ДИНАМІЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ РОБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННОГО ДВИГУНА ЗА УМОВ ПОГІРШЕННЯ ЯКОСТІ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ

Анотація

У статті представлено динамічну електромагнітну модель трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором, розроблену для моделювання його роботи в умовах реальних порушень якості електроенергії. Актуальність дослідження зумовлена зростаючим впливом проблем електромагнітної сумісності та енергетичних втрат у промислових системах, що працюють за умов асиметрії напруги та гармонічних
спотворень - характерних для мереж із нелінійними навантаженнями, такими як зварювальне обладнання, дугові печі та частотні перетворювачі.

Традиційні моделі двигунів, які базуються на припущенні ідеальних умов живлення, не забезпечують достатньої точності для прогнозування погіршення характеристик за наявності таких спотворень. Для подолання цього обмеження запропонована модель побудована на основі просторово-часових комплексів та розширених рівнянь Парка–Горєва. Ключовою особливістю є врахування насичення магнітопроводу, змодельованого через поліноміальну залежність взаємної індуктивності від намагнічувального струму, що дозволяє більш точно описувати роботу двигуна в умовах високих навантажень та несиметрії.

Модель була апробована на асинхронному двигуні МТКН 112-6 потужністю
5,3 кВт у двох режимах: при ідеальній синусоїдальній напрузі та при спотвореному асиметричному живленні з гармоніками до 10-го порядку. Результати показали, що спотворення напруги призводить до зростання втрат у статорі (з 491,3 Вт до 498,3 Вт) і роторі (з 652,2 Вт до 661,5 Вт), зниження ККД (з 81,4% до 81,2%) та суттєвого зменшення коефіцієнта потужності
(з 0,98 до 0,90). Крім того, спотворення форм струмів і пульсації моменту підтвердили підвищене електромагнітне навантаження на двигун.

Отримані результати моделювання добре узгоджуються з експериментальними даними (RMSE < 4%), що підтверджує надійність і практичну цінність запропонованої моделі для задач діагностики, прогнозного обслуговування, цифрових двійників та навчального моделювання. На відміну від традиційного гармонічного аналізу на основі перетворення Фур’є, використання просторово-часових комплексів дозволяє комплексно описувати як усталені, так і перехідні режими без необхідності розкладання на окремі гармоніки.

Дане дослідження робить внесок у розвиток енергоефективних та інтелектуальних промислових систем. Подальші дослідження будуть спрямовані на впровадження стохастичних моделей для врахування динамічних змін якості електроенергії, що дозволить реалізувати прогнозне керування та підтримати розвиток автоматизації в рамках концепції Industry 4.0.