Обґрунтування вибору методів діагностики стану ізоляції електричних машин електрорухомого складу залізниць
DOI:
https://doi.org/10.32703/2617-9059-2024-43-6Ключові слова:
діагностування, математична модель, електрична ізоляція, ушкодження, амплітудно-частотна характеристикаАнотація
Об'єктом дослідження є процеси моніторингу технічного стану електричної ізоляції тягових електричних машин з метою визначення необхідності їх технічного обслуговування або ремонту. Діагностика електричних машин є важливим аспектом підтримки роботи електроприводів. Відмова обмоток є однією з основних причин виходу з ладу електродвигунів. Тому задача розробки оперативних методів діагностики ізоляції обмоток тягових електродвигунів є актуальною. Виконано дослідження негативного впливу умов експлуатації на технічний стан електричної ізоляції двигунів. Проведено аналіз існуючих методів діагностики ізоляційних систем електричних машин. Особливу увагу приділено вибору прогнозуючих параметрів стану ізоляції. Розроблена математична модель для дослідження частотних характеристик ізоляційної системи статора тягового електродвигуна моделі AD914. Отримано уточнені залежності впливу змін параметрів ізоляції обмотки статора двигуна на його частотні характеристики. Зроблено висновок, що метод моніторингу стану ізоляції обмоток електродвигунів на основі оцінки електричного опору відносно осердя статорів та амплітудно-частотних характеристик є найбільш ефективним. Сферою практичного застосування отриманих результатів є система моніторингу стану електричної ізоляції тягових електричних машин для визначення графіку їх технічного обслуговування і ремонту. Проведені дослідження є науковим обґрунтуванням вибору методів та приладів діагностики стану ізоляції електричних двигунів тягового рухомого складу залізниці.
Посилання
Sadeghi, R., Samet, H., & Ghanbari, T. (2018). Detection of Stator Short-Circuit Faults in Induction Motors Using the
Concept of Instantaneous Frequency. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 15(8), 4506–4515.
https://doi.org/10.1109/TII.2018.2881921.
Deckner, A., Baranski, M., Jarek, T., & Berhausen, S. (2022). Methods for diagnosing winding insulation of electrical
machine windings. Energia, 15 (22), 8465. https://doi.org/10.3390/en15228465.
Reshetniak, I. S., Falendysh, A. P., & Zinkivskyi, A. M. (2014). Pidvyshchennia nadiinosti roboty tiahovykh
elektrodvyhuniv isnuiuchykh lokomotyviv. [Increasing the reliability of traction electric motors of existing locomotives.].
Zbirnyk naukovykh prats Ukrainskoi derzhavnoi akademii zaliznychnoho transport - Collection of scientific works of the
Ukrainian State Academy of Railway Transport, (147), 77–82. http://surl.li/tbtah. [in Ukrainian].
Hemmati, R., Wu, F., & El-Refaie, A. (2019, May). Survey of insulation systems in electrical machines. In 2019 IEEE International Electric Machines & Drives Conference (IEMDC). 2069–2076). https://doi.org/10.1109/IEMDC.2019.8785099.
Wu, F., El-Refaie, A. M., & Zheng, P. (2019). Diagnosis and remediation of single-turn short circuit in a multiphase FSCW PM machine based on T-type equivalent circuit. IEEE Transactions on Industry Applications, 56(1), 158–169. https://doi.org/10.1109/TIA.2019.2946525.
Hemmati, R., Wu, F., & EL-Refaie, A. (2019). Survey of Insulation Systems in Electrical Machines. Electrical and Computer Engineering Faculty Research and Publications. 537. https://doi.org/10.1109/IEMDC.2019.8785099.
Montanari, G. C., Seri, P., & Contin, A. (2018, June). How to deal with the severity of different partial discharge sources in rotating machines: the definition of a new health index. In 2018 IEEE Electrical Insulation Conference (EIC). 469–472. https://doi.org/