Моделювання електричних і магнітних перехідних процесів у системі з індуктором і статором електричних машин змінного струму

Abstract

Зроблено короткий огляд питання діагностування стану ізоляційної конструкції електричних машин з розподіленим обмотками класичної конструкції. Наведено обґрунтування та актуальність розробки і впровадження нових інноваційних методів діагностики і випробувань. Запропонований метод має суттєві діагностичні ознаки, яких немає у інших використовуваних на сьогодні методах. Основною відмінністю є створення високих випробувальних перенапруг шляхом швидкої зміни магнітних потоків в індукційно пов’язаних контурах один з яких виносний датчик-індуктор, а другий – частина магнітопроводу з дефектною або бездефектною обмоткою. Запропоновано просту і зручну схему проведення випробувань, яку можна реалізувати відповідною вимірювальною апаратурою. Проведено комплекс теоретичних і експериментальних досліджень системи індуктор–статор з обмоткою за допомогою програмного пакету MATLAB/Simulink та польовим методом у двовимірній постановці задачі у програмному пакеті COMSOL Multiphysics. Також проведено експериментальні дослідження на реальному зразку у вигляді статора малопотужного асинхронного двигуна загального призначення із всипною обмоткою за допомогою розробленої випробувальної схеми та приладу. Теоретичні та експериментальні дослідження мають достатню збіжність результатів для інженерних цілей. Теоретично та експериментального обґрунтована можливість отримання випробувальних перенапруг більше 100 В на виток при низьких енергетичних впливах на дефектні зони, що забезпечує мінімальний руйнівний ефект під час діагностики. Отримано ґрунтовні результати для подальших досліджень та розвитку напрямку діагностування стану ізоляції індукційними імпульсними методами. Показано, що запропонований метод буде корисним при діагностуванні стану ізоляції обмоток електричних машин в розібраному стані в процесі виробництва і ремонту. A brief review of the issue of diagnosing the condition of the insulation structure of electrical machines with classical distributed windings is presented. The rationale and relevance of developing and implementing new, innovative diagnostic and testing methods are provided. The proposed method possesses significant diagnostic features that are absent in other currently used methods. The main difference lies in the creation of high test overvoltages through a rapid change in magnetic fluxes in inductively coupled circuits, one of which is an external sensor-inductor, and the second is a part of the magnetic core with a defective or non-defective winding. A simple and convenient testing scheme is proposed, which can be implemented using appro-priate measuring equipment. A comprehensive set of theoretical and experimental studies of the inductor–stator system with a winding was conducted using the Matlab Simulink software package and the field method in a two-dimensional problem formulation in the COMSOL Multiphysics software package. Experimental studies were also conducted on a real sample in the form of a stator of a low-power general-purpose induction motor with a random winding, utilizing the developed testing scheme and device. The theoretical and experimental studies show sufficient convergence of results for engineering purposes. The possibility of achieving test overvoltages exceeding 100 V per turn with low energetic impact on defective zones is theoretically and experimentally substantiated, which ensures a minimal destructive effect during diagnostics. Substantial results were obtained for further research and development of the field of insulation condition diagnostics using inductive impulse methods. It is demonstrated that the proposed method will be useful for diagnosing the insulation condition of electrical machine windings in a disassembled state during manufacturing and repair processes.