Вдосконалення моделі асинхронного тягового двигуна для роботи з несиметричними обмотками статора

Автор(и)

  • Сергій Олександрович Гулак Державний університет інфраструктури та технологій, Україна https://orcid.org/0000-0002-2294-5676
  • Борис Григорович Любарський Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-2985-7345
  • Світлана Юріївна Сапронова Державний університет інфраструктури та технологій, Україна https://orcid.org/0000-0002-1482-1665
  • Віктор Петрович Ткаченко Державний університет інфраструктури та технологій, Україна https://orcid.org/0000-0002-5513-2436
  • Євген Сергійович Рябов Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0003-0753-514X
  • Марина Леонідівна Глєбова Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова, Україна https://orcid.org/0000-0002-0973-150X

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.236825

Ключові слова:

асинхронний тяговий двигун, тяговий привод електровозу, несиметрія обмоток, насичення магнітопроводу

Анотація

Проведений аналіз умов експлуатації асинхронних тягових двигунів у складі тягових електроприводів електровозів показав, що їх живлення здійснюється від автономних інверторів напруги з несиметричною несинусоїдальною напругою. Встановлено, що в процесі експлуатації в асинхронному двигуні можуть виникнути дефекти, які викликають несиметричні режими статора двигуна. Запропоновано модель асинхронного двигуна з врахуванням зміни величин взаємних індуктивностей фаз та повної індуктивності кола намагнічування від зміни геометричних розмірів обмотки, викликаної тим чи іншим дефектом. Запропоновано алгоритм врахування насичення магнітопроводу електродвигуна.

Такий підхід до моделювання асинхронного двигуна є важливим тому, що при ушкодженні однієї з обмоток статора відбувається зміна її геометрії. Це призводить до зміни взаємних індуктивностей фаз і повної індуктивності кола намагнічування. Існуючі підходи до моделювання асинхронного двигуна не дозволяють в повній мірі враховувати ці зміни.

В результаті моделювання отримані пускові характеристики для неушкодженого і ушкодженого двигуна. Порівняння результатів моделювання для неушкодженого двигуна з паспортними даними показали, що похибка визначення контрольованих параметрів не перевищила 5 %. Отримані результати моделювання для ушкодженого двигуна показали, що характер зміни контрольованих параметрів не суперечать результатам, наведеним в роботах інших авторів. Розбіжність у визначенні ступеню змін контрольованих параметрів не перевищила 10 %. Це свідчить про високу достовірність результатів моделювання.

Запропонована модель асинхронного електродвигуна може бути застосована для дослідження електромагнітних процесів, що відбуваються в електродвигуні під час його експлуатації в складі тягового приводу електровозів

Біографії авторів

Сергій Олександрович Гулак, Державний університет інфраструктури та технологій

Кандидат технічних наук, старший викладач

Кафедра електромеханіки та рухомого складу залізниць

Борис Григорович Любарський, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра електричного транспорту та тепловозобудування

Світлана Юріївна Сапронова, Державний університет інфраструктури та технологій

Доктор технічних наук, професор

Кафедра вагонів та вагонного господарства

Віктор Петрович Ткаченко, Державний університет інфраструктури та технологій

Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри

Кафедра електромеханіки та рухомого складу залізниць

Євген Сергійович Рябов, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електричного транспорту та тепловозобудування

Марина Леонідівна Глєбова, Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра альтернативної електроенергетики та електротехніки

