Чумак, Вадим ВолодимировичСтулішенко, Андрій Сергійович2024-02-192024-02-192023Стулішенко, А. С. Високочастотна діагностика ізоляції обмоток низьковольтних асинхронних двигунів : дис. … д-ра філософії : 141 Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка / Стулішенко Андрій Сергійович. – Київ, 2023. – 175 c.https://ela.kpi.ua/handle/123456789/64683Стулішенко А.С. Високочастотна діагностика ізоляції обмоток низьковольтних асинхронних двигунів. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 141 – Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2023. Дисертаційна робота присвячена вирішенню важливої проблеми діагностики міжвиткових замикань і пробоїв ізоляції на корпус в багатовиткових всипних обмотках низьковольтних асинхронних двигунів. Робота зосереджена на розробці та використанні прогресивних методик, що дозволяють ефективно виявляти та оцінювати дефекти ізоляції в таких обмотках. У вступі даної дисертації детально обгрунтовано актуальність розробки високочастотних методів для діагностики ізоляції обмоток електромеханічних пристроїв та виявлення виткових замикань. Загальна характеристика роботи включає в себе детальний огляд досліджуваних питань і пропонованих методик. Подано загальну характеристику роботи, сформульована її мета, основні задачі, об’єкт та предмет досліджень, наведена наукова новизна та практична цінність отриманих результатів. У першому розділі охоплюється важливий аспект дослідження - вивчення і аналіз проблем, що виникають через відмову ізоляції електричних машин. Зокрема, звертається увага на обговорення різних методів діагностики та контролю, які використовуються у сучасному виробничому середовищі. У цілому, цей розділ вирішує важливе завдання - початковий аналіз ситуації, що допомагає встановити основу для детального і ретельного дослідження проблеми, надає перспективи для вибору оптимальних методів контролю та діагностики ізоляції. Другий розділ зосереджений на визначенні та обґрунтуванні найбільш ефективних методів діагностичного випробування для визначення відмов ізоляції електромеханічних пристроїв. Формуються критерії для вибору діагностичних параметрів, засновуючись на дослідницькій роботі, виконаній у першому розділі. Виконаний перехід до аналізу машин зі всипними обмотками, які були експлуатовані протягом значного періоду часу, і вивчений вплив тривалого використання на їхню надійність та продуктивність. Третій розділ присвячено створенню детальних моделей для аналізу та виявлення відмов ізоляції в електромеханічних пристроях. Розділ розпочинається з аналізу зовнішніх перенапруг та комутаційних перенапруг, які виникають в обмотці при включенні. Наступний етап - розгляд перехідних процесів при комутації та комутаційних процесів при розриві струму. Ці розділи дають чітке уявлення про процеси, які відбуваються в обмотках при роботі електромеханічного пристрою. Далі здійснено дослідне визначення процесів відключення, порівняння дослідних і розрахункових даних. По результатам цих аналізів розроблена математична модель обмотки на основі якої, ми аналізуємо втрати в ізоляції та електромагнітному полі. Четвертий розділ присвячено визначенню ключових параметрів, які впливають на частотні характеристики електричних машин. Початковий фокус в цьому розділі - це детальний аналіз параметрів машини та їх впливу на частотні характеристики. Цей аналіз розширюється, досліджуючи залежності параметрів обмоток від частоти. Далі проводиться експериментальне визначення параметрів, що дозволяє отримати реальні значення та порівняти їх із теоретичними моделями. Важливим аспектом розділу є аналіз частотних залежностей вхідних опорів. Це дозволяє глибше зрозуміти поведінку системи та визначити критичні частотні точки для діагностичних цілей. П'ятий розділ розкриває процес експериментального дослідження дефектів та аномалій в ізоляції електричних машин. Зосередженість на експериментальному моделюванні дефектів в корпусній і міжвитковій ізоляції допомагає інтенсифікувати дослідження і перетворити теоретичні знання на практичні. Аналіз включає розрахунок додаткової ємності, що утворюється в результаті старіння та зволоження ізоляції, що має важливе значення для оцінки стану обмотки. На наступному етапі моделюється міжвитковий дефект в міжвитковій ізоляції при різних станах ізоляції, що надає цінні висновки про вплив стану ізоляції на якість