Математическое моделирование комбинированной тепловой защиты глубокопазного асинхронного двигателя

Виталий Фёдорович Сивокобыленко; Сергей Николаевич Ткаченко

doi:10.34831/EP.2020.1063.2.007

Математическое моделирование комбинированной тепловой защиты глубокопазного асинхронного двигателя

Виталий Фёдорович Сивокобыленко, Сергей Николаевич Ткаченко

Аннотация

Разработана математическая модель глубокопазного асинхронного двигателя с комбинированной тепловой защитой. В модели по данным измерений текущих значений токов и напряжений статора определяют температуру нагрева обмоток статора и ротора по двум каналам: в первом из них -- по сравнению исходных и текущих значений сопротивлений прямой последовательности статора и ротора, а во втором -- по тепловой модели на основе расчётных текущих потерь мощности в статоре и роторе. Разработан и используется в алгоритме защиты бесконтактный способ измерения скольжения, основанный на учёте зависимостей сопротивлений ротора от частоты из-за явления скин-эффекта. Для предотвращения перегрева обмоток асинхронного двигателя при возникновении несимметричных режимов в алгоритме защиты по мгновенным комплексным значениям фазных токов и напряжений определяют модули напряжений, токов и сопротивлений обратной последовательности, которые сравнивают с допустимыми. Работоспособность предложенного алгоритма комбинированной тепловой защиты подтверждена результатами математического моделирования режима прямого пуска и работы при различной загрузке и несимметричном питании для глубокопазного асинхронного двигателя мощностью 630 кВт напряжением статора 6 кВ.

Ключевые слова

математическая модель, алгоритм комбинированной тепловой защиты, тепловая модель, глубокопазный асинхронный двигатель, сопротивления прямой последовательности, бесконтактный способ измерения скольжения, несимметричное питание.

Полный текст:

PDF

Литература

Сидельников, Л.Г. Обзор методов контроля технического состояния асинхронных двигателей в процессе эксплуатации [Текст] / Л.Г. Сидельников, Д.О. Афанасьев // Геология. Нефтегазовое и горное дело. – 2013.– № 7. – С. 127 – 137.

Сивокобыленко, В.Ф. Совершенствование систем диагностики и релейной защиты электрооборудования собственных нужд электростанций на основе информационных технологий [Текст] / В.Ф. Сивокобыленко, С.Н. Ткаченко // Электрические станции. – 2016. – № 8. – С. 46 – 52.

Правила устройства электроустановок. Все действующие разделы шестого и седьмого изданий с изменениями и дополнениями по состоянию на 01 февраля 2016_г. [Текст]. -- М.: КНОРУС, 2016. – 488 с.

IEEE Recommended Practice for Motor Protection in Industrial and Commercial Power Systems (IEEE Std 3004.8™-2016) [Text] // The Institute of Electrical and Electronics Engineers. -- Inc. 2016. – 163 p.

Gonzalez-Cordoba, Jose L. Thermal-Impact-Based Protection of Induction Motors Under Voltage Unbalance Conditions [Text] / Jose L. Gonzalez-Cordoba, A. Roque Osornio-Rios, David Granados-Lieberman, Rene de J. Romero-Troncoso, Martin Valtierra-Rodriguez // IEEE Transactions on Energy Conversion. – Vol. 33. – Issue 4. – 2018. – P. 1748 – 1756.

Lebenhaft, E. Thermal protection of undocumented AC motors [Text]: proceedings of 55th IEEE Petroleum and Chemical Industry Technical Conference / E. Lebenhaft, M. Zeller. – 2008. – P. 1 – 7.

Whatley, P. Enhanced motor protection with the slip-dependent thermal model: a case study [Text] / P. Whatley, M. Lanier, L. Underwood, S. Zocholl // Protective Relay Engineers, 61st Annual Conference. – 2008. – P. 204 – 214.