Посилання

  1. Babyak, M., Keršys, R., Neduzha, L. (2020). Improving the Dependability Evaluation Technique of a Transport Vehicle. Proceedings of 24th International Scientific Conference. Transport Means 2020. Pt. II. Kaunas, 646–651.
  2. Fomin, O. V. (2015). Increase of the freight wagons ideality degree and prognostication of their evolution stages. Scientific Bulletin of National Mining University, 3, 68–76. Available at: http://nv.nmu.org.ua/index.php/en/component/jdownloads/finish/54-03/8333-2015-03-fomin/0
  3. Kabalyk, Y. (2016). Determination of Energy Loss in Power Voltage Inverters for Power Supply of Locomotive Traction Motors. Procedia Engineering, 165, 1437–1443. doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.11.876
  4. Kuznetsov, V., Lyubarskyi, B., Kardas-Cinal, E., Yeritsyan, B., Riabov, I., Rubanik, I. (2020). Recommendations for the selection of parameters for shunting locomotives. Archives of Transport, 56 (4), 119–133. doi: https://doi.org/10.5604/01.3001.0014.5650
  5. Kolpakhchyan, P., Zarifian, A., Andruschenko, A. (2017). Systems Approach to the Analysis of Electromechanical Processes in the Asynchronous Traction Drive of an Electric Locomotive. Studies in Systems, Decision and Control, 67–134. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-51502-1_3
  6. Vlas’evskii, S. V., Malysheva, O. A., Marinich, L. P. (2019). Estimation of the Realization of Traction Force on the Adhesion of AC Electric Locomotives with an Asynchronous and Collector Drives. 2019 International Science and Technology Conference “EastConf.” doi: https://doi.org/10.1109/eastconf.2019.8725405
  7. Bonnet, V. V., Loginov, A. Y., Prudnikov, A. Y., Bonnet, Y. V., Bonnet, M. V. (2020). Method for determining the power of squirrel-cage induction motors. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 421, 052009. doi: https://doi.org/10.1088/1755-1315/421/5/052009
  8. Prudnikov, A. Yu., Bonnet, V. V., Loginov, A. Yu. (2020). Method of diagnostics of the rotor eccentricity of an induction motor. Journal of Physics: Conference Series, 1515, 052030. doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1515/5/052030
  9. Khechekhouche, A., Cherif, H., Benakcha, A., Menacer, A., Chehaidia, S. E., Panchal, H. (2020). Experimental diagnosis of inter-turns stator fault and unbalanced voltage supply in induction motor using MCSA and DWER. Periodicals of Engineering and Natural Sciences, 8 (3), 1202–1216. Available at: http://pen.ius.edu.ba/index.php/pen/article/view/1058/607
  10. Mirzaev, U., Abdurauf, A. (2021). Mathematical Model of an Asynchronous Motor in Full-Phase Operation. International Journal of Engineering and Information Systems (IJEAIS) ISSN, 5 (3), 10–14. Available at: https://ssrn.com/abstract=3815616
  11. Atiyah, A., Sulc, B. (2020). Role of Asynchronous Motor Modelling in Driven Railway Wheelset Dynamical Simulation Model. 2020 21th International Carpathian Control Conference (ICCC). doi: https://doi.org/10.1109/iccc49264.2020.9257241
  12. Diacenko, G. (2020). Rotor flux controller for induction machines considering main inductance saturation. Problemele Energeticii Regionale, 3 (47), 10–19. Available at: https://zenodo.org/record/4018933#.YOVZPZj7SUk
  13. Pal, R. S. C., Mohanty, A. R. (2021). A Simplified Dynamical Model of Mixed Eccentricity Fault in a Three-Phase Induction Motor. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 68 (5), 4341–4350. doi: https://doi.org/10.1109/tie.2020.2987274
  14. Nasir, B. A. (2020). An Accurate Iron Core Loss Model in Equivalent Circuit of Induction Machines. Journal of Energy, 2020, 1–10. doi: https://doi.org/10.1155/2020/7613737
  15. Goolak, S., Tkachenko, V., Bureika, G., Vaičiūnas, G. (2021). Method of spectral analysis of traction current of AC electric locomotives. Transport, 35 (6), 658–668. doi: https://doi.org/10.3846/transport.2020.14242
  16. Goolak, S., Gubarevych, O., Yermolenko, E., Slobodyanyuk, M., Gorobchenko, O. (2020). Mathematical modeling of an induction motor for vehicles. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (2 (104)), 25–34. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.199559
