РЕСУРСОЗБЕРІГАЮЧЕ РЕГУЛЮВАННЯ НАПРУГИ АСИНХРОННИХ ДВИГУНІВ ЗІ ЗНИЖЕННЯМ НАВАНТАЖЕННЯ
Ключові слова:
електричні машини, електропривод, збереження ресурсу, швидкість теплового зношення ізоляції, перевищення температури, втрати потужності, кратність напруги, коефіцієнт завантаження
Анотація
У роботі розглянуто методи керування асинхронними двигунами за мінімумом витрати ресурсу. Встановлено, що більшість із них спрямовані на контроль втрат потужності й не враховують швидкості зношення елементів конструкції електродвигуна. Для можливості здійснення ресурсозберігаючого керування запропоновано як критерій оцінювання застосовувати швидкість теплового зношення ізоляції обмотки статора асинхронного двигуна. Розроблено математичну модель процесу теплового зношення ізоляції обмотки, за допомогою якої отримано рівняння кратності живлячої напруги у функції коефіцієнта завантаження за умови мінімуму швидкості теплового зношення ізоляції. Це дає можливість будувати алгоритми та пристрої регулювання напруги живлення електродвигуна для збереження його ресурсу зі зниженням навантаження.
Посилання
1. Lu S.-M. A review of high-efficiency motors: Specification, policy and technology. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2016. Vol. 59. Р. 1–12. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.12.360
2. Ferreira F. J. T. E., de Almeida A.T. Overview on energy saving opportunities in electric motor driven systems – Part 1: System efficiency improvement. In Proceedings of the 2016 IEEE/IAS 52nd Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (I CPS), Detroit, MI, USA, 1–5 May, 2016. Р. 1–8. https://doi.org/10.1109/ICPS.2016.7490219
3. Terron-Santiago C., Martinez-Roman J., Puche-Panadero R., Sapena-Bano A. A Review of Techniques Used for Induction Machine Fault Modelling. Sensors. 2021. Vol. 21. Р. 4855. https://doi.org/10.3390/s21144855
4. Boyko А., Volianskaya Ya. Synthesis of the System for Minimizing Losses in Asynchronous Motor with a Function for Current Symmetrization. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2017. Vol. 4/5 (88). Р. 50–58. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.108545
5. Bazurto A. J., Quispe E. Q., Mendoza R. M. Causes and Failures Classification of Industrial Electric Motor. ANDESCON, 2016 IEEE, 2016. Р. 1–4. https://doi.org/10.1109/ANDESCON.2016.7836190
6. Sudhakar I., Adi Narayana S., Anil Prakash M. Condition Monitoring of a 3-Ø Induction Motor by Vibration Spectrum anaylsis using Fft Analyser – A Case Study. Materials Today: Proceedings. 2017. Vol. 4 (2/A). Р. 1099–1105. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.01.125
7. Ferreira F. J. T. E., Baoming G., de Almeida А. Т. Reliability and Operation of High-Efficiency Induction Motors. IEEE Transactions on Industry Applications. 2016. Vol. 52 (6). Р. 4628–4637. https://doi.org/10.1109/TIA.2016.2600677
8. Zhao K., Cheng L., Zhang C., Nie D., Cai W. Induction motors lifetime expectancy analysis subject to regular voltage fluctuations. IEEE Electrical Power and Energy Conference (EPEC). 2017. https://doi.org10.1109/EPEC.2017.8286230
9. Höpner V. N., Wilhelm V. E. Insulation Life Span of Low-Voltage Electric Motors – A Survey. Energies. 2021. Vol. 14. Р. 1738. https://doi.org/10.3390/en14061738
10. Ghassemi М. Accelerated insulation aging due to fast, repetitive voltages: A review identifying challenges and future research needs. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2019. Vol. 26 (5). Р. 1558–1568. https://doi.org/10.1109/TDEI.2019.008176
11. Liu Т., Jiang М., Zhang D., Zhao H., Shuang F. Effect of Symmetrical Voltage Sag on Induction Motor Considering Phase-angle Factors Based on A New 2-D Multi-Slice Time-Stepping Finite Element Method. IEEE Access. 2020. Vol. 8. Р. 75946–75956. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2988581
