«Автоматизация и информатизация ТЭК»

Контроль температуры нагрева электродвигателя на основе решения обратной задачи теплопроводности

УДК: 004.942:536.2:621.313.333
DOI: -

Авторы:

¹ РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, Москва, Россия

Ключевые слова: температурный контроль, электродвигатель, обратная задача теплопроводности, аналитический метод, разностный метод, алгоритмы

Аннотация:

Рассмотрена задача определения средней температуры обмоток статора по данным измерения температуры на поверхности асинхронного двигателя. Задача исследовалась на основе решения прямой и обратной задач теплопроводности статора в корпусе двигателя. Решение прямой задачи позволило получить нестационарное температурное поле в статоре и корпусе двигателя, а также поле плотности теплового потока, эти данные использовались при решении обратной задачи теплопроводности. Обратная задача теплопроводности (ОЗТ) сводится к определению граничного условия – температуры или теплового потока на активной стороне статора при измерении температуры и плотности теплового потока на пассивной стороне – поверхности корпуса двигателя. Решение ОЗТ осуществлялось на основании аналитического и разностного методов. Результаты решения подтверждают теоретическую возможность оценки температуры статорной обмотки двигателя по результатам измерения температуры на его поверхности. Предложенные разностные алгоритмы решения ОЗТ устойчивы, обеспечивают приемлемую точность и задержку в оценке нагрева обмотки с учетом ошибки измерения температуры. Теоретические исследования были апробированы в лабораторных условиях и дали положительный результат.

Список литературы:

1. Оценка теплового состояния электродвигателей переменного тока компрессорных станций магистральных газопроводов / А.М. Зюзев, О.В. Крюков, В.П. Метельков, С.Г. Михальченко // Изв. Томского политехн. ун-та. Инжиниринг георесурсов. – 2021. – Т. 332, № 1. – С. 88–96. – DOI: 10.18799/24131830/2021/1/3002
2. Валиуллин К.Р., Тушев С.И. Математическая модель нагрева асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором на основе эквивалентной тепловой схемы // Вестн. ЮУрГУ. Сер.: Энергетика. – 2022. – Т. 22, № 4. – С. 67–76. – DOI: 10.14529/power220408
3. Jurayeva K., Iksar E., Khalilova I. Calculation of the thermal state of a traction asynchronous frequency-controlled motor // Polish J. of Science. – 2021. – № 43. – P. 76–78.
4. The Laboratory Analysis of the Thermal Processes Occurring in Low-Voltage Asynchronous Electric Motors / Ł. Nogal, A. Magdziarz, D.D. Rasolomampionona [et al.] // Energies. – 2021. – Vol. 14, Issue 8. – P. 2056. – DOI: 10.3390/en14082056
5. Гребнева О.А., Новицкий Н.Н. Задача мониторинга режимов работы тепловых сетей: исследование и формализация // Автоматизация и информатизация ТЭК. – 2023. – № 8(601). – С. 66–73. – DOI: 10.33285/2782-604X-2023-8(601)-66-73
6. Ершов М.С., Феоктистов Е.А. Аналитическое решение для шестимассовой термодинамической модели асинхронного двигателя закрытого исполнения // Изв. Томского политехн. ун-та. Инжиниринг георесурсов. – 2022. – Т. 333, № 2. – С. 53–61. – DOI: 10.18799/24131830/2022/2/3331
7. Ершов М.С., Феоктистов Е.А. Модели и алгоритмы прогнозирования нагрева асинхронного двигателя при изменении режимов его работы // Электротехника. – 2021. – № 11. – С. 82–90.
8. Burggraf O.R. An exact solution of the inverse problem in heat conduction theory and application // J. of Heat Transfer. – 1964. – Vol. 86. – P. 373–382.
9. Бек Дж., Блакуэлл Б., Сент-Клэр Ч. мл. Некорректные обратные задачи теплопроводности: пер. с англ. – М.: Мир, 1989. – 312 с.
10. Taler J., Duda P. Solving Direct and Inverse Heat Conduction Problems. – Springer, 2006. – XXVI, 889 p.
11. Галлямов И.И., Юсупова Л.Ф., Гилязетдинов Р.А. Обзор программных продуктов для решения задач, связанных с тепломассопереносом // Автоматизация и информатизация ТЭК. – 2022. – № 10(591). – С. 60–64. – DOI: 10.33285/2782-604X-2022-10(591)-60-64
12. Зюзев А.М., Метельков В.П. О температурной зависимости параметров термодинамических моделей электродвигателей // Изв. вузов. Электромеханика. – 2016. – № 2. – С. 12–17. – DOI: 10.17213/0136-3360-2016-2-12-17
13. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей: в 2 т. Т. 1: пер. с англ. – М.: Мир, 1991. – 504 с.
14. Митяков А.В. Градиентные датчики теплового потока в физическом и промышленном эксперименте // Изв. вузов. Приборостроение. – 2009. – Т. 52, № 7. – С. 75–81.
15. Численные методы решения некорректных задач / А.Н. Тихонов, А.В. Гончарский, В.В. Степанов, А.Г. Ягола. – М.: Наука, 1990. – 232 с.
16. Ярышев Н.А. Теоретические основы измерения нестационарной температуры. – 2-е изд., перераб. – Л.: Энергоатомиздат, 1990. – 256 с.
17. Error factors in precise thermal conductivity measurement using 3ω method for wire samples / Y. Sekimoto, R. Abe, H. Kojima [et al.] // J. of Thermal Analysis and Calorimetry. – 2023. – Vol. 148. – P. 2285–2296. – DOI: 10.1007/s10973-022-11892-6
18. Golsorkhi N.A., Tehrani H.A. Levenberg-Marquardt Method for Solving the Inverse Heat Transfer Problems // J. of Mathematics and Computer Science. – 2014. – Vol. 13, Issue 4. – P. 300–310. – DOI: 10.22436/jmcs.013.04.03