Математична модель асинхронного електродвигуна для методів функціональної діагностики за умов несиметрії напруги мережі живлення
DOI:
https://doi.org/10.31548/energiya4(86).2026.079Ключові слова:
асинхронний двигун, несиметрія напруг мережі живлення, коефіцієнт несиметрії напруг, симетричні складові, зворотна послідовність, схема заміщення, статорна обмотка, виткове замикання, функціональна діагностика, фазні струмиАнотація
Асинхронний електродвигун є найпоширенішим приладом перетворення електричної енергії в механічну завдяки простоті конструкції. Сучасні автоматизовані технології, як в промислових, так і в агропромислових комплексах, не можуть бути ефективними без використання асинхронного двигуна (АД). АД як в регульованому, так і в нерегульованому електропроводах споживають від 60% до 80% електроенергії від загального обсягу електроспоживання електротехнічного комплексу. Щорічно аварійний вихід з експлуатації АД становить до 20-25%, а в деяких випадках до 30% [1]. До 80% аварійного виходу АД з ладу припадає на пошкодження ізоляції як корпусної до 20-25%, так і міжвиткової, на долю якої випадає до 80%. В таким чином оцінка технічного стану АД являє особливо важливим завданням для підвищення безаварійної роботи електротехнічного комплексу. Своєчасна діагностика стану АД дозволяє знизити витрати на ремонти і втрати робочого часу обслуговуючого персоналу, пов’язані з неплановими ремонтами та зупинками технологічних процесів. Найбільш перспективним напрямом виявлення несправностей в АД є функціональна діагностика, яка базується на аналізі фазних струмів. Мета дослідження – дослідження впливу несиметрії напруг мережі живлення на зміну значень фазних струмів АД, отримати аналітичний вираз фазного струму АД як функції коефіцієнта несиметрії напруг . В статті доведено, що для статорної обмотки АД, з'єднаної за схемою «зірка з ізольованою нейтраллю», вплив несиметрії живлення передається виключно через складову зворотної послідовності. Важливим є аналітичний вираз для розрахунку фазного струму АД як функції коефіцієнта несиметрії напруг , що враховує різне ковзання ротора відносно полів прямої (s) та зворотної (2 − s) послідовностей і, відповідно, суттєво різні значення опорів Z1 та Z2 схеми заміщення; опір зворотної послідовності Z2 для АД малої й середньої потужності у 5–8 разів менший за опір прямої послідовності Z1, унаслідок чого струм зворотної послідовності зростає непропорційно швидко відносно частки несиметрії напруги — цей ефект є фізичною причиною підвищеного нагрівання машини навіть за нормативно допустимих значень ; числовий приклад для АД 4А80А2У3 показав, що вже при = 2 % (нормативна межа за ДСТУ EN 50160) струм найбільш навантаженої фази зростає на 11,9 %, а при = 4 % (гранична межа за ГОСТ 13109-97) — на 23,9 %, що за порядком величини перевищує типову зміну струму на початковій стадії міжвиткового замикання; отриманий результат обґрунтовує необхідність обов'язкового врахування поточного значення коефіцієнта несиметрії напруг мережі в розрахунковій (модельній) частині функціональних методів діагностики міжвиткових замикань статорних обмоток АД за модулями фазних струмів, в методу виявлення початкового моменту виникнення виткового замикання
Отримано: 12.06.2026. Доопрацьовано: 08.08.2026. Прийнято: 20.08.2026
Посилання
1. Andriienko, V. M., & Kuievda, V. P. (2010). Electrical machines: A textbook (pp. 304–325). NUKhT.
2. Cruz, S. M. A., & Cardoso, A. J. M. (2001). Stator winding fault diagnosis in three-phase synchronous and asynchronous motors, by the extended Park's vector approach. IEEE Transactions on Industry Applications, 37(5), 1227–1233. https://doi.org/10.1109/28.952496
3. DSTU EN 50160:2014. (2014). Voltage characteristics of electricity supplied by public electricity networks. State Committee of Ukraine for Technical Regulation and Consumer Policy.
4. Fortescue, C. L. (1918). Method of symmetrical co-ordinates applied to the solution of polyphase networks. Transactions of the American Institute of Electrical Engineers, 37(2), 1027–1140.
