Аннотация
В статье рассмотрены вопросы разработки компьютерной 6-массовой термодинамической модели асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Компьютерные модели многомассовых термодинамических моделей являются составной частью статических и динамических математических моделей, интенсивно развивающегося актуального направления в автоматизированном электроприводе. Целью статьи является разработка математической и компьютерной 6-массовой термодинамической модели асинхронного двигателя, характеризующейся рациональным разбиением на тепловые массы и теплогенерацию и имеющей в структурной схеме минимум перекрестных связей. На основе предыдущих статей авторов и анализа статей других авторов предложена структурная схема модели, в которой научная новизна состоит в расчете коэффициентов теплопередачи на основе переменных теплогенерации и установившихся температур выделенных масс. Практическая ценность статьи состоит в приведенных формулах по расчету теплоёмкостей, коэффициентов теплопередачи, постоянных времени выделенных масс. Некоторые коэффициенты теплопередачи дополнительно зависят от скорости вращения двигателя в зависимости от типа системы вентиляции. Теоретические исследования выполнены с привлечением методов термодинамики и теории автоматического регулирования. При расчете тепловых процессов использовался на основе векторно-матричного дифференциального уравнения программный пакет проектирования инженерных приложений Matlab Simulink. Разработанная компьютерная программа в статье на примере асинхронного двигателя 4А90L4Y3 использована для анализа четырех различных тепловых процессов в режиме S1. Программа может быть использована в составе статических и динамических моделей автоматизированного электропривода переменного тока для расчета переходных процессов с использованием тахограмм и нагрузочных диаграмм с режимами работы S1, S2, S3 и S6, а также в составе моделей нагрузочных агрегатов для испытания двигателей после капитального ремонта.
Ключевые слова
термодинамическая математическая модель, теплогенерация, потери, асинхронный двигатель, тепловые параметры, компьютерная модель
1. Электромеханические и тепловые режимы асинхронных двигателей в системах частотного управления: учеб. пособие / Шрейнер Р.Т., Костылев А.В., Кривовяз В.К., Шилин С.И. Екатеринбург: ГОУ ВПО «Рос. гос. проф.-пед. ун-т», 2008. 361 с.
2. Зюзев А.М., Метельков В.П. Термодинамическая модель асинхронного двигателя электроприводов с интенсивными процессами тепловыделения // Известия ТулГУ. Технические науки. В 5 ч. Вып. 3. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. №.1. С. 138-145.
3. Зюзев А.М., Метельков В.П. Использование термодинамических моделей для проверки асинхронного двигателя по нагреванию // Труды Междунар. пятнадцатой науч.-техн. конф. «Электроприводы переменного тока». Екатеринбург: Изд-во УМЦ УПИ, 2011. С. 183-186.
4. Ключев В.И. Теория электропривода: учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1985. 560 с.
5. Ильинский Н.Ф. Основы электропривода. М.: Изд-во МЭИ, 2007. 251 c.
6. Gao Z. Sensorless stator winding temperature estimation for induction machines. Georgia Institute of Technology, 2006.
7. Анучин А.С. Двухмассовая тепловая модель для энергоэффективного выбора асинхронного двигателя // Труды VII Международной (XVIII Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу (АЭП). Иваново: ИГЭУ, 2012. С. 179-183.
8. Борисенко А.И., Костиков О.Н., Яковлев А.И. Охлаждение промышленных электрических машин: учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1983. 293 с.
9. Омельченко Е.Я., Агапитов Е.Б., Моисеев В.О. Термодинамическая модель асинхронного двигателя // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2012. №1(37). С. 67-70.
10. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2013661741. 7-массовая математическая термодинамическая модель асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором / Омельченко Е.Я., Моисеев В.О., Тележкин О.А., Бондаренко В.А.; заявитель Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова; заявл. 16.12.2013, опубл. 20.01.2014.
11. Сипайлов Г.А., Санников Д.И., Жадан В.А. Тепловые, гидравлические и аэродинамические расчеты в электрических машинах: учеб. для вузов. М.: Высш. шк., 1989. 239 с.
12. Петушков М.Ю. Тепловая модель асинхронного двигателя // Известия вузов. Северокавказский регион. Технические науки. 2011. №4. С. 48-50.
13. Staton D., Cavagnino A. Convection heat transfer and flow calculation suitable for nalytical modeling of electrical machines IECON. URL: http://www.motor-dsign.com/cmsAdmin/uploads/iecon_2006_conv_and_flow.pdf (дата обращения 15.01.2023)
14. Асинхронные двигатели серии 4А: справочник / Кравчик А.Э., Шлаф М.М., Афонин В.И., Соболенская Е.А. М.: Энергоиздат, 1982. 504 с.
15. Сарваров А.С., Омельченко Е.Я. Методика расчета потерь в стали при анализе электромагнитных процессов в асинхронных машинах // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2011. № 1-2. С. 101-108.
16. Черных И.В. SIMULINK: среда создания инженерных приложений / под общ. ред. Потемкина В.Г. М.: Диалог-МИФИ, 2004. 496 с.
17. Браславский И.Я., Ишматов З.Ш., Поляков В.Н. Энергосберегающий асинхронный электропривод: учеб. пособие. М.: Изд. центр «Академия», 2004. 256 с.
18. Математические модели нагрева и охлаждения асинхронных двигателей для микропроцессорного реле тепловой защиты / Г.А. Бугаев, А.Н. Леонтьев, Е.Ю. Ерохин, Д.В. Павлова // Известия вузов. Электромеханика. 2001. №2. С. 51-54.
Многомассовая термодинамическая модель асинхронного двигателя / Е.Я. Омельченко, А.Б. Лымарь, А.И. Гибадуллин, А.П. Мальцев // Электротехнические системы и комплексы. 2023. № 2(59). С. 43-48. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2023-2(59)-43-48