Математичне моделювання асинхронного двигуна для транспортних засобів

Автор(и)

  • Sergey Goolak Державний університет інфраструктури та технологій вул. Кирилівська, 9, м. Київ, Україна, 04071, Україна https://orcid.org/0000-0002-2294-5676
  • Oleg Gubarevych Державний університет інфраструктури та технологій вул. Кирилівська, 9, м. Київ, Україна, 04071, Україна https://orcid.org/0000-0001-7864-0831
  • Eduard Yermolenko Державний університет інфраструктури та технологій вул. Кирилівська, 9, м. Київ, Україна, 04071, Україна https://orcid.org/0000-0003-2832-2047
  • Maxim Slobodyanyuk вул. Днiпровська набережна, 19/4, м. Київ, Україна, 02098, Україна https://orcid.org/0000-0003-4746-557X
  • Oleksandr Gorobchenko Державний університет інфраструктури та технологій вул. Кирилівська, 9, м. Київ, Україна, 04071, Україна https://orcid.org/0000-0002-9868-3852

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.199559

Ключові слова:

оптимальне управління перевезеннями, параметри інфраструктури залізниці, математичне моделювання, асинхронний двигун, несиметрія обмоток

Анотація

Запропоновано для моделювання асинхронного двигуна транспортних засобів скористатися системою диференційних рівнянь, записаною в «загальмованих координатах». З метою підвищення стійкості алгоритму скорочено кількість рівнянь системи шляхом вираження фазних струмів через фазні потокозчеплення. Розраховано параметри двигуна-прототипу за класичною методикою. Розроблено алгоритм врахування механічних втрат та втрат потужності в сталі двигуна. Реалізовано в програмному середовищі MATLab імітаційне моделювання асинхронного двигуна з симетричними обмотками. Визначено основні технічні параметри двигуна за допомогою імітаційної моделі. Виконано порівняння результатів моделювання з результатами класичних розрахунків. Похибка при визначенні параметрів на моделі і виконаних розрахунковим шляхом не перевищила 7 %. Це свідчить про високу збіжність результатів моделювання з результатами розрахунків. Запропоновано для дослідження асинхронного двигуна з несиметричними обмотками статора алгоритм, який полягає у врахуванні зміни взаємної індуктивності при зміні комплексного опору однієї, або декількох фаз обмоток двигуна. Запропонований алгоритм організації несиметричного режиму обмоток статора дозволить без зміни структури моделі дослідити динамічні процеси в асинхронному двигуні при несиметрії фаз обмоток статора при їх пошкодженні. Врахування втрат потужності в сталі та механічних втрат підвищить достовірність отриманих результатів. Похибка визначення параметрів асинхронного двигуна при несиметричних обмотках статора, отриманих при моделюванні, і знятих експериментально не перевищила 3 %, що свідчить про адекватність моделі.

Це дозволить застосувати запропоновану імітаційну модель асинхронного двигуна при дослідженні динамічних процесів в двигунах транспортної інфраструктури при виникненні такого дефекту, як міжвиткове замикання в обмотках статору

Біографії авторів

Sergey Goolak, Державний університет інфраструктури та технологій вул. Кирилівська, 9, м. Київ, Україна, 04071

Старший викладач

Кафедра «Тяговий рухомий склад залізниць»

Oleg Gubarevych, Державний університет інфраструктури та технологій вул. Кирилівська, 9, м. Київ, Україна, 04071

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра «Електрообладнання та автоматики водного транспорту»

Eduard Yermolenko, Державний університет інфраструктури та технологій вул. Кирилівська, 9, м. Київ, Україна, 04071

Аспірант

Кафедра «Тяговий рухомий склад залізниць»

Maxim Slobodyanyuk, вул. Днiпровська набережна, 19/4, м. Київ, Україна, 02098

Кандидат технічних наук

Oleksandr Gorobchenko, Державний університет інфраструктури та технологій вул. Кирилівська, 9, м. Київ, Україна, 04071

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра «Тяговий рухомий склад залізниць»

