Identification of the Thermal Process in an Induction Motor
Loading...
Date
2022
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Dnipro University of Technology, Dnipro, Ukraine
Abstract
ENG: Purpose: synthesis of a mathematical model of an asynchronous motor, taking into account the impact of changes in the quality of electricity on the processes of heating and heat exchange for an economically justified choice of means of protection. Methodology: Theoretical substantiation of the expediency of using a one-mass thermal model of an asynchronous motor, for the conditions of operation of the latter in conditions of low-quality electricity, in order to determine losses in it. Results: Experimental studies of the operation of an asynchronous motor at nominal load were carried out. The obtained results of the measurements made it possible to determine the parameters of the single-mass thermal model, the heat transfer coefficient of the engine, and the coefficient of its heat capacity. A single-mass thermal model of an induction motor is a mathematical model used to describe the thermal processes occurring in an induction motor. This model is based on the assumption that all motor elements can be combined into one mass that heats up during engine operation. The model assumes that the thermal capacity of the motor is a constant, and the heat flow that is released during the operation of the motor is proportional to the square of the current passing through the motor windings. In addition, the model assumes the presence of thermal conductivity between the mass of the motor and the external environment, which affects the rate of heat dissipation. Scientific novelty: A methodology for determining losses in an asynchronous motor using a synthesized mathematical model is proposed, taking into account the influence of changes in the quality of electricity on the processes of heating and heat exchange in it. Practical significance: The obtained results indicate the adequacy of the proposed thermal model of an asynchronous motor operating in a network with low-quality electricity. Taking into account the fact that for many types of engines in the reference literature, there are no necessary data on the coefficients of heat transfer and heat capacity, and only the thermal time constants for certain types of engines are given, the value of the specified parameters of the model can be obtained on the basis of the methodology presented in the work. A single-mass thermal model can be useful for analyzing the thermal processes occurring in an induction motor and for improving the efficiency of the motor. In particular, it can help determine the optimal operating temperature of the motor, as well as calculate the necessary cooling system to ensure stable operation of the motor under conditions of variable load and temperature conditions.
UKR: Мета. Синтез математичної моделі асинхронного двигуна з урахуванням впливу зміни якісних показників електроенергії на процеси нагріву та теплообміну для економічно обґрунтованого вибору засобів захисту. Методика: Теоретичне обгрунтування доцільності використання одномасової теплової моделі асинхронного двигуна, для умов роботи останнього в умовах неякісної електроенергії, задля визначення втрат в ньому. Результати: Було проведено експериментальні дослідження роботи асинхронного двигуна при номінальному навантаженні. Отримані результати вимірювань дозволили визначити параметри одномасової теплової моделі коефіцієнт тепловіддачі двигуна, та коефіцієнт його теплоємності. Одномасова теплова модель асинхронного двигуна - це математична модель, яка використовується для опису теплових процесів, що відбуваються в асинхронному двигуні. Ця модель базується на припущенні, що всі елементи двигуна можна об'єднати в одну масу, яка нагрівається при роботі двигуна. Модель передбачає, що теплова ємність мотора є константою, а тепловий потік, який виділяється в процесі роботи двигуна, пропорційний квадрату струму, що проходить через обмотки двигуна. Крім того, модель передбачає наявність теплової провідності між масою двигуна і зовнішнім середовищем, яка впливає на швидкість розсіювання тепла. Наукова новизна: Запропоновано методологію визначення втрат в асинхронному двигуні за допомогою синтезованої математичної моделі з урахуванням впливу зміни якісних показників електроенергії на процеси нагріву та теплообміну в ньому. Практичне значення: Отримані результати свідчать про адекватність запропонованої теплової моделі асинхронного двигуна, що працює в мережі з неякісною електроенергією. Враховуючи те, що для багатьох типів двигунів у довідковій літературі відсутні необхідні дані щодо коефіцієнтів тепловіддачі і теплоємності, а наводяться лише теплові сталі часу для окремих типів двигунів, значення вказаних параметрів моделі може бути отримана на основі методології, представленої в роботі. Одномасова теплова модель може бути корисною для аналізу теплових процесів, що відбуваються в асинхронному двигуні, та для покращення ефективності роботи двигуна. Зокрема, вона може допомогти визначити оптимальну температуру роботи двигуна, а також розрахувати необхідну систему охолодження для забезпечення стабільної роботи двигуна в умовах змінної навантаженості та температурного режиму.
UKR: Мета. Синтез математичної моделі асинхронного двигуна з урахуванням впливу зміни якісних показників електроенергії на процеси нагріву та теплообміну для економічно обґрунтованого вибору засобів захисту. Методика: Теоретичне обгрунтування доцільності використання одномасової теплової моделі асинхронного двигуна, для умов роботи останнього в умовах неякісної електроенергії, задля визначення втрат в ньому. Результати: Було проведено експериментальні дослідження роботи асинхронного двигуна при номінальному навантаженні. Отримані результати вимірювань дозволили визначити параметри одномасової теплової моделі коефіцієнт тепловіддачі двигуна, та коефіцієнт його теплоємності. Одномасова теплова модель асинхронного двигуна - це математична модель, яка використовується для опису теплових процесів, що відбуваються в асинхронному двигуні. Ця модель базується на припущенні, що всі елементи двигуна можна об'єднати в одну масу, яка нагрівається при роботі двигуна. Модель передбачає, що теплова ємність мотора є константою, а тепловий потік, який виділяється в процесі роботи двигуна, пропорційний квадрату струму, що проходить через обмотки двигуна. Крім того, модель передбачає наявність теплової провідності між масою двигуна і зовнішнім середовищем, яка впливає на швидкість розсіювання тепла. Наукова новизна: Запропоновано методологію визначення втрат в асинхронному двигуні за допомогою синтезованої математичної моделі з урахуванням впливу зміни якісних показників електроенергії на процеси нагріву та теплообміну в ньому. Практичне значення: Отримані результати свідчать про адекватність запропонованої теплової моделі асинхронного двигуна, що працює в мережі з неякісною електроенергією. Враховуючи те, що для багатьох типів двигунів у довідковій літературі відсутні необхідні дані щодо коефіцієнтів тепловіддачі і теплоємності, а наводяться лише теплові сталі часу для окремих типів двигунів, значення вказаних параметрів моделі може бути отримана на основі методології, представленої в роботі. Одномасова теплова модель може бути корисною для аналізу теплових процесів, що відбуваються в асинхронному двигуні, та для покращення ефективності роботи двигуна. Зокрема, вона може допомогти визначити оптимальну температуру роботи двигуна, а також розрахувати необхідну систему охолодження для забезпечення стабільної роботи двигуна в умовах змінної навантаженості та температурного режиму.
Description
V. Kuznetsov: ORCID 0000-0002-8169-4598; A. Nikolenko: ORCID 0000-0003-3808-4249; V. Kuvaiev: ORCID 0000-0002-5240-2445; O. Savvin: ORCID 0000-0001-9712-1973
Keywords
asynchronous motor, single-mass thermal model, coefficients of heat transfer and heat capacity, low-quality electricity, асинхронний двигун, одномасова теплова модель, коефіцієнти тепловіддачі і теплоємності, неякісна електроенергія, КЕЛІ, КЕТтаОП
Citation
Kuznetsov V., Tryputen M., Nikolenko A., Tsyplenkov D., Kuvaiev V., Savvin O. Identification of the Thermal Process in an Induction Motor. Collection of Research Papers of the National Mining University. Dnipro, 2022. No. 71. P. 116–130. DOI: https://doi.org/10.33271/crpnmu/71.116.