ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ МОДЕЛЮВАННЯ РОБОТИ АСИНХРОННОГО ДВИГУНА НА ОСНОВІ АДАПТИВНОГО ПІДХОДУ
DOI:
https://doi.org/10.34185/1991-7848.2025.01.06Ключові слова:
Асинхронний двигун, електричні мережі, лінійні напруги, засоби захисту, економічна модель, електрична енергіяАнотація
Дослідження присвячене підвищенню надійності моделювання роботи асинхронних двигунів під час розв'язання техніко-економічних завдань, пов'язаних із вибором систем захисту електроприводів, що працюють у промислових електричних мережах зі зниженою якістю електроенергії. Наявність напругових асиметрій, гармонічних спотворень та інших проблем якості електроенергії в цехових мережах істотно впливає на ефективність роботи і тривалість служби асинхронних двигунів, збільшуючи втрати енергії та витрати на технічне обслуговування. У статті запропоновано енергетико-економічну модель, яка дозволяє проводити обчислювальні експерименти з метою визначення оптимальних технічних рішень для поліпшення якості енергопостачання. Ключовим елементом моделі є система генерації та контролю параметрів лінійних напруг, яка забезпечує відповідність змодельованих сигналів їх статистичним закономірностям, що спостерігаються у реальних умовах роботи промислових підприємств. Вперше впроваджено адаптивні алгоритми для безперервної та одночасної оцінки середніх значень, дисперсій, автокореляційних і взаємокореляційних функцій гармонік напруги. Наведено математичні вирази для корекції цих характеристик у процесі накопичення інформації. Запропоновано структурні схеми систем керування для аналогового та цифрового моделювання процесів зміни напруги, що дозволяють здійснювати моніторинг достовірності отриманих даних у реальному часі. Отримані результати моделювання були верифіковані за допомогою перевірки статистичних гіпотез щодо середніх значень і дисперсій гармонік напруги. Експериментальні дослідження проводилися у прокатному цеху №1 ПАТ "Дніпроспецсталь", де функціонування потужних напівпровідникових перетворювачів спричиняє значні спотворення напруги в цехових мережах. Результати досліджень підтвердили адекватність запропонованого підходу до моделювання та його придатність для обґрунтування економічно ефективних рішень щодо поліпшення якості електроенергії. Робота робить вагомий внесок у підвищення енергоефективності промислових підприємств, надаючи методичну основу для достовірного моделювання роботи асинхронних двигунів в умовах спотвореної якості енергопостачання. Запропонований підхід дозволяє істотно скоротити витрати і тривалість експериментальних досліджень за рахунок заміни їх на валідоване обчислювальне моделювання. Окрім цього, розроблена система адаптивного керування забезпечує мінімізацію накопичення похибок у процесі чисельного моделювання та підвищення точності аналізу складних електротехнічних систем. Проведене дослідження підкреслює важливість комплексного підходу до врахування реальних умов роботи електроприймачів у процесі створення моделей для оптимізації енергоспоживання та забезпечення надійності електроприводів у промислових мережах.
Посилання
Kuznetsov V.V., Tryputen M.M., Kuznetsov V.G., Tryputen M., Kuznetsova A., Kuznetsova Y. Choosing of asynchronous motor protection equipment in production environment (2020) IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 985 (1), art. no. 012022. DOI: 10.1088/1757-899X/985/1/012022
Waide, P. , Brunner, C.U. Energy-Efficiency Policy Opportunities for Electric Motor-Driven Systems; Internationnal Energy Agency: Paris, France, 2011.
Modeling of structural elements of the energy-economic model «Electric network - electric consumer» [Text] : Monograph . M. Tryputen, V. Kuznetsov, V. Kovalenko, V. Artemchuk, S. Levchenko. Karlsruhe, 2024. 138 p. DOI: https://doi.org/10.30890/978-3-98924-021-6.2024
Beleiu, H. G., Maier, V., Pavel, S. G., Birou, I., Pică, C. S., & Dărab, P. C. (2020). Harmonics Consequences on Drive Systems with Induction Motor. Applied Sciences, 10(4), 1528. https://doi.org/10.3390/app10041528
EN 50160:2010. Voltage Disturbances Standard EN 50160-Voltage Characteristics in Public Distribution Systems; Normalization Spanish Association: Madrid, Spain, 2010.
IEEE Std 519-2014. (2014). IEEE Recommended Practice and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems. IEEE Standards Association.
