СХЕМНО-ПОЛЬОВЕ МОДЕЛЮВАННЯ ТЕПЛОВИХ ПРОЦЕСІВ В АСИНХРОННИХ ДВИГУНАХ
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6761-2017-1-9Ключові слова:
асинхронний двигун, теплова схема заміщення, теплопровідність, тепловий опір, інтегральний метод, метод скінченних елементівАнотація
Мета: Розробка нового підходу для підвищення точності теплових розрахунків шляхом поєднання польового і схемного моделювання при визначенні ефективних теплових провідностей деталей і вузлів асинхронного двигуна.Методи досліджень: Методи теорії теплопровідності, теплопередачі, теплових схем заміщення, теплових потенціалів, польового моделювання, кінцевих елементів.
Основні результати: Розроблено інтегральний метод для перетворення даних польового моделювання в параметри теплової схемної моделі, який істотно зменшує вплив кількості вузлів теплової схеми на точність визначення її параметрів завдяки інваріантності матриці геометричних провідностей до температурних змін значень теплопровідності конструкційних і активних матеріалів асинхронного двигуна. За даним методом для дискретизації просторової моделі асинхронного двигуна на окремі складові можна заздалегідь визначати компоненти матриці провідностей та запобігати виродженню цієї матриці у схемній моделі. Таким чином забезпечується істотне підвищення точності визначення вузлових температур і перевищень температур у теплових розрахунках асинхронних двигунів у сталих та змінних режимах навантаження.
Наукова новизна: Розроблено новий метод перетворення схемної моделі із застосуванням інтегрального теплового потенціалу, який дозволяє перейти від температурних опорів, як параметрів теплової схеми заміщення, до геометричних провідностей даної схеми. Доведено, що шляхом оброблення масивів даних польового моделювання для визначення геометричних провідностей теплової схеми заміщення можна запобігти виродженню матриці провідностей для стаціонарного теплового режиму асинхронного двигуна у режимі короткого замикання, забезпечивши зменшення кількості вузлів схеми та підвищення обчислювальної ефективності та точності.
Практична значимість: Інтегральний метод перетворення даних польового моделювання асинхронного двигуна у параметри теплової моделі дозволяє при збільшенні числа вузлів теплової схеми від одного до десяти зменшити середньозважене значення відносної похибки від 9,2% до 2,42%, що повністю задовольняє вимогам при проектуванні асинхронних двигунів і для імітаційного моделювання динаміки теплових процесів у змінних режимах роботи.
Посилання
Petrenko, A. N., Tanyanskiy, V. Ye., Petrenko, N.YA. (2012). Issledovaniye temperaturnogo polya i teplovykh potokov chastotno-upravlyayemogo asinkhronnogo dvigatelya. Visnik NTU "KHPI", 49(955), 61–65.
Kotsur, M. I. (2014) Osobennosti udarnogo teplovogo vozdeystviya na asinkhronnyy dvigatel' s modifitsirovannoy sistemoy impul'snogo regulirovaniya v usloviyakh chastykh puskov. Elektrotehnika i elektroenergetika., 1, 32–36. doi: http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2014-1-5.
Filippov, I. F. (1986). Teploobmen v elektricheskikh mashinakh. L.: Energoatomizdat, 256.
Sipaylov, G. A., Sannikov, D. I., Zhadan, V. A. (1989). Teplovyye, gidravlicheskiye i aerodinamichesiye raschety v elektricheskikh mashinakh. M.: Vyssh. shk., 239.
Zaliznyy, D. I., Shirokov, O. G., Popichev, V. V. (2015). Adaptivnaya matematicheskaya model' teplovykh protsessov asinkhronnogo dvigatelya s korotkozamknutym rotorom. Vestnik GGTU im. P. O. Sukhogo, 1, 30–43.
Wallmark, O. (2012) Analysis of Electrical Machines. Royal Institute of Technology Stockholm. Sweden.
Ostashevskiy, N. A., Shayda, V. P. (2010). Matematicheskaya model' teplovogo sostoyaniya chastotno-upravlyayemogo asinkhronnogo dvigatelya v nestatsionarnykh rezhimakh. Elektromashinostroyeniye i elektrooborudovaniye, 75, 46–51.
Petrushin, V. S., Yakimets, A. M. (2008). Osobennosti teplovykh raschetov neustanovivshikhsya rezhimov raboty reguliruyemykh asinkhronnykh dvigateley. Elektromashinostroyeniye i elektrooborudovaniye, 71, 47–51.
Shirokov, O. G., Zaliznyy D. I. (2008). Teplovyye skhemy zameshcheniya elektroenergeticheskikh ustroystv. Naukoyemkiye tekhnologii, 2, 63–67.