5. Górny, K., Kuwałek, P., & Pietrowski, W. (2021). Increasing electric vehicles reliability by non-invasive diagnosis of motor winding faults. Energies, 14(9), Article 2510. https://doi.org/10.3390/en14092510
6. Henao, H., Capolino, G. A., Fernandez-Cabanas, M., Filippetti, F., Bruzzese, C., Strangas, E., Pusca, R., Estima, J., Riera-Guasp, M., & Hedayati-Kia, S. (2014). Trends in fault diagnosis for electrical machines: A review of diagnostic techniques. IEEE Industrial Electronics Magazine, 8(2), 31–42. https://doi.org/10.1109/MIE.2013.2287651
7. Hubarevych, O. V., Hulak, S. O., & Poliakov, A. P. (2020). Diagnostics of induction motor stator windings using modeling based on the Park vector hodograph. Bulletin of Vinnytsia Polytechnic Institute, 3(150), 29–36. https://doi.org/10.31649/1997-9266-2020-150-3-29-36
8. Kaplun, V. V., Kryvonosov, V. Ye., Prokopenko, S. O., et al. (2025). Functional diagnostics of inter-turn short circuits in motor windings under conditions of asymmetry of their resistances and supply voltage. In Modern technologies in energy and transport II (pp. 49–64). https://doi.org/10.1007/978-3-031-76650-3_4
9. Korniushyn, V. I., Boiko, V. M., & Tkach, V. V. (2021). Faults and repair of induction motors. NTU “KhPI” Publishing House.
10. Kryvonosov, V. Ye., Hryb, O. H., Vasylenko, S. V., & Kryvonosov, V. V. (2021). Method for diagnosing the initial moment of an inter-turn short circuit in motor stator windings (Ukraine Patent No. 124403). Ukrainian Institute of Intellectual Property.
11. Nandi, S., Toliyat, H. A., & Li, X. (2005). Condition monitoring and fault diagnosis of electrical motors—A review. IEEE Transactions on Energy Conversion, 20(4), 719–729. https://doi.org/10.1109/TEC.2005.847955
12. Penman, J., Sedding, H. G., Lloyd, B. A., & Fink, W. T. (1994). Detection and location of interturn short circuits in the stator windings of operating motors. IEEE Transactions on Energy Conversion, 9(4), 652–658. https://doi.org/10.1109/60.368345
13. Sakhoshko, T. H., & Pliuhin, V. Ye. (2025). Diagnostics of the technical condition of electric motors using digital twins. In Ye. I. Sokol (Ed.), H. V. Lisachuk (Comp.), Information technologies: Science, engineering, technology, education, health: Proceedings of the 33rd International Scientific and Practical Conference MicroCAD-2025, May 14–17, 2025 (p. 108). NTU “KhPI”.
14. Tallam, R. M., Habetler, T. G., & Harley, R. G. (2002). Transient model for induction machines with stator winding turn faults. IEEE Transactions on Industry Applications, 38(3), 632–637. https://doi.org/10.1109/TIA.2002.1003411
15. Thomson, W. T., & Fenger, M. (2001). Current signature analysis to detect induction motor faults. IEEE Industry Applications Magazine, 7(4), 26–34. https://doi.org/10.1109/2943.930988
16. Tomczyk, M., Mielnik, R., Plichta, A., Gołdasz, I., & Sułowicz, M. (2021). Application of genetic algorithm for inter-turn short circuit detection in stator winding of induction motor. Energies, 14(24), Article 8523. https://doi.org/10.3390/en14248523
17. Tsyplenkov, D. V., Ivanov, O. B., Bobrov, O. V., Kuznetsov, V. V., Artemchuk, V. V., & Babiak, M. O. (2020). Design of electrical machines: A textbook. Dnipro University of Technology.
18. Zhezhelenko, I. V., Kryvonosov, V. E., & Vasilenko, S. V. (2021). Criteria for detecting turn-to-turn short circuit in stator windings of an induction motor. Energy. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 64(5), 401–412.
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Енергетика і автоматика
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Усі матеріали поширюються на умовах ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International Public License, що дозволяє іншим розповсюджувати рукопис із визнанням авторства роботи та першої публікації в цьому журналі.
