of the squirrel-cage rotor winding. Operation of asynchronous electric motors with broken bars can lead to damage to the windings and the stator magnetic circuit, resulting in complete motor failure. The mathematical model of an asynchronous electric motor presented in this work enables the simulation of asynchronous electric motors with any number of damaged bars in a squirrel-cage rotor, facilitating the analysis of transient processes in the event of broken rotor bars.

The mathematical model proposed in the work can be used to determine the efficiency of existing methods for diagnosing the state of an asynchronous electric motor by means of their mathematical modeling or to determine criteria and develop new methods for diagnosing the electrical part of an asynchronous motor based on the analysis of transient processes in the stator windings in the event of damage to one or more rotor bars and damage to the stator windings. 

математическая модельасинхронный электродвигательдиагностика состоянияобрыв стержней ротораmathematical modelasynchronous electric motorcondition diagnosticsrotor bar breakageРезультаты работы, представленные в статье, получены в ходе выполнения НИР в рамках Госзадания (FRRF-2024-0011).The results of the work presented in the article were obtained during the implementation of research in the framework of the State Assignment (FRRF-2024-0011)ReferencesПотапенко А. О., Юсупова А. О., Латыпов С. И. Способ диагностики повреждения короткозамкнутой обмотки ротора асинхронного двигателя в режиме выбега. Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика 2022; 22(1): 62 – 70.Potapenko A. O., Yusupova A. O., Latypov S. I. Sposob diagnostiki povrezhdeniya korotkozamknutoj obmotki rotora asinhronnogo dvigatelya v rezhime vybega. Vestnik Yuzhno-Ural'skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Energetika 2022; 22(1): 62–70. (In Russ.)Баннов Д. М. Метод диагностики обрывов стержней ротора в асинхронных электродвигателях на основе регрессионного анализа модуля результирующего вектора тока статора. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов 2022; 333(5): 196–208.Bannov D. M. Metod diagnostiki obryvov sterzhnej rotora v asinhronnyh elektrodvigatelyah na osnove regressionnogo analiza modulya rezul'tiruyushchego vektora toka statora. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov 2022; 333(5): 196–208. (In Russ.)Щербинина А. В. Использование двойного спектрального анализа при диагностировании асинхронных двигателей. Региональная информатика (РИ-2020): XVII Санкт-Петербургская международная конференция. Материалы конференции, Санкт-Петербург, 28–30 октября 2020 г., 2: 200–202.Shcherbinina A. V. Ispol'zovanie dvojnogo spektral'nogo analiza pri diagnostirovanii asinhronnyh dvigatelej. Regional'naya informatika (RI-2020): XVII Sankt-Peterburgskaya mezhdunarodnaya konferenciya. Materialy konferencii, Sankt-Peterburg, 28–30 oktyabrya 2020 g., 2: 200–202. (In Russ.)Ахмедов Д. А., Ахмедов А. Д. Диагностика электрических и механических неисправностей асинхронного двигателя на основе спектрального анализа тока статора. Актуальные вопросы подготовки кадров по энергетическим специальностям: II-я Республиканская научная конференция, СУМГАИТ, 25–26 ноября 2021 г., 8: 134–137.Ahmedov D. A., Ahmedov A. D. Diagnostika elektricheskih i mekhanicheskih neispravnostej asinhronnogo dvigatelya na osnove spektral'nogo analiza toka statora. Aktual'nye voprosy podgotovki kadrov po energeticheskim special'nostyam: II-ya Respublikanskaya nauchnaya konferenciya, SUMGAIT, 25–26 noyabrya 2021 g., 8: 134–137. (In Russ.)Abdelhak G., Sid Ahmed B., Djekidel R. Fault diagnosis of induction motors rotor using current signature with different signal processing techniques. Diagnostyka 2022; 23(2): 1–9.Abdelhak G., Sid Ahmed B., Djekidel R. Fault diagnosis of induction motors rotor using current signature with different signal processing techniques. Diagnostyka 2022; 23(2): 1–9.Hamza Sabir, Mohammed Ouassaid, Nabil Ngote. An experimental method for diagnostic of incipient broken rotor bar fault in induction machines. Heliyon 2022; 8(3): 1–13.Hamza Sabir, Mohammed Ouassaid, Nabil Ngote. An experimental method for diagnostic of incipient broken rotor bar fault in induction machines. Heliyon 2022; 8(3): 1–13.Prashant Kumar, Ananda Shankar Hati. Deep convolutional neural network based on adaptive gradient optimizer for fault detection in SCIM. Transactions 2021; 111: 350–359.Prashant Kumar, Ananda Shankar Hati. Deep convolutional neural network based on adaptive gradient optimizer for fault detection in SCIM. Transactions 2021; 111: 350––359.