Anuchin, A. S., Fedorova K. G. (2014). Dvukhmassovaya teplovaya model' asinkhronnogo dvigatelya. Elektrotekhnika, 2, 21–25.
Malafeyev, S. I., Zakharov, A. V., Kudryashov, S. V. (2009). Modelirovaniye teplovykh perekhodnykh protsessov v ventil'no-induktornom dvigatele. Elektrichestvo, 3, 54–57.
Rotating electrical machines – Part 1: Rating and performance. (2004). IEC Revision of Publication 60034, 1, 137.
Staton, D., Cavagnino A. (2008). Convection Heat Transfer and Flow Calculations Suitable for Electric Machines Thermal Models. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 55(10), 3509–3516.
Mahdavi, S., and all (2013). Thermal Modeling as a Tool to Determine the Overload Capability of Electrical Machines. International Conference on Electrical Machines and Systems. Busan. Korea, 454–458.
Andriyenko, P. D., Kotsur, I. M., Yarymbash, D. S. (2008). Primeneniye metodov mate-maticheskogo modelirovaniya dlya opredeleniya parametrov induktora. Vestnik SevNTU. Sevastopol', 88, 117 – 120.
Andriyenko, P. D., Yarymbash, D. S. (2008). Modelirovaniye elektromagnitnykh i teplovykh protsessov pri induktsionnom nagreve mundshtuka pressa. Razrabotka rudnykh mestorozhdeniy. Krivoy Rog, 92, 163–167.
Andriyenko, P. D., Yarymbash, D. S. (2006). Osobennosti modelirovaniya temperaturnogo sostoyaniya tekhnologicheskoy sistemy kak ob"yekta upravleniya. Yelektromashinobuduvannya ta yelektroobladnannya. Odessa, 66, 291–293.
Kilimnik, I. M., Yarymbash, D. S. (2007). Osobennosti modelirovaniya elektromagnitnykh protsessov v induktore kalibra mundshtuka pressa. Visnyk Kremenchuts'kogo derzhavnogo polstekhnschnogo unsversytetu. Kremenchuk: KDPU, 4(45), 53–55.
Yarymbash, D. S., Tyutyunnik, A. V., Zagrunnyy, O. L. (2006). Povysheniye effektivnosti upravleniya rezhimami elektricheskogo obogreva pri pressovanii zagotovok podovykh blokov. Elektrotehnika i elektroenergetika. Zaporozh'ye: ZNTU, 2, 56–60.
Belyayev, N. M., Ryadno, A. A. (1982) Metody teorii teploprovodnosti. M.: Vyssh. shkola, 302.
Yarymbash, D.S. (2015) The research of electromagnetic and thermoelectric processes in the AC and DC graphitization furnaces. Scientific Bulletin of National Mining University, 3, 95–102.
Yarymbash, D.S., Oleinikov, A.M. (2015). On specific features of modeling electromagnetic field in the connection area of side busbar packages to graphitization furnace current leads. Russian Electrical Engineering, 86(2), 86–92. DOI: http://dx.doi.org/10.3103/S1068371215020121.
Yarymbash, D. S., Kotsur, M. I., Yarymbash, S. T., Kotsur, I. M. (2016). Features of three-dimensional simulation of the electromagnetic fields of the asynchronous motors. Electrical Engineering And Power Engineering, 2, 43–50. doi: http://dx.doi.org/10.15588/1607-6761-2016-2-5.
Mademlis, C., Margaris, N., and Xypteras J. (2000). Magnetic and Thermal Performance of a Synchronous Motor under Loss Minimization Control. IEEE Trans. on Energy Conversion, 15(2), 135–142. DOI: 10.1109/60.866990
Mellor, P.Y., Roberts, D., Turner, D.R. (1991). Lumped parameter thermal model for electrical machines of TEFC design. IEEE Proceedings B (Electric Power Applications), 138(5). 205–218. DOI: http://dx.doi.org/10.1049/ip-b.1991.0025.
Shuyskiy, V.P. (1968). Raschet elektricheskikh mashin. L.: Energiya, 732.
Lykov, A.V. (1967). Teoriya teploprovodnosti: uchebnoye posobiye. M.: Vysshaya shkola, 600.
Yarymbash, D. S., Tyutyunnik, A. V., Zagrunnyy, O. L. (2006). Modelirovaniye temperaturnykh rezhimov elektrotekhnologicheskoy sistemy «induktory–mundshtuk» na podgotovitel'nom etape tura pressovaniya. Elektrotehnika i elektroenergetika. Zaporozh'ye: ZNTU, 1, 56 – 60.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2017 D. O. Litvinov, O. O. Shlyanin, Т. V. Bondarchuk, O. V. Stremydlovska, Riham Matar
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
