Математическое моделирование повреждений асинхронного электродвигателя

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. 

1. Потапенко 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. Prashant Kumar, Ananda Shankar Hati. Deep convolutional neural network based on adaptive gradient optimizer for fault detection in SCIM. Transactions 2021; 111: 350–359.

8. 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.

9. 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.

10. Валиуллин К. Р., Тушев С. И. Алгоритм пересчета температуры асинхронного двигателя на основе эквивалент ной тепловой схемы. Энергетические системы 2022; 2: 42–48.

11. Сафиуллин Р. А., Янгиров И. Ф. Исследование вибрации асинхронного электродвигателя. Электротехнические и информационные комплексы и системы 2021; 17(2): 41–54.

12. 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.

13. Беляев П. В., Головский А. П. Диагностика неисправностей асинхронных двигателей на ранних стадиях повреждения. Динамика систем, механизмов и машин 2020; 8(3). 16–23.

14. 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.

15. 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.