Оценка состояния электрических машин на основе математического моделирования дефектообразования в обмотках

Максимально качественная и своевременная диагностика состояния обмоток электрических машин различного типа, в том числе и обмоток асинхронных двигателей, область применения которых с каждым годом увеличивается, является актуальной проблемой. Среди существующих методов диагностики в настоящее время наиболее перспективными являются способы, основанные на методах анализа резонансных процессов, протекающих в электрических машинах. Целью работы являлась оценка возможности применения резонансных процессов, протекающих в электрических машинах, для качественной диагностики состояния их обмоток на примере асинхронных двигателей, построение математических моделей дефектообразования в обмотках, позволяющих описать дефектообразование в обмотках, и анализ отклонения математических моделей относительно полученных экспериментальных результатов.

Проведён анализ влияния уровня межвитковых сопротивлений, количества замкнутых витков и местоположение замкнутых витков в секциях на фазочастотные характеристики обмоток асинхронных двигателей различного класса. Получены математические модели фазочастотных характеристик, определены коэффициенты полиномов и оценено относительное расхождение этих математических зависимостей относительно экспериментальных данных в зависимости от рассматриваемых параметров, характеризующих дефекты в обмотках катушек электрических машин.

Полученные математические модели дефектообразования в обмотках и коэффициенты для этих зависимостей могут служить основой для построения автоматизированных контрольнодиагностических систем для проверки состояния обмоток электрических машин, в том числе и оценки остаточного ресурса их работы.

1. Гемке Р.Г. Неисправности электрических машин: 8-е изд., испр. и доп. / Р.Г. Гемке. – Л.: Энергия, 1995. – 296 с.

2. Черный А.П. Мониторинг параметров электрических двигателей электромеханических систем: Монография / А.П. Черный [и др.] // Кременчуг: ЧП Щербатых А.В., 2008. – 246 с.

3. Valeria Hrabovcova, Pavol Makyš, Pavol Rafajdus. Analysis of Electrical Machines, IntechOpen is the global imprint of Intechopen Limited. London, United Kingdom, 2020, 202 p.

4. Патент RU2351048C1. Способ функциональной диагностики асинхронных электродвигателей / В.А. Пономарев [и др.]; заявл. 27.03.2009.

5. Патент RU2546827C1. Микроконтроллерное устройство диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя / Е.А. Вахтина, Ш.Ж. Габриелян, А.В. Вострухин; заявл. 10.04.2015.

6. Патент RU2428707C1. Микроконтроллерное устройство для диагностики изоляции обмотки асинхронного двигателя / А.В. Вострухин [и др.]; заявл. 10.09.2011.

7. Патент RU2526500. Способ диагностики и оценки остаточного ресурса электроприводов переменного тока / Ю.Л. Жуковский, С.И. Таранов; заявл. 20.08.2014.

8. Патент RU2537744. Способ диагностирования изоляции обмоток статора асинхронного электродвигателя / И.Ф. Суворов [и др.], 2014.

9. Гутов И.А. Математические модели для прогнозирования технического состояния изоляции электрооборудования / И.А. Гутов // Ползуновский вестник. – 2009. – № 4. – С. 68–75.

10. Метельков В.П. Система оценки остаточного ресурса изоляции обмотки асинхронного двигателя на основе емкостных токов утечки / В.П. Метельков, А.М. Зюзев, И.В. Черных // Мониторинг, контроль и диагностика электрооборудования, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина. – 2011. – № 2. – С. 34–47.

11. Патент RU2289143C2. Способ комплексного контроля трехфазной обмотки электрической машины / С.А. Сильвашко, В.Н. Булатов, В.Д. Шевеленко; заявл. 10.12.2006.

12. Патент RU2339962. Способ контроля трехфазной обмотки электрической машины / В.Н. Булатов, С.А. Сильвашко, 2011.

13. Patent US20090224707A1. Connel Brett Williams, Christopher David Dixon, Electric Motor Control, 2009.

14. Патент BY20042. Способ комплексного контроля трехфазной электрической машины / Ю.В. Суходолов, А.В. Белоусов, Л.П. Крученок; заявл. 11.01.2012.

15. Патент BY16628. Способ контроля витковой изоляции обмотки якоря электрической машины / Ю.В. Суходолов [и др.]; заявл. 27.08.2012.

16. Суходолов Ю.В. Возможность определения дефектов в обмотках электрических машин частотными методами / Ю.В. Суходолов [и др.] // Метрология и приборостроение. – 2022. – № 3. – С. 10–17.