Обзор системных исследований электрических машин в специфических условиях эксплуатации энергоустановок

Николай Михайлович Шайтор

doi:10.22213/2410-9304-2024-2-87-93

Авторы

Н. М. Шайтор Севастопольский государственный университет

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2024-2-87-93

Ключевые слова:

двухслойный ротор, асинхронный двигатель, модульный генератор, температурный режим, жизненный цикл

Аннотация

Рассматривается проблема уязвимости жизненного цикла, предопределяемая стадиями разработки, эксплуатации и модернизации электрических машин, связанными с ограничениями габаритов и массы, с динамическими электромагнитными и тепловыми перегрузками, с возможными затоплениями и изменениями условий вентилирования и охлаждения. Снижение массогабаритных показателей электрических машин лежит на путях исключения пассивных участков магнитных цепей и оптимизации соотношения меди и стали. Стремление к снижению массогабаритных показателей и увеличению энергетической плотности влечет за собой повышенные тепловыделения и температурные нагрузки структурных элементов. Возрастание температур, при которых работают современные машины, указывает на необходимость разработки математических моделей, отражающих реакцию электротехнических материалов структурных элементов на совместное воздействие тепловых и магнитных полей. Подобные модели востребованы для исследования температурной зависимости изоляционных, магнитных и рабочих свойств электрических машин в ходе установления необходимых ограничений режимов работы с целью сохранения и продления жизненного цикла. Критерием принятия управленческих решений, направленных на изменение режимов работы в ходе эксплуатации, могут быть максимальные нагрузки, ограничивающие выход за предельно допустимые температуры используемого класса электрической изоляции, а также за критические значения индукции, определяемые температурной зависимостью магнитных свойств ферромагнетиков, влияющих на рабочие характеристики электрических машин. Дальнейшее решение проблемы лежит на пути создания цифровых двойников, содержащих полные математические и компьютерные имитационные модели, описывающие процессы в электрических машинах с учетом температурной зависимости физических свойств материалов структурных элементов вследствие наложения тепловых, магнитных и электрических полей.

Биография автора

Н. М. Шайтор, Севастопольский государственный университет

кандидат технических наук, доцент

Библиографические ссылки

Фролов М. Ю., Дулов И. В. Параметрическая идентификация асинхронной машины в процессе эксплуатации // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2021. Т. 13, № 1 (49). С. 85-96.

Ершов М. С., Феоктистов Е. А. Модели и алгоритмы прогнозирования нагрева асинхронного двигателя при изменении режимов его работы // Электротехника. 2021. № 11. С. 82-90.

Нефедьев А. И., Исаев А. В., Исаева Л. А. Информационная модель асинхронных электромеханических преобразователей // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2021. № 1. С. 40-47. DOI: 10.25791/pribor.1.2021.1236.

Аминов Д. С. Применение программного комплекса Ansys Electronics Desktop для анализа водопогружного гидрогенератора комбинированного возбуждения // Электротехнические системы и комплексы. 2020. № 1 (46). С. 13-18. DOI: 10.18503/2311-8318-2020-1(46)-13-18.

Ганджа С. А., Аминов Д. С., Косимов Б. И. Разработка водопогружного гидрогенератора комбинированного возбуждения для освоения энергии малых и средних рек // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2020. № 34. С. 27-44. DOI: 10.15593/2224-9397/2020.2.02.

Цифровой двойник погружного электродвигателя на основе методов планирования эксперимента / В. З. Ковалев, Э. И. Хусаинов, Е. С. Балыклов, О. В. Архипова, Р. Н. Хамитов, А. С. Глазырин // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2022. Т. 18, № 2. С. 32-44. DOI: 10.17122/1999-5458-2022-18-2-32-44.

Тягунов М. Г., Шевердиев Р. П. Применение цифрового двойника для исследования и оптимизации локальных гибридных энергокомплексов с генерацией на основе ВИЭ // Энергетические системы. 2022. № 1. С. 60-71. DOI: 10.34031/ES.2022.1.007.

Тягунов М. Г., Шевердиев Р. П. Использование цифрового двойника гибридных энергетических комплексов для оптимизации их параметров и режимов // Вестник Московского энергетического института. Вестник МЭИ. 2023. № 3. С. 109-118. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-3-109-118.

Volintiru O.N., Epikhin A.I., Toriia T.G., Modina M.A., Skoda V.V., Ermolenko M.A., Ivanov O.V. Digital twins of ship power plant elements as a tool for complex modeling of technological processes // Эксплуатация морского транспорта. 2023. № 1 (106). С. 198-203.

Отечественная гидронавтика. О главном конструкторе Чернове А.А. URL: http://oosif.ru/biblioteka-gidronavtiki-1?mode=album&album_id=157822301 (дата обращения: 20.11.23).