12. Ferreira F. J. T. E., de Almeida A. T. Overview on energy saving opportunities in electric motor driven systems – Part 2: Regeneration and output power reduction. 2016 IEEE/IAS 52nd Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (I&CPS), Detroit, MI, USA, 2016. Р. 1–8. https://doi.org/110.1109/ICPS.2016.7490220
13. Zhou X., Yang B., Ma Y., Gao Z. Research Review on the Energy-saving Technologies for Asynchronous Motors. 2018 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation (ICMA), Changchun, China, 2018. Р. 195–199. https://doi.org/10.1109/ICMA.2018.8484643
14. Trianni А., Cagno Е., Accordini D. Energy efficiency measures in electric motors systems: A novel classification highlighting specific implications in their adoption. Applied Energy. 2019. Vol. 252. Р. 113481. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.113481
15. Tareq M. A. Al-Quraan, Oleksandr Vovk, Serhii Halko, Serhii Kvitka, Olena Suprun, Oleksandr Miroshnyk, Vitalii Nitsenko, Nurul Mohammad Zayed and K.M. Anwarul Islam. Energy-Saving Load Control of Induction Electric Motors for Drives of Working Machines to Reduce Thermal Wear. Inventions. 2022. Vol. 7 (4). Р. 92. https://doi.org/10.3390/inventions7040092
16. Вовк О. Ю., Квітка С. О. Ресурсозберігаюче керування навантаженням асинхронних електродвигунів насосних установок в умовах зниження живлячої напруги. Науковий вісник ТДАТУ, 2022. № 12 (1). С. 18. https://doi.org/10.31388/2220-8674-2022-1-18
17. Ferreira F. J. T. E., Baoming G., de Almeida A. T. Reliability and operation of high-efficiency induction motors. 2015 IEEE/IAS 51st Industrial & Commercial Power Systems Technical Conference (I&CPS), Calgary, AB, Canada, 2015. Р. 1–13. https://doi.org/10.1109/ICPS.2015.7266412
18. Квітка С. О., Вовк О. Ю., Волошина А. А., Стребков О. А. Розробка системи забезпечення ресурсоенергозберігаючого експлуатаційного режиму роботи асинхронного електродвигуна. Енергетика і автоматика. 2016. № 4 (30). С. 89–97.
19. Movahed S. R., Oraee Mirzamani S. H., Rajabi A., Daneshvar H. Estimation of insulation life of inverter-fed induction motors. 2010 1st Power Electronic & Drive Systems & Technologies Conference (PEDSTC), Tehran, Iran, 2010. Р. 335–339. https://doi.org/10.1109/PEDSTC.2010.5471797
20. Вовк О. Ю., Квітка С. О., Дідур В. А. Вплив відхилення живлячої напруги на ресурс ізоляції асинхронних електродвигунів потокових технологічних ліній. Науковий вісник ТДАТУ, 2019. № 9 (1). https://doi.org/10.31388/2220-8674-2019-1-25
2. Ferreira F. J. T. E., de Almeida A.T. Overview on energy saving opportunities in electric motor driven systems – Part 1: System efficiency improvement. In Proceedings of the 2016 IEEE/IAS 52nd Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (I CPS), Detroit, MI, USA, 1–5 May, 2016. Р. 1–8. https://doi.org/10.1109/ICPS.2016.7490219
3. Terron-Santiago C., Martinez-Roman J., Puche-Panadero R., Sapena-Bano A. A Review of Techniques Used for Induction Machine Fault Modelling. Sensors. 2021. Vol. 21. Р. 4855. https://doi.org/10.3390/s21144855
4. Boyko А., Volianskaya Ya. Synthesis of the System for Minimizing Losses in Asynchronous Motor with a Function for Current Symmetrization. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2017. Vol. 4/5 (88). Р. 50–58. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.108545
5. Bazurto A. J., Quispe E. Q., Mendoza R. M. Causes and Failures Classification of Industrial Electric Motor. ANDESCON, 2016 IEEE, 2016. Р. 1–4. https://doi.org/10.1109/ANDESCON.2016.7836190
6. Sudhakar I., Adi Narayana S., Anil Prakash M. Condition Monitoring of a 3-Ø Induction Motor by Vibration Spectrum anaylsis using Fft Analyser – A Case Study. Materials Today: Proceedings. 2017. Vol. 4 (2/A). Р. 1099–1105. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.01.125
7. Ferreira F. J. T. E., Baoming G., de Almeida А. Т. Reliability and Operation of High-Efficiency Induction Motors. IEEE Transactions on Industry Applications. 2016. Vol. 52 (6). Р. 4628–4637. https://doi.org/10.1109/TIA.2016.2600677