  17. Zhang, R., Yin, Z., Du, N., Liu, J., Tong, X. (2021). Robust Adaptive Current Control of a 1.2 MW Direct-Drive PMSM for Traction Drives based on Internal Model Control with Disturbance Observer. IEEE Transactions on Transportation Electrification, 1–1. doi: https://doi.org/10.1109/tte.2021.3058012
  18. Deryabin, E. I., Zhuravleva, L. A. (2020). Electric traction drive of an agricultural tractor. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 548, 032037. doi: https://doi.org/10.1088/1755-1315/548/3/032037
  19. Ferestade, I., Ahmadian, M., Molatefi, H., Moaveni, B., Bokaeian, V. (2020). Integrated sliding mode and direct torque controls for improving transient traction in high-speed trains. Journal of Vibration and Control, 27 (5-6), 629–650. doi: https://doi.org/10.1177/1077546320932027
  20. 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
  21. Shavolkin, O., Shvedchykova, I. (2018). Forming of Current of the Single-Phase Grid Inverter of Local Combined Power Supply System with a Photovoltaic Solar Battery. 2018 IEEE 3rd International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS). doi: https://doi.org/10.1109/ieps.2018.8559540
  22. Yatsko, S., Vashchenko, Y., Sidorenko, A., Lyubarskyi, B., Yeritsyan, B. (2019). Electrical transport with onboard energy storage. International Journal of Renewable Energy Research (IJRER), 9 (2), 848–858. Available at: https://www.ijrer.org/ijrer/index.php/ijrer/article/view/9143/pdf
  23. Shavolkin, O., Shvedchykova, I. (2020). Improvement of the multifunctional converter of the photoelectric system with a storage battery for a local object with connection to a grid. 2020 IEEE KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek). doi: https://doi.org/10.1109/khpiweek51551.2020.9250096
  24. Pustovetov, M. Y. (2018). Approach to Computer Implementation of Mathematical Model of 3-Phase Induction Motor. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 327, 022085. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/327/2/022085
  25. Pustovetov, M. Yu. (2016). Podhod k realizatsii na EVM matematicheskoy modeli asinhronnogo dvigatelya, prednaznachennoy dlya ispol'zovaniya v kachestve sostavnoy chasti modeley elektrotekhnicheskih kompleksov i sistem. Modelirovanie. Teoriya, metody i sredstva: Materialy 16-oy Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, posvyaschennoy 110-letiyu Yuzhno-Rossiyskogo gosudarstvennogo politekhnicheskogo universiteta (NPI) imeni M.I. Platova. Novocherkassk, 332–345. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=27557409
  26. Goolak, S., Gerlici, J., Tkachenko, V., Sapronova, S., 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. doi: https://doi.org/10.26552/com.c.2019.2.24-31
  27. Carbonieri, M., Bianchi, N. (2020). Induction Motor Rotor Losses Analysis Methods Using Finite Element. 2020 IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT). doi: https://doi.org/10.1109/icit45562.2020.9067209
  28. Accetta, A., Cirrincione, M., Pucci, M., Sferlazza, A. (2020). Space‐vector state dynamic model of SynRM considering self‐ and cross‐saturation and related parameter identification. IET Electric Power Application, 14 (14), 2798–2808. doi: https://doi.org/10.1049/iet-epa.2020.0504
  29. Zagirnyak, M., Kalinov, A., Melnykov, V., Stakhiv, P. (2016). Fault-tolerant control of an induction motor with broken stator electric circuit. 2016 Electric Power Networks (EPNet). doi: https://doi.org/10.1109/epnet.2016.7999372
  30. Zagirnyak, M., Kalinov, A., Melnykov, V. (2017). Variable-frequency electric drive with a function of compensation for induction motor asymmetry. 2017 IEEE First Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON). doi: https://doi.org/10.1109/ukrcon.2017.8100505

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-08-31

Як цитувати

Гулак, С. О., Любарський, Б. Г., Сапронова, С. Ю., Ткаченко, В. П., Рябов, Є. С., & Глєбова, М. Л. (2021). Вдосконалення моделі асинхронного тягового двигуна для роботи з несиметричними обмотками статора. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(8(112), 45–58. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.236825

Номер

Том 4 № 8(112) (2021): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Sergey Goolak, Borys Liubarskyi, Svitlana Sapronova, Viktor Tkachenko, Ievgen Riabov, Marina Glebova

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.