Визначення оптимального значення ковзання при мінімізації електричних втрат асинхронного двигуна
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6761-2026-1-5Ключові слова:
асинхронний двигун, електричні втрати, мінімізація, ковзання, усталений режим роботи, енергоефективністьАнотація
Мета роботи. Метою роботи є проведення теоретичних досліджень та розробка методики визначення оптимального значення робочого ковзання при мінімізації електричних втрат в умовах зміни навантаження на валу ротора асинхронного двигуна.
Методи дослідження. Для дослідження були застосовані основи теорії математичного моделювання узагальненої електричної машини змінного струму, класичні методи оптимізації, основи теорії автоматизованого керування, методи пошуку мінімізації втрат в асинхронному електроприводі, методи інтерполяції та апроксимації розрахункових даних.
Отримані результати. Розроблено методику визначення оптимального значення робочого ковзання при мінімізації електричних втрат в умовах зміни навантаження на валу ротора асинхронного двигуна в квазіусталеному режимі роботи. Отримано універсальну цільову функцію мінімізації електричних втрат в асинхронному двигуні залежно від частоти ковзання. У ході вирішення задачі оптимізації за допомогою класичних методів оптимізації від однієї змінної, отримано вираз оптимальної частоти ковзання, а також співвідношення між величинами струмів та параметрами фаз обмоток статора та ротора асинхронного двигуна, які одержані на основі загальноприйнятого математичного опису узагальненої електричної машини змінного струму для усталеного режиму його роботи. Доведено працездатність запропонованої методики на прикладі АД типу АИР225M2 потужністю 55кВт, для якого отримано залежність електричних втрат в квазіусталеному режимі роботи при статичному навантаженні Mc =0,5Mн. Встановлено, що оптимальне значення ковзання АД буде дорівнювати s=0,038.
Наукова новизна. Для асинхронних двигунів для різних значень потужності, отримано універсальну цільову функцію мінімізації електричних втрат в обмотках асинхронного двигуна залежно від частоти ковзання, яка дозволить визначити робочу характеристику, яка відображає залежність максимально допустимого ККД від значення моменту опору на валу асинхронних двигунів будь-якої потужності.
Практична цінність. Результати роботи можуть бути використані для систем асинхронного електроприводу з датчиками швидкості обертання ротора з метою автоматизованої саморегуляції швидкості обертання ротора асинхронного двигуна під оптимальне значення ковзання у всьому діапазоні зміни навантаження робочого механізму.
Посилання
Pitis C. D., Zeller M. W. (2008). Power savings ob-tained from supply voltage variation on squirrel cage induction motors. 2008 IEEE Canada Electric Power Conference, Vancouver, BC, Canada, 1-3, doi: 10.1109/EPC.2008.4763392.
Temelkovski, Z. Hanić and G. Rafajlovski. (2025). Investigation of Power Losses in Three-phase Induc-tion Motor Taking into Consideration the Harmonics. 2025 International Conference on Electrical Drives and Power Electronics (EDPE), Dubrovnik, Croatia, 1-5, doi: 10.1109/EDPE66853.2025.11224245
K. Inoue, M. Minamiyama and T. Kato (2009). A design methodology of an optimal torque minimizing energy loss under torque limit for an induction motor. 2009 IEEE Energy Conversion Congress and Exposi-tion, San Jose, CA, USA, 163-167, doi: 10.1109/ECCE.2009.5316081.
P. B. Sree and N. P. G. Bhavani (2023). Bhavani. Efficiency Improvement of Electrical Vehicles Using Novel Permanent Magnet Motors and Compared with BLDC Motors by Reducing Power Loss. 2023 6th International Conference on Contemporary Compu-ting and Informatics (IC3I), Gautam Buddha Nagar, India, 2534-2538, doi: 10.1109/IC3I59117.2023.10397721.
A. M. Bazzi, P. T. Krein (2009). A survey of real-time power-loss minimizers for induction motors. 2009 IEEE Electric Ship Technologies Symposium, Baltimore, MD, USA, 2009, pp. 98-106, doi: 10.1109/ESTS.2009.4906500.
Zhang, L., & Wang, Y. (2025). Computationally Ef-ficient and Loss-Minimizing Model Predictive Con-trol for Induction Motors in Electric Vehicle Applica-tions. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 72, (3), 2440-2451. doi: https://doi.org/10.3390/en18061444
Petrov, I., et al. (2024). Refined Research and Opti-mization of Energy Modes of a Frequency-Regulated Induction Motor with Variable Load. Proceedings of the 2024 International Conference on Industrial En-gineering and Applications (ICIEA), 112-118.
Chen, X., & Gupta, S. (2024). A Hybrid Search Effi-ciency Optimization Strategy for Induction Motor Drives Based on Improved Fuzzy-Golden Section Algorithm. IEEE Access, 12, 45890-45902.
Silva, J. M., et al. (2025). Comparison between pre-dictive and scalar control strategies for minimizing losses in induction motors under dynamic load condi-tions. Journal of Control, Automation and Electrical Systems, 36, (1), 88-101. doi:10.1080/21642583.2025.2481942.
Kumar, R., & Singh, B. (2013). Sensitivity Analysis of Loss-Minimization Algorithms to Parameter Varia-tions in High-Performance AC Drives. IEEE Trans-actions on Industry Applications, 59, (4), 4120-4130. doi:10.1109/IECON.2013.6699982
Muller, H. (2024). Energy optimization of induction motor in transient state under field-oriented control: A non-intrusive approach. Journal of Renewable and Sustainable Energy, 16(2), 024501. doi:10.1109/ISPA59904.2024.10536747
Liu, H., & Zhao, T. (2006). Impact of Advanced PWM Strategies on Harmonic Iron Losses in High-Speed Induction Motor Drives. IEEE Transactions on Power Electronics, 40, (2), 1540-1555. doi:10.1109/IAS.2006.256619
Marek, J., & Novak, P. (2024). Efficiency Optimiza-tion of VFD-Fed Induction Motors through Adaptive Switching Frequency Control. Energies, 17(4), 932.
Abed, K., & Zine, H. K. E. (2024). Intelligent fuzzy back-stepping observer design based induction motor robust nonlinear sensorless control. Electrical Engi-neering & Electromechanics, (2), 10–15. https://doi.org/10.20998/2074-272X.2024.2.02.
Wang, Q., & Li, X. (2025). Energy-Efficient Vector Control of Induction Motor Without Speed Sensor Based on Deep Reinforcement Learning. IEEE Jour-nal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 13(1), 210-222.
Sakthivel V. P. and Subramanian S. (2011). Using MPSO algorithm to optimize three-phase squirrel cage induction motor design, 2011 International Con-ference on Emerging Trends in Electrical and Computer Technology, Nagercoil, India, 261-267, doi: 10.1109/ICETECT.2011.5760126.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 L.V. Shylkova, O.S. Mykhailychenko
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 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.