8. Zhao K., Cheng L., Zhang C., Nie D., Cai W. Induction motors lifetime expectancy analysis subject to regular voltage fluctuations. IEEE Electrical Power and Energy Conference (EPEC). 2017. https://doi.org10.1109/EPEC.2017.8286230
9. Höpner V. N., Wilhelm V. E. Insulation Life Span of Low-Voltage Electric Motors – A Survey. Energies. 2021. Vol. 14. Р. 1738. https://doi.org/10.3390/en14061738
10. Ghassemi М. Accelerated insulation aging due to fast, repetitive voltages: A review identifying challenges and future research needs. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2019. Vol. 26 (5). Р. 1558–1568. https://doi.org/10.1109/TDEI.2019.008176
11. Liu Т., Jiang М., Zhang D., Zhao H., Shuang F. Effect of Symmetrical Voltage Sag on Induction Motor Considering Phase-angle Factors Based on A New 2-D Multi-Slice Time-Stepping Finite Element Method. IEEE Access. 2020. Vol. 8. Р. 75946–75956. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2988581
12. Ferreira F. J. T. E., de Almeida A. T. Overview on energy saving opportunities in electric motor driven systems – Part 2: Regeneration and output power reduction. 2016 IEEE/IAS 52nd Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference (I&CPS), Detroit, MI, USA, 2016. Р. 1–8. https://doi.org/110.1109/ICPS.2016.7490220
13. Zhou X., Yang B., Ma Y., Gao Z. Research Review on the Energy-saving Technologies for Asynchronous Motors. 2018 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation (ICMA), Changchun, China, 2018. Р. 195–199. https://doi.org/10.1109/ICMA.2018.8484643
14. Trianni А., Cagno Е., Accordini D. Energy efficiency measures in electric motors systems: A novel classification highlighting specific implications in their adoption. Applied Energy. 2019. Vol. 252. Р. 113481. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.113481
15. Tareq M. A. Al-Quraan, Oleksandr Vovk, Serhii Halko, Serhii Kvitka, Olena Suprun, Oleksandr Miroshnyk, Vitalii Nitsenko, Nurul Mohammad Zayed and K.M. Anwarul Islam. Energy-Saving Load Control of Induction Electric Motors for Drives of Working Machines to Reduce Thermal Wear. Inventions. 2022. Vol. 7 (4). Р. 92. https://doi.org/10.3390/inventions7040092
16. Вовк О. Ю., Квітка С. О. Ресурсозберігаюче керування навантаженням асинхронних електродвигунів насосних установок в умовах зниження живлячої напруги. Науковий вісник ТДАТУ, 2022. № 12 (1). С. 18. https://doi.org/10.31388/2220-8674-2022-1-18
17. Ferreira F. J. T. E., Baoming G., de Almeida A. T. Reliability and operation of high-efficiency induction motors. 2015 IEEE/IAS 51st Industrial & Commercial Power Systems Technical Conference (I&CPS), Calgary, AB, Canada, 2015. Р. 1–13. https://doi.org/10.1109/ICPS.2015.7266412
18. Квітка С. О., Вовк О. Ю., Волошина А. А., Стребков О. А. Розробка системи забезпечення ресурсоенергозберігаючого експлуатаційного режиму роботи асинхронного електродвигуна. Енергетика і автоматика. 2016. № 4 (30). С. 89–97.
19. Movahed S. R., Oraee Mirzamani S. H., Rajabi A., Daneshvar H. Estimation of insulation life of inverter-fed induction motors. 2010 1st Power Electronic & Drive Systems & Technologies Conference (PEDSTC), Tehran, Iran, 2010. Р. 335–339. https://doi.org/10.1109/PEDSTC.2010.5471797
20. Вовк О. Ю., Квітка С. О., Дідур В. А. Вплив відхилення живлячої напруги на ресурс ізоляції асинхронних електродвигунів потокових технологічних ліній. Науковий вісник ТДАТУ, 2019. № 9 (1). https://doi.org/10.31388/2220-8674-2019-1-25
Опубліковано
2025-12-22
Як цитувати
Вовк, О. Ю. (2025). РЕСУРСОЗБЕРІГАЮЧЕ РЕГУЛЮВАННЯ НАПРУГИ АСИНХРОННИХ ДВИГУНІВ ЗІ ЗНИЖЕННЯМ НАВАНТАЖЕННЯ. Науковий вісник Таврійського державного агротехнологічного університету, 15(2), 157-165. https://doi.org/10.32782/2220-8674-2025-15-2-18
Розділ
Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
