Ключові слова
асинхронний двигун
магнітна асиметрія
електрорушійна сила
індуктивність обмотки
метод симетричних складових
електрична мережа
Як цитувати
Анотація
Проведено гармонійний аналіз магнітного поля асинхронного двигуна з обліком двосторонньої зубчастості й магнітної асиметрії повітряного зазору. Отримано спектр у вигляді нескінченних рядів просторово-часових гармонічних складових. Магнітна асиметрія асинхронного двигуна враховує статичний і динамічний ексцентриситети, магнітну асиметрію сталі. Отримано 27 різних просторових гармонік поля в повітряному зазорі асинхронного двигуна. Розглянутий спектр гармонік магнітного поля буде наводити в обмотках статора електрорушійну силу із відповідними частотами. Поля з γр ± κ парами полюсів обертаються асинхронно з ротором і демпфіруються полями, створеними струмами білячої клітки ротора. Таким чином, магнітна асиметрія впливає на просторові гармоніки магнітного поля, змінюючи кутові швидкості їхнього обертання у повітряному зазорі. Поява магнітної асиметрії викликає перерозподіл просторово-часового розподілу гармонік магнітного поля зубцевої частоти, що приводить до зміни амплітудних і фазових співвідношень між величинами. Це обумовлює появу несиметричної системи електрорушійної сили зубцевої частоти в статорних обмотках, а, отже, і різний вплив асиметрії повітряного зазору на рівні симетричних складових. Приведено формули для визначення симетричних складових. У загальному випадку на рівні симетричних складових електрорушійної сили зубцевої частоти впливають дві групи факторів, що визначають несиметричні або відмінні від номінальних режими роботи асинхронного двигуна одного типорозміру. Збільшення магнітної асиметрії повітряного зазору викликає нелінійний, близький до параболічного характер зростання існуючих симетричних складових. Симетричні складові електрорушійної сили зубцевої частоти викликають протікання струмів відповідних складових по замкнутих контурах обмоток статора асинхронного двигуна та всієї системи електропостачання. Приведена розрахункова схема заміщення трифазної мережі для зубцевої гармоніки електрорушійної сили. Фазні опори обмоток обертових електричних машин для несиметричних трифазних мереж неоднакові для різних послідовностей. Основним методом розрахунку розглянутої мережі є метод симетричних складових. Розрахунок зроблено для однієї основної фази за схемами заміщення, що відповідає симетричним складовим електрорушійної сили зубцевої частоти. У результаті теоретичних досліджень отримані функціональні залежності впливу магнітної асиметрії на рівні й розподіл фазних струмів зубцевої частоти. Характер впливу на рівні симетричних складових близький до параболічного, причому найбільш чутливою до зміни магнітної асиметрії є неосновна симетрична складова нульової послідовності. Розроблена методика розрахунку струмів та напруг зубцевих частот асинхронного двигуна в умовах електроспоживання. Теоретичні положення підтверджуються експериментальними дослідженнями. Встановлено, що рівні зубцевих гармонік в системах електропостачання, як правило, не перевищують 10–15 % від рівня основної частоти. Це призводить до зниження надійності функціонування електричних мереж та скорочення строку служби основного енергетичного обладнання на підприємстві. Однак, найбільшу загрозу для електрогосподарств промислових підприємств викликає частотно-амплітудний резонанс на зубцевих частотах. Це обумовлено специфічною природою зубцевих гармонік асинхронного двигуна (парність, залежність від навантаження та різноманітних технологічних факторів). Найбільша загроза виникає у разі використання однотипних асинхронних двигунів зі схожими режимами їх експлуатації. Приведено осцилограми експериментальних досліджень.
Посилання
Т. М. Baziuk et al., Intelektualni Elektrychni Merezhi: Elementy Ta Rezhymy [Smart Grids: Elements and Modes]. Kyiv: Inst. Electrodyn. Nat. Acad. Sci. Ukraine, 2016. (in Ukrainian)
P. D. Lezhniuk and J. А. Shulle, On-Line Forecasting of Electric Energy Consumption Systems Electric Loads, Using Their Fractal Properties. Vinnytsya: Vinnytsia Nat. Tech. Univ., 2015. (in Ukrainian)
О. F. Butkevych, А. V. Levkonyuk, and О. І. Stasiuk, “Increasing reliability of monitoring of acceptability of loading of power system’s controlled cutsets”, Technical Electrodynamics, no. 2, pp. 56–66, 2014. (in Ukrainian).
J. Arrillaga, D. Bradley, and P. Bodger, Power System Quality Assessment. New York: Wiley, 1985.
О. G. Gryb, Ed., Kachestvo Elektricheskoi Energii. Tom 1. Ekonomiko-Pravovaia Baza Kachestva Elektricheskoi Energii v Ukraine I Evrosoiuze [Electricity Quality. Volume 1: Economic and Legal Framework for Electricity Quality in Ukraine and the EU]. Kharkiv: Monohrafyia PP «Hraf-Iks», 2014. (in Russian)
I. Z. Skrypin and S. N. Tihonravov, “Kontrol neravnomernosti vozdushnogo zazora asinkhronnykh elektrodvigatelei v proizvodstve i ekspluatatsii [Control of air gap non-uniformity of asynchronous electric motors in production and operation]”, Jelektrotehnicheskoe proizvodstvo. Peredovoj opyt i nauchno-tehnicheskie dostizhenija dlja vnedrenija. Otraslevoj informacionnyj sbornik, no. 7, pp. 8–10, 1987. (in Russian)
J. N. Fiorina, “Inverters and harmonics (case studies of non-linear loads)”, Cahier Technique Merlin Gerin, no. 159, 1993.
J.-P. Braun and C. Mester, “Reference grade calibrator for the testing of the dynamic behavior of phasor measurement units”, in 2012 Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM 2012), Washington, DC, USA, Jul. 1–6, 2012. pp. 410–411, doi: https://doi.org/10.1109/cpem.2012.6250977.
А. F. Zharkin, S. О. Palachov, and V. О. Novskyi, Normatyvno Pravove Rehuliuvannia Yakosti Napruhy v Elektrychnykh Merezhakh Z Dzherelamy Rozoseredzhenoi Heneratsii [Regulatory and Legal Regulation of Voltage Quality in Power Grids with Distributed Generation Sources]. Kyiv: Inst. Electrodyn. Nat. Acad. Sci. Ukraine, 2018. (in Ukrainian)
A. Moreno-Munoz, V. Pallares-Lopez, J. J. Gonzalez de la Rosa, R. Real-Calvo, M. Gonzalez-Redondo, and I. M. Moreno-Garcia, “Embedding synchronized measurement technology for smart grid development”, IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 9, no. 1, pp. 52–61, Feb. 2013, doi: https://doi.org/10.1109/tii.2012.2209659.
M. Zhang and K. Li, “A power quality monitoring system over the internet”, in 2009 First International Conference on Information Science and Engineering, Nanjing, China, Dec. 26–28, 2009. pp. 1577–1580, doi: https://doi.org/10.1109/icise.2009.136.
О. V. Kyrylenko, М. S. Seheda, О. F. Butkevych, and Т. А. Mazur, Matematychne Modeliuvannia v Elektroenerhetytsi [Mathematical Modelling in the Electric Power Industry]. Lviv: Lviv Polytech. Nat. Univ. Press, 2010. (in Ukrainian)
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Авторське право (c) 2023 Ігор Васильович Хоменко