IEEE Std 1159-2019. (2019). IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality. IEEE Standards Association. https://doi.org/10.1109/IEEESTD.2019.8796486
Cuong Ngo Van, Kovernikova Lidiia I. Analysis of the influence of non-sinusoidal and unbalanced network modes on induction motors. E3S Web of Conferences 289, 01002 (2021). Energy Systems Research 2021. doi.org/10.1051/e3sconf/202128901002
Beleiu, H. G., Maier, V., Pavel, S. G., Birou, I., Pică, C. S., & Dărab, P. C. (2020). Harmonics Consequences on Drive Systems with Induction Motor. Applied Sciences, 10(4), 1528. https://doi.org/10.3390/app10041528
Bryan, J. (2011). Effect of Voltage Variation on Induction Motor Characteristics. Electrical Apparatus Service Association (EASA). Available at: https://easa.com/training/private-webinars/effect-of-voltage-variation-on-induction-motor-characteristics?utm_source
Nadir Benamira, Azzeddine Dekhane, Ahmed Bouraiou, Issam Atoui, Exploring the effects of overvoltage unbalances on three phase induction motors: Insights from motor current spectral analysis and discrete wavelet transform energy assessment, Computers and Electrical Engineering, Volume 117, 2024,109242, ISSN 0045-7906, https://doi.org/10.1016/j.compeleceng.2024.109242.
Elgammal M.A., Abou-Ghazala A.Y. and Elshennawy T.I. Effects of Voltage Sags on Induction Motors. ACTA ELECTROTEHNICA. Volume 50, Number 4, 2009. Pp/245-252/
Dongdong Zhang Effects of Voltage Sag on the Performance of Induction Motor Based on a New Transient Sequence Component Method. CES TRANSACTIONS ON ELECTRICAL MACHINES AND SYSTEMS, Vol. 3, No. 3, September 2019. pp.316-324.
Sayenko, D. Kalyuzhniy, "Analytical methods for determination of the factual contributions impact of the objects connected to power system on the distortion of symmetry and sinusoidal waveform of voltages", Przegląd elektrotechniczny, vol. 91, pp. 81-85, 2015.
Zhezhelenko, I.V. Selected problems of nonsinusoidal modes within power grids of enterprises [Text] / I.V. Zhezhelenko, Yu.L. Saenko, Т.К. Baranenko, А.V. Gorpinich, & V.V. Nesterovich. – М.: Energoatomizdat, 2007. − 294 pp.
Pedra, J. Estimation of typical squirrel-cage induction motor parameters for dynamic performance simulation [Text] / J. Pedra // IEEE Proceedings on Generation, Transmission and Distribution. – 2006. – Vol. 153, Issue 2. – P. 197. doi: 10.1049/ip-gtd:20045209.
G. C. Seritan, C. Cepişcã, P. Guerin, "The analysis of separating harmonics from supplier and consumer", Electrotehnicã Electronicã Automaticã (EEA), vol. 55, no. 1, pp. 14-18, 2007.
Yevheniia Kuznetsova, Vitaliy Kuznetsov, Mykola Tryputen, Alisa Kuznetsova, Maksym Tryputen "Development and Verification of Dynamic Electromagnetic Model of Asynchronous Motor Operating in Terms of Poor-Quality Electric Power," 2019 IEEE International Conference on Modern Electrical and Energy Systems (MEES), Kremenchuk, Ukraine, 2019, pp. 350-353. doi: 10.1109/MEES.2019.8896598
Electric energy. Requirements for electric energy quality within general-purpose power grids: GOST 13109-97. – IPK. – М.: Publication House of Standards, – 1998. – 15 pp.
Kuznetsov Vitaliy, Tryputen Nikolay, Kuznetsova Yevheniia (2019). Evaluating the effect of electric power quality upon the efficiency of electric power consumption. 2019 IEEE 2nd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering Lviv, Ukraine, July 2-6, 2019, pp. 556-561. DOI: 10.1109/UKRCON.2019.8879841.
I. Romashykhin, N. Rudenko and V. Kuznetsov, "The possibilities of the energy method for identifying the parameters of induction motor," 2017 International Conference on Modern Electrical and Energy Systems (MEES), Kremenchuk, 2017, pp. 128-131.doi: 10.1109/MEES.2017.8248869
Kachan, Yu.G., Nikolenko, А.V., & Kuznetsov, V.V. Identifying parameters and testing adequacy of thermal model of asynchronous motor operating under the conditions of noisy electric energy / Kachan, Yu.G., Nikolenko, А.V., & Kuznetsov, V.V. ─ Kremenchuk, 2011. ─ Pp.56-59.─ (Messenger of Kremenchuk State Polytechnical University: #1).
Kachan, Yu.G., Nikolenko, А.V. On the voltage modeling within power grids of industrial enterprises. – Electrotechnics and power industry. – # 1 2012. Pp.72-75, Zaporizhzhia.
M. Tryputen, V. Kuznetsov, A. Kuznetsova, K. Maksim and M. Tryputen, "Developing Stochastic Model of a Workshop Power Grid," 2020 IEEE Problems of Automated Electrodrive. Theory and Practice (PAEP), Kremenchuk, Ukraine, 2020, pp. 1-6, doi: 10.1109/PAEP49887.2020.9240898.
V. E. Gmurman, Fundamentals of Probability Theory and Mathematical Statistics, I. I. Berenblut, Ed. London: Illiffe Book Ltd., 1968
Soong T. T. Fundamentals of Probability and Statistics for Engineers. Wiley. 2004
Ross S. M. A First Course in Probability. Pearson. 2018
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Сучасні Проблеми Металургії
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