Овчинников Н. П., Смыслов А. Г. Повышение ресурса секционных насосов главного водоотлива подземного кимберлитового рудника "Удачный" // Вестник машиностроения. 2018. № 9. С. 48-52.

Долганов А. В. Повышение энергоэффективности при эксплуатации комплексов шахтного водоотлива // ГИАБ. 2019. № S9. С. 16-23. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-5-9-16-23.

Мотрич В. Морские вести России. 2022 год: аварийность морского флота. URL: https://morvesti.ru (дата обращения: 27.10.2023).

Олейников A. M., Высоцкий В. Е., Нагирняк А. Ж. Расчетные модели и алгоритмы проектирования асинхронных двигателей с двухслойным ротором // Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты: труды XVII Международной конференции. Алушта: Знак, 2018. С. 104-107.

Маилян А. Л., Сагателян М. А., Хангельдян А. Г. Расчет параметров асинхронной машины с массивным ротором из сплава железа и меди // Вестник Национального политехнического университета Армении. Электротехника, энергетика. 2022. № 1. С. 28-41. DOI: 10.53297/18293328-2022.1-28.

Магнитные свойства композиционных магнитомягких материалов на основе железного порошка с многослойным изоляционным покрытием / Г. А. Говор, А. О. Ларин, О. Ф. Демиденко, А. Л. Желудкевич // Перспективные материалы. 2023. № 5. С. 66-71. DOI: 10.30791/1028-978X-2023-5-66-71.

Доценко В. А., Белоус И. А. Особенности поведения прочностных свойств сплавов железа в области температур магнитных переходов на основе феноменологической теории фазовых переходов // Территория новых возможностей. Вестник ВГУЭС. 2021. Т. 13, № 1. С. 137-143. DOI: 10.24866/VVSU/2073-3984/2021-1/137-143.

Гельвep Ф. А, Белоусов И. Б., Самосенко В. Ф. Результаты экспериментальных исследовании опытного образца реактивной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора // Вестник ПНИПУ. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2019. № 29. С. 148-173.

Красовский А. Б., Восторгина Е. С. Особенности режима ослабления поля в вентильно-индукторной электрической машине // Электричество. 2022. № 12. С. 36-47. DOI: 10.24160/0013-5380-2022-12-36-47.

Татевосян А. А. Оптимизация тихоходного синхронного генератора мо-дульного типа и принцип реализации системы управления напряжением гене-ратора на основе нейронной сети // Электричество. 2021. № 7. С. 61-70. DOI: 10.24160/0013-5380-2021-7-61-70.

Горожанкин А. Н., Коржов А. В. Особенности синтеза синхронных реак-тивных и индукторных электрических машин // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2022. Т. 22, № 2. С. 81-91. DOI: 10.14529/power220208.

Макаров В. Г., Шаряпов А. М. Модель электропривода малой мощности в пакете Matlab// Вестник Технологического университета. 2022. Т. 25, № 12. С. 133-138. DOI: 10.55421/1998-7072_2022_25_12_133.

Исмагилов Ф. Р., Вавилов В. Е., Саяхов И. Ф. Обзор конструкций дисковых электромеханических преобразователей энергии для различных областей применения // Электротехнические системы и комплексы. 2018. № 1 (38). С 68-79.

Саушев А.В., Смирнов В.И., Бова Е.В. Терминология, структура и модель процесса эксплуатации электротехнических систем // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С. О. Макарова. 2023. Т. 15, № 4. С. 666-679. DOI: 10.21821/2309-5180-2023-15-4-666-679.

Самарская Н. С., Парамонова О. Н., Борисова Ю. С. Жизненный цикл ветроэнергетической установки // Инженерно-строительный вестник Прикаспия. 2021. № 3 (37). С. 41-44. DOI: 10.52684/2312-3702-2021-37-3-41-44.

Рябинин И. А., Струков А. В. Решение одной задачи оценки надежности структурно-сложной системы разными логико-вероятностными методами // Моделирование и анализ безопасности и риска в сложных системах МАБР-2019: сборник трудов конференции. СПб.: ГУАП, 2019. С. 159-172.

Папков Б. В., Илюшин П. В., Куликов А. Л. Надёжность и эффективность современного электроснабжения: монография. Н. Новгород: XXI век, 2021. 160 с. ISBN 978-5-6045837-5-3.

Развитие системных энергетических исследований: вклад Н. И. Воропая / Д. Н. Ефимов, Д. С. Крупенев, А. В. Михеев, С. В. Подковальников // Электричество. 2023. № 3. С. 4-21. URL: https://doi.org/10.24160/0013-5380-2023-3-4-21.

Системные исследования в энергетике: энергетический переход / под ред. Н. И. Воропая и А. А. Макарова. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2021. 594 с. ISBN 978-5-93908-153-5.

Волкова В.Н. Истоки и перспективы наук о системах: монография. М.: Курс, 2023. 368 с. ISBN 978-5-907535-53-4.