energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2024-67-2-125-136energy-2365Research ArticleЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКАELECTRICAL POWER ENGINEERINGАнализ электромагнитных и тепловых процессов асинхронного двигателя с помощью 3D-моделированияAnalysis of Electromagnetic and Thermal Processes of an Induction Motor Using 3D ModelingПехотаА. Н.PekhotaA. N.

Адрес для переписки:Пехота Александр Николаевич –Белорусский национальный технический университет, просп. Независимости, 65, 220013, г. Минск, Республика Беларусь.Тел.: +375 17 293-93-52tgv_fes@bntu.by

Address for correspondence:Pekhota Аleksandr N.–Belаrusian National Technical University, 65/2, Nezavisimosty Ave., 220013, Minsk, Republic of Belarus. Tel.: +375 17 293-93-52tgv_fes@bntu.by

tgv_fes@bntu.byГалушкоВ. Н.GalushkoV. N.

Гомель

Gomel

ХрусталевБ. М.KhrustalevB. M.

г. Минск

Minsk

МирошД. В.MiroshD. V.

Гомель

Gomel

Белорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarusБелорусский государственный университет транспортаБеларусьBelarusian State University of TransportBelarus202408042024672125136Copyright © Пехота А.Н., Галушко В.Н., Хрусталев Б.М., Мирош Д.В., 20242024Пехота А.Н., Галушко В.Н., Хрусталев Б.М., Мирош Д.В.Pekhota A.N., Galushko V.N., Khrustalev B.M., Mirosh D.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/2365

Представлены результаты исследований и анализ электромагнитных и тепловых процессов, проходящих в асинхронном двигателе. Представлены сведения о создании модели конструкции вспомогательного асинхронного двигателя с различными параметрами по методике Гольдберга и описан порядок выбора варианта с наилучшими электромеханическими характеристиками. Определены основные факторы, оказывающие влияние на методы расчета с учетом скорости старения, температуры и распределения температурного поля, а также срока службы изоляции. Исследования позволили разработать и применить 3D-модели электромагнитных процессов с использованием специальных программ, в интерактивном режиме без описания сложных векторных уравнений теории поля, используя при этом происходящие тепловые процессы. Определено совокупное влияние на срок службы изоляции факторов температуры, влажности при различных воздействиях агрессивных сред. Сравнение характеристик реального, модельного и рассчитанного по стандартной методике АД позволило рассчитать ошибку с учетом поправочного коэффициента относительно данных, применяемых в расчетных методах оценки, и использовать данное значение в новых методиках расчета и моделирования. Предложенные 3D-модели электромагнитных и тепловых процессов, протекающих в асинхронных двигателях, позволяют: оценить эффективность электрической машины; усовершенствовать конструкцию с учетом критериев пропускной способности электротехнической стали и температуры обмоток; создают предпосылки для более точных прогнозов при оценке остаточного ресурса изоляции на основе температурных полей.

The results of research and analysis of electromagnetic and thermal processes taking place in an induction motor are presented. Information is presented on the creation of a design 

model of an auxiliary induction motor with various parameters according to the Goldberg method and the procedure for selecting the option with the best electromechanical characteristics is described. The main factors influencing the calculation methods, taking into account the aging rate, temperature and distribution of the temperature field, are determined, as well as the service life of the insulation. The research has made it possible to develop and apply 3D models of electromagnetic processes using special programs, interactively without describing complex vector equations of field theory, while using the ongoing thermal processes. The cumulative effect of temperature and humidity factors on the insulation service life under various influences of aggressive media has been determined as well. A comparison of the characteristics of the real induction motor (IM), the model IM and the one calculated according to the standard methodology made it possible to calculate the error taking into account the correction factor relative to the data used in the calculation methods of assessment, and to use this value in new calculation and modeling methods. The proposed 3D models of electromagnetic and thermal processes taking place in asynchronous motors make it possible to evaluate the efficiency of an electric machine; improve the design taking into account the criteria of electrical steel throughput and winding temperature; they also create prerequisites for more accurate forecasts when assessing the insulation residual life based on temperature fields.

