Systems. Methods. Technologies 2 (38) 2018

Systems Methods Technologies. I.O. Belsky et al. Mathematical, numerical … 2018 № 2 (38) p. 44-53 44 УДК 621.313.333.2 DOI: 10.18324/2077-5415-2018-2-44-53 Математическое, численное и натурное моделирование параметров магнитного поля при несимметрии тока в фазах асинхронных электродвигателей И.О. Бельский a , А.В. Лукьянов b Иркутский государственный университет путей сообщения, ул. Чернышевского 15, Иркутск, Россия a belskyigor92@gmail.com , b loukian@inbox.ru a https://orcid.org/0000-0003-0804-3083, b https://orcid.org/0000-0002-5077-5408 Статья поступила 15.03.2018, принята 20.04.2018 В статье рассмотрены динамические характеристики асинхронных электродвигателей при возникновении и развитии дефекта несимметрия фаз питающего тока. В условиях реальной эксплуатации подводимое к оборудованию напряжение не всегда симметрично и одинаково по всем фазам. Возникновение неравномерного распределения может быть связано с таки- ми причинами, как подключение мощной нагрузки на одну из фаз, замыкание или обрыв одного из фазных проводов. Для того чтобы предотвратить внезапный выход из строя электродвигателя, способный повлечь за собой остановку производствен- ных процессов, создание аварийных ситуаций и увеличение экономических потерь, необходимо наиболее полно исследовать процессы, происходящие при зарождении и развитии дефектов. Произведены теоретические расчеты, позволяющие оценить зависимость изменения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя и распределения тангенциальной со- ставляющей электромагнитных сил в воздушном зазоре от уровня развития дефекта. Полученные данные сопоставлены с результатами, рассчитанными при помощи разработанной авторами конечно-элементной модели, позволяющей оценить состояние асинхронного электродвигателя при возникновении и развитии дефекта несимметрии тока. Теоретически рассчи- танные значения крутящего момента на валу совпадают с данными, полученными при конечно-элементном моделировании. Построены объемные графики распределения во времени рассчитанных значений тангенциальной составляющей электромаг- нитных сил по окружности воздушного зазора и магнитной индукции, полученной при конечно-элементном моделировании, графики изменения фазы вращающего момента и спектрального состава силовой результирующей тангенциальной состав- ляющей сил. В результате проведенных исследований установлена зависимость между величиной вращающего момента и распределением тангенциальных сил в конкретный момент времени. Произведены экспериментальные измерения напряжен- ности внешнего магнитного поля. Экспериментальные данные совпадают с теоретическими выкладками, полученными при численном расчете и конечно-элементном моделировании. Ключевые слова: несимметрия тока; асинхронный двигатель; тангенциальные силы; крутящий момент; магнитная индук- ция; конечно-элементная модель. Mathematical, numerical and full-scale modeling of magnetic field parameters in the asynchronous electric motors with nonsymmetrical current phases I.O. B lsky a , A.V. Lukyanov b Irkutsk State Transport University; 15, Chernishevsky St., Irkutsk, Russia a belskyigor92@gmail.com, b loukian@inbox.ru a https://orcid.org/0000-0003-0804-3083, b https://orcid.org/0000-0002-5077-5408 Received 15.03.2018, accepted 20.04.2018 Dynamic characteristics of asynchronous electric motors are considered in the article in the process of emergence and development of a defect in the asymmetry of the phases in the supply current. In conditions of actual operation, the voltage supplied to the equipment is not always symmetrical and identical in all phases. Such reasons as the connection of a powerful load to one of the phases, the clo- sure or breakage of one of the phase conductors may be the cause of the occurrence of uneven distribution. In order to prevent a sudden failure of the electric motor, which can lead to the shutdown of production processes, the creation of faulty situations and increase of economic losses it is necessary to investigate the processes that occur during the nucleation and development of defects. Theoretical calculations have been made to estimate the dependence of the change in the torque on the shaft of an induction motor and the distribu- tion of the tangential component of the electromagnetic forces in the air gap from the defect development level. The obtained data are compared with the results calculated with the help of the finite element model developed by the authors, which makes it possible to esti- mate the state of an asynchronous electric motor in the event of the appearance and development of a current asymmetry defect. Theo- retically calculated values of the torque on the shaft coincide with the data obtained for finite element simulation. The volumetric graphs of the time distribution have been constructed of calculated values of tangential component of the electromagnetic forces along the cir- cumference of air gap and the magnetic induction obtained for finite-element simulation, the graphs of phase changes of torque and the