обмотки. Шостий розділ є підсумковим візуальним представленням процесу діагностики дефектів в ізоляції. В цьому розділі використовується MatLab Simulink для створення багатоланкової схеми, яка моделює дефекти ізоляції електричних машин, що дозволяє візуалізувати та аналізувати динаміку цих дефектів. Ключові аспекти моделювання включають міжвитковий дефект в міжвитковій ізоляції, пробій ізоляції всипної обмотки на корпус, та вплив старіння та зволоження на параметри дефектної ізоляційної системи. Аналіз результатів моделювання та їх порівняння з експериментальними даними забезпечує цінні висновки щодо адекватності моделі і можливості її використання для прогнозування відмов ізоляції. На закінчення розроблено рекомендації щодо використання результатів моделювання для діагностики та прогнозування відмов, які покращують процедуру діагностики ізоляції в електричних машинах. Розроблені методики та процедури для всебічного аналізу ізоляційних систем у звичайних електричних машинах із всипними обмотками. Ці методики відрізняються від традиційних підходів, оскільки вони дозволяють чітко розрізняти між тими дефектами ізоляції, які можна виправити під час стандартного технічного обслуговування, та тими, які є критичними і можуть призвести до повної відмови машини. Метод спрямований на підвищення чутливості виявлення дефектів ізоляції обмоток базується на детальному аналізі вхідного опору під час резонансу струмів і напруг у конкретних тестових умовах. Цей метод використовує спеціально створений резонанс на штучних частотах з допомогою додаткових елементів, знижуючи втрати у складному коливальному контурі. Створені унікальні математичні моделі для аналізу високочастотних процесів в ізоляційних системах. Ці моделі використовують складні багатоланкові схеми заміщення для вкраплених обмоток і дозволяють моделювати різноманітні дефекти ізоляції, як локальні, так і загальні. У рамках дисертаційного дослідження реалізована серія експериментів, метою яких було встановлення характеристик обмоток. В ході цих досліджень застосовані інноваційні методи вимірювання та інструменти, що сприяли аналізу розмірів та динаміки зміни параметрів обмоток електродвигунів. Розроблена нова методика, заснована на використанні декремента згасання коливань як показника стану ізоляції. Такий підхід допоміг виявити рівень деградації ізоляції та оцінити ризики потенційних несправностей. Дослідження декремента згасання виявило його значну інформативність для цілей діагностики ізоляції. Проведено аналіз частотних залежностей та коливальних характеристик, що підтвердило їх схожість у висновках. Це вказує на високу ефективність обох методів для діагностування ізоляції та їх придатність для інтегрованого використання у прогнозуванні несправностей. Результати експериментів підтвердили теоретичні гіпотези, наголошуючи на значущості досліджень для покращення методів діагностики та прогнозування відмов ізоляції в універсальних електродвигунах змінного струму з всипними обмотками. Результати роботи впроваджено: в КП «Міськводоканал» СМР м. Суми.175 с.ukдіагностикаконтрольнадійністьелектричні машиниалгоритмвідмовавідмова ізоляціїматематична модельтемператураасинхронний двигуннадійність електричних машиндіагностичні параметрилобові частини обмоткиелектромагнітне полемашини зі всипними обмоткамимоделюваннякомутаційні процесиматематична модель обмоткивтрати в ізоляціїчастотні характеристикичастотні залежностіекспериментальне дослідженнявисокочастотні процесидефекти ізоляціїзволоження ізоляціїпрогнозування відмоврегулювання частоти економічні показникитермічне старіння ізоляціїзалишковий термін експлуатаціїризиктехнічний стансхема обмоткимагнітна системамагнітний потікdiagnosticscontrolreliabilityelectrical machinesalgorithmfailureinsulation failuremathematical modeltemperatureasynchronous motorreliability of electrical machinesdiagnostic parametersend parts of the windingelectromagnetic fieldmachines with bulk windingsmodelingcommutation processesmathematical model of windinglosses in insulationfrequency characteristicsfrequency dependenciesexperimental researchhigh-frequency processesinsulation defectsinsulation moisturefailure predictionfrequency regulationeconomic indicatorsthermal aging of insulationresidual service liferisktechnical conditionwinding schememagnetic systemmagnetic fluxThesis Doctoral621.313.8