асинхронный электродвигательэлектромагнитные процессытепловые процессы3D-модели электромагнитных процессоввекторные уравнения теории полясрок службы электроизоляциискорость старения изоляцииinduction electric motorelectromagnetic processesthermal processes3D models of electromagnetic processesvector equations of field theoryservice life of electrical insulationcalculation of insulation aging rateReferencesБуль, О. Б. Методы расчета систем электрических аппаратов. Программа ANSYS: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / О. Б. Буль. М.: Изд. центр «Академия», 2006. 288 с.Bul’ O. B. (2006) Methods of Electrical Apparatus Systems Computaion. The ANSYS Software. Moscow, Akademiya Publ. 288 (in Russian).Беззубцева, М. М. Расчет электромагнитного механоактиватора с применением программного комплекса Ansys / М. М. Беззубцева, В. С. Волков, П. С. Прибытков // Известия СПб. государственного аграрного ун-та. 2009. № 15. С. 150–154.Bezzubtseva M. M., Volkov V. S., Pribytkov P. S. (2009) Compoutation of an Electromagnetic Mechanical Activator Using the ANSYS Software Package. Sankt-Peterburgskii Gosudarstvennyi Agrarnyi Universitet. Izvestiya, (15), 150–154 (in Russian).Мансурова, А. Р. Применение программного комплекса ANSYS в компьютерном моделировании / А. Р. Мансурова // Молодой ученый. 2018. № 39 (225). С. 31–33.Mansurova A. R. (2018) Application of the ANSYS Software Package in Computer Modeling. Molodoi Uchenyi [Young Scientist], (39), 31–33 (in Russian).Оконечников, А. С. Прочностные и динамические расчеты в программном комплексе Ansys Workbench: учеб. пособие / А. С. Оконечников, Д. О. Сердюк, Г. В. Федотенков. М.: Изд-во МАИ, 2021. 104 с.Okonechnikov A. S., Serdyuk D. O., Fedotenkov G. V. (2021) Strength and Dynamic Calculations in the ANSYS Workbench Software Package. Moscow, MAI Publ. 104 (in Russian).Гольдберг, О. Д. Проектирование электрических машин: учеб. для втузов / О. Д. Гольдберг, Я. С. Гурин, И. С. Свириденко. М.: Высш. шк., 1984. 431 с.Goldberg O. D., Gurin Ya. S., Sviridenko I. S. (1984) Designing Electric Machines. Moscow, Vysshaya shkola Publ. 431 (in Russian).Галушко, В. Н. Расчет асинхронных двигателей: пособие для выполнения курсовой работы / В. Н. Галушко, И. С. Евдасев, В. А. Пацкевич; М-во трансп. и коммуникаций Респ. Беларусь, Белорус. гос. ун-т трансп. Гомель: БелГУТ, 2016. 158 с.Galushko V. N., Evdasev I. S., Patskevich V. A. (2016) Calculation of Asynchronous Motors. Gomel, Belarusian State University of Transport. 158 (in Russian).Воробьев, В. Е. Прогнозирование срока службы электрических машин: письменные лекции / В. Е. Воробьев, В. Я. Кучер. СПб.: СЗТУ, 2004. 56 с.Vorobyov V. E., Kucher V. Ya. (2004) Forecasting the Service Life of Electrical Machines. St. Petersburg, North-West State Technical University. 56 (in Russian).Пехота, А. Н. Технология использования сверхточных нейронных сетей при диагностике состояния трансформаторов / А. Н. Пехота, В. Н. Галушко, И. Л. Громыко. // Вестник Полоцкого государственного университета. Сер. С. Фундаментальные науки. 2021. № 12. С. 63–69.Pehota A., Galushko V., Gromyko I. (2021) Technology of Using Convolutional Neural Networks in Diagnosing the State of Transformers. Vestnik Polotskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Seriya C. Fundamental'nye Nauki = Vestnik of Polotsk State University. Part C. Fundamental Sciences, (12), 63–69 (in Russian).Пехота, А. Н. Диагностирование межвитковых коротких замыканий трансформаторов с помощью комплексного анализа данных приборного учета / А. Н. Пехота, В. Н. Галушко, И. Л. Громыко // Энергоэффективность. 2021. № 2. С. 24–28.Pekhota A. N., Galushko V. N., Gromyko I. L. (2021) Diagnostics of Inter-Turn Short Circuits of Transformers Using Comprehensive Analysis of Instrument Data. Energoeffektivnost' [Energy Efficiency], (2), 24–28 (in Russian).Галушко, В. Н. Применение интеллектуальных нейросетей для диагностики межвитковых замыканий трансформаторов / В. Н. Галушко, А. Н. Пехота, И. Л. Громыко // Материалы X Междунар. науч.-практ. конф. «Проблемы безопасности на транспорте», Гомель, 26–27 нояб. 2020 г. Гомель: БелГУТ, 2020. С. 88–89.Galushko V. N., Pekhota A. N., Gromyko I. L. (2020) The Use of Intelligent Neural Networks for the Diagnosis of Inter-Turn Circuits of Transformers. Materialy X Mezhdunar. Nauch.-Prakt. Konf. «Problemy Bezopasnosti na Transporte», Gomel', 26–27 Noyab. 2020 g. [Materials of the Xth International Scientific and Practical Conference “Problems of Transport Safety”, Gomel, November 26–27, 2020]. Gomel, Belarusian State University of Transport, 88–89 (in Russian).Пехота, А. Н. Технология применения диагностического комплекса трансформаторов / А. Н. Пехота, В. Н. Галушко, И. Л. Громыко // Энергоэффективность. 2022. № 3. С. 22–26.Pekhota A. N. Galushko V. N., Gromyko I. L (2022) Technology of Application of Diagnostic Complex of Transformers. Energoeffektivnost' [Energy Efficiency], (3), 22–26 (in Russian).Пехота, А. Н. Результаты диагностирования различных неисправностей трансформаторов с воздушным охлаждением / А. Н. Пехота, И. Л. Громыко, В. Н. Галушко // Энергоэффективность. 2022. № 8. С. 24–29.Pekhota A. N. Galushko V. N., Gromyko I. L (2022) The Results of Diagnosing Various Malfunctions of Air-Cooled Transformers. Energoeffektivnost' [Energy Efficiency], (8), 24–29 (in Russian).Опейко, О. Ф. Синтез на основе линеаризации векторного управления скоростью асинхронного электродвигателя без датчика скорости / О. Ф. Опейко // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2022. Т. 65, № 2. С. 103–114. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2022-65-2-103-114.Opeiko O. F. (2022) Synthesis Based on Linearization of Vector Speed Control of an Induction Motor without a Speed Sensor. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 65 (2), 103–114. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2022-65-2-103-114 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.