Посилання

  1. Kuznetsov, V., Nikolenko, A. (2015). Models of operating asynchronous engines at poor-quality electricity. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (8 (73)), 37–42. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2015.36755
  2. Pustovetov, M. Yu., Soltus, K. P., Sinyavskiy I. V. (2013). Komp'yuternoe modelirovanie asinhronnyh dvigateley i transformatorov. Primery vzaimodeystviya s silovymi elektronnymi preobrazovatelyami. LAP LAMBERT. Academic Publishing, 199.
  3. Gorobchenko, O., Fomin, O., Fomin, V., Kovalenko, V. (2018). Study of the influence of electric transmission parameters on the efficiency of freight rolling stock of direct current. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (3 (91)), 60–67. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.121713
  4. Chioncel, C. P., Tirian, G. O., Gillich, N., Raduca, E. (2016). Vector control structure of an asynchronous motor at maximum torque. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 106, 012005. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/106/1/012005
  5. Pakkiraiah, B., Sukumar, G. D. (2016). A New Modified Artificial Neural Network Based MPPT Controller for the Improved Performance of an Asynchronous Motor Drive. Indian Journal of Science and Technology, 9 (45). doi: https://doi.org/10.17485/ijst/2016/v9i45/105313
  6. Guo, Z., Zhang, Q. (2018). The Study on Mathematical Model and Simulation of Asynchronous Motor Considering Iron Loss. Journal of Physics: Conference Series, 1060, 012085. doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1060/1/012085
  7. Dementyev, Y. N., Umurzakova, A. D. (2014). The Engine Mechanical Coordinates Measuring in the Asynchronous Motor. MATEC Web of Conferences, 19, 01027. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/20141901027
  8. Balara, D., Timko, J., Žilková, J., Lešo, M. (2017). Neural networks application for mechanical parameters identification of asynchronous motor. Neural Network World, 27 (3), 259–270. doi: https://doi.org/10.14311/nnw.2017.27.013
  9. Liubarskyi, B., Petrenko, А., Shaida, V., Maslii, A. (2017). Analysis of optimal operating modes of the induction traction drives for establishing a control algorithm over a semiconductor transducer. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (8 (88)), 65–72. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.109179
  10. Ali, M. Z., Shabbir, M. N. S. K., Liang, X., Zhang, Y., Hu, T. (2019). Machine Learning-Based Fault Diagnosis for Single- and Multi-Faults in Induction Motors Using Measured Stator Currents and Vibration Signals. IEEE Transactions on Industry Applications, 55 (3), 2378–2391. doi: https://doi.org/10.1109/tia.2019.2895797
  11. Eldeeb, H. H., Berzoy, A., Saad, A. A., Mohammed, O. A. (2019). On-line Monitoring of Stator Inter-Turn Failures in DTC driven Asynchronous Motors using Mathematical Morphological Gradient. 2019 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC). doi: https://doi.org/10.1109/apec.2019.8721967
  12. Yu, M., Zhu, J., Qiang, D., Zhu, Y. (2019). Numerical calculation of global temperature field during phase failure of small induction motor. 2019 Chinese Control Conference (CCC). doi: https://doi.org/10.23919/chicc.2019.8866394
  13. Singh, A., Grant, B., DeFour, R., Sharma, C., Bahadoorsingh, S. (2016). A review of induction motor fault modeling. Electric Power Systems Research, 133, 191–197. doi: https://doi.org/10.1016/j.epsr.2015.12.017
  14. Salmasi, F. R. (2017). A Self-Healing Induction Motor Drive With Model Free Sensor Tampering and Sensor Fault Detection, Isolation, and Compensation. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 64 (8), 6105–6115. doi: https://doi.org/10.1109/tie.2017.2682035
  15. Pustovetov, M. (2020). Induction Electrical Machine Simulation at Three-Phase Stator Reference Frame: Approach and Results. Applied Electromechanical Devices and Machines for Electric Mobility Solutions. doi: https://doi.org/10.5772/intechopen.88906
  16. Ghial, V. K., Saini, L. M., Saini, J. S. (2014). Parameter Estimation of Permanent-Split Capacitor-Run Single-Phase Induction Motor Using Computed Complex Voltage Ratio. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 61 (2), 682–692. doi: https://doi.org/10.1109/tie.2013.2253067
  17. Malyar, V. S., Malyar, V. V. (2016). Established modes and static characteristics of three-phase asynchronous motor powered with single phase network. ENERGETIKA. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 6, 536–548. doi: https://doi.org/10.21122/1029-7448-2016-59-6-536-548
  18. Ruan, J.-Y., Wang, S.-M. (2016). Magnetizing Curve Estimation of Induction Motors in Single-Phase Magnetization Mode Considering Differential Inductance Effect. IEEE Transactions on Power Electronics, 31 (1), 497–506. doi: https://doi.org/10.1109/tpel.2015.2401835
  19. Kopylov, I. P., Klokov, B. K., Morozkin, V. P., Tokarev, B. F. (2002). Proektirovanie elektricheskih mashin. Moscow, 757.
  20. Goolak, S., Zaika, D., Tverdomed, V., Kryklyvyi, S., Halepchuk, D. (2019). Research influence of contact network voltage parameters on energy indicators for operation of auxiliary machines of vl-80k, t series. Collection of Scientific Works of the State University of Infrastructure and Technologies Series “Transport Systems and Technologies”, 34, 118–136. doi: https://doi.org/10.32703/2617-9040-2019-34-1-10
  21. Gulak, S. (2018). Methodological recommendations for the application of the model of physical processes in three-phase asynchronous motor. Collection of Scientific Works of the State University of Infrastructure and Technologies Series “Transport Systems and Technologies”, 32 (1), 4–13. doi: https://doi.org/10.32703/2617-9040-2018-32-1-4-13
  22. Goolak, S., Gerlici, J., Sapronova, S., Tkachenko, V., Lack, T., Kravchenko, K. (2019). Determination of Parameters of Asynchronous Electric Machines with Asymmetrical Windings of Electric Locomotives. Communications-Scientific letters of the University of Zilina, 21 (2), 24–31.
  23. Melnykov, V., Kalinov, A., Mamchur, D., Ogar, V. (2012). Experimental estimation of validity the mathematical model of induction motor with stator windings asymmetry. Elektromekhanichni i enerhozberihaiuchi systemy, 2, 46–50.
  24. Vaskovskyi, Yu. M., Melnyk, A. M. (2017). The electromagnetic vibration disturbing forces in turbogenerator with a glance of current asymmetry of stator winding. Tekhnichna Elektrodynamika, 1, 52–57. doi: https://doi.org/10.15407/techned2017.01.052

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-04-30

Як цитувати

Goolak, S., Gubarevych, O., Yermolenko, E., Slobodyanyuk, M., & Gorobchenko, O. (2020). Математичне моделювання асинхронного двигуна для транспортних засобів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(2 (104), 25–34. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.199559

Номер

Том 2 № 2 (104) (2020): Інформаційні технології. Системи управління в промисловості

Розділ

Системи управління в промисловості

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Sergey Goolak, Oleg Gubarevych, Eduard Yermolenko, Maxim Slobodyanyuk, Oleksandr Gorobchenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.