Старостина Я. К., Токарев А. Д. Система диагностики работы электродвигателей на основе использования нейронной сети. Kazan digital week –2024: сборник материалов Международного форума, Казань, 09–11 сентября 2024 г. 2024: 433–441.Starostina Ya. K., Tokarev A. D. Sistema diagnostiki raboty elektrodvigatelej na osnove ispol'zovaniya nejronnoj seti. Kazan digital week – 2024 : sbornik materialov Mezhdunarodnogo foruma, Kazan', 09–11 sentyabrya 2024 g. 2024: 433–441. (In Russ.)Тепловая диагностика асинхронного двигателя. В. А. Стенин, А. С. Вишняков, П. В. Селянин, Д. Д. Поповский Наука XXI века: вызовы, становление, развитие: Сборник статей XVIII Международной научно-практической конференции, Петрозаводск, 25 июня 2024 г. 2024: 6–10.Teplovaya diagnostika asinhronnogo dvigatelya. V. A. Stenin, A. S. Vishnyakov, P. V. Selyanin, D. D. Popovskij. Nauka XXI veka: vyzovy, stanovlenie, razvitie: Sbornik statej XVIII Mezhdunarodnoj nauchnoprakticheskoj konferencii, Petrozavodsk, 25 iyunya 2024 g. 2024: 6–10. (In Russ.)Валиуллин К. Р., Тушев С. И. Алгоритм пересчета температуры асинхронного двигателя на основе эквивалент ной тепловой схемы. Энергетические системы 2022; 2: 42–48.Valiullin K. R., Tushev S. I. Algoritm perescheta temperatury asinhronnogo dvigatelya na osnove ekvivalentnoj teplovoj skhemy. Energeticheskie sistemy 2022; 2: 42–48. (In Russ.)Сафиуллин Р. А., Янгиров И. Ф. Исследование вибрации асинхронного электродвигателя. Электротехнические и информационные комплексы и системы 2021; 17(2): 41–54.Safiullin R. A., Yangirov I. F. Issledovanie vibracii asinhronnogo elektrodvigatelya. Elektrotekhnicheskie i informacionnye kompleksy i sistemy 2021; 17(2): 41–54. (In Russ.)Мирош Д. В., Громіко И. Л. Предпосылки оценки состояния асинхронных двигателей с помощью вибродиагностики. Инновационные процессы в современном образовании: от идеи до практики: Материалы III Международной научно-практической конференции с использованием дистанционных технологий, Ярославль, 21 февраля 2023 г. 2023: 265–267.Mirosh D. V., Gromіko I. L. Predposylki ocenki sostoyaniya asinhronnyh dvigatelej s pomoshch'yu vibrodiagnostiki. Innovacionnye processy v sovremennom obrazovanii: ot idei do praktiki: Materialy III Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii s ispol'zovaniem distancionnyh tekhnologij, Yaroslavl', 21 fevralya 2023 g. 2023: 265–267. (In Russ.)Беляев П. В., Головский А. П. Диагностика неисправностей асинхронных двигателей на ранних стадиях повреждения. Динамика систем, механизмов и машин 2020; 8(3). 16–23.Belyaev P. V., Golovskij A. P. Diagnostika neispravnostej asinhronnyh dvigatelej na rannih stadiyah povrezhdeniya. Dinamika sistem, mekhanizmov i mashin 2020; 8(3). 16–23. (In Russ.)Влияние дефектов короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя на МДС ротора и ток статора. Г. Д. Баранов, Г. Л. Демидова, Д. В. Лукичев и др. Электротехнические комплексы и системы: Материалы I Всероссийской конференции по электрическим машинам в рамках Международной научно-практической конференции 2022, (2): 190–206.Vliyanie defektov korotkozamknutogo rotora asinhronnogo dvigatelya na MDS rotora i tok statora. G. D. Baranov, G. L. Demidova, D. V. Lukichev i dr. Elektrotekhnicheskie kompleksy i sistemy: Materialy I Vserossijskoj konferencii po elektricheskim mashinam v ramkah Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii 2022, (2): 190–206. (In Russ.)Математическая модель асинхронного двигателя в мультифазной системе координат при несимметрии роторных цепей. А. С. Глазырин, В. И. Полищук, В. В. Тимошкин [и др.] Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг госресурсов 2021; 332(10): 213–227.Matematicheskaya model' asinhronnogo dvigatelya v mul'tifaznoj sisteme koordinat pri nesimmetrii rotornyh cepej. A. S. Glazyrin, V. I. Polishchuk, V. V. Timoshkin [i dr.] Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring gosresursov 2021; 332(10): 213–227. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.