Valenzuela, Aníbal M. Simple and Reliable Model for the Thermal Protection of Variable-Speed Self-Ventilated Induction Motor Drives [Text] / Aníbal M. Valenzuela, Pablo Reyes // IEEE Transactions on Industry Applications. – 2010. – Vol. 46. – Issue 2. – P. 70 – 77.

Maksoud Salah, A. Abdel. Simulation and Experimental Increased Temperature Effect on Induction Motor Parameters [Text]: proceedings of 2018 XIV International Scientific-Technical Conference on Actual Problems of Electronics Instrument Engineering (APEIE) / Salah A. Abdel Maksoud, Tatyana V. Chestyunina. – 2018. – P. 258 -- 263

Venkataraman, B. Fundamentals of a motor thermal model and its applications in motor protection [Text] / B. Venkataraman, B. Godsey, W. Premerlani, E. Shulman, M. Thakur, R. Midence // GE Global Research. Motor Thermal Model Protection Applications. – 2008. – P. 41 – 55.

Ziuzev, A.M. On Heating Induction Motor Rotor at Start-Up of High-Inertia Mechanisms [Text]: proceedings of 2018 17th International Ural Conference on AC Electric Drives (ACED) / A.M. Ziuzev, V.P. Metelkov. – 2018. – P. 1 – 5.

Fedorova, K. Rotor Thermal Model for Real-time Protection in Adjustable Induction Motor Drives [Text]: proceedings of 2018 53rd International Universities Power Engineering Conference (UPEC) / K. Fedorova, V. Podzorova, I. Gulyaev, A. Anuchin. – 2018. – P. 1 – 4.

Бешта, А.С. Диагностика теплового состояния асинхронного двигателя [Текст]: сб. научных трудов Днепродзержинского государственного технического университета (технические науки). Тематический выпуск «Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика» / А.С. Бешта, С.С. Худолей, N. Neuberger, E. Nolle. – Днепродзержинск: ДГТУ, 2007. – С. 469 – 471.

Петушков, М.Ю. Тепловая модель асинхронного двигателя [Текст] / М.Ю. Петушков // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. – 2011. – № 4. – С. 48 – 50.

Gao, Z. Model reduction perspective on thermal models for induction machine overload relays [Text] / Z. Gao, R.S. Colby, T.G. Habetler, R.G. Harley // IEEE Transactions on Industrial Electronics. – 2008. – Vol. 55. – Issue 10. – P. 3525 – 3534.

Gao, Z.A. Complex space vector approach to rotor temperature estimation for induction machines with impaired cooling and unbalance [Text] / Z.A. Gao, R.S. Colby, T.G. Habetler, R.G. Harley // IEEE Transactions on Industrial Electronics. – 2009. – Vol. 56. – Issue 1. – P. 239 – 247.

Beguenane, R. Induction motors thermal monitoring by means of rotor resistance identification [Text] / R. Beguenane, M.E.H. Benbouzid // IEEE Transaction on Energy Conversion. – 1999. – Vol. 14. – Issue 3. – P. 566 – 570.

Сивокобыленко, В.Ф. Тепловая защита асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при несимметрии питающего напряжения [Текст] / В.Ф. Сивокобыленко, С.Н. Ткаченко // Вестник Кременчугского государственного политехнического университета имени М. Остроградского. -- 2009. – Вып. 3/2009 (56). – Часть 2. – С. 74 – 78.

Сивокобыленко, В.Ф. Определение параметров схем замещения и характеристик асинхронных двигателей [Текст] / В.Ф. Сивокобыленко, С.Н. Ткаченко, С.В. Деркачев // Электричество. – 2014. – № 10. – С. 38 -- 44.

Сивокобыленко, В.Ф. Переходные процессы в системах электроснабжения собственных нужд электростанций [Текст]: уч. пособие / В.Ф. Сивокобыленко, В.К. Лебедев. – Донецк: ДонНТУ, 2002. – 136 с.

DOI: http://dx.doi.org/10.34831/EP.2020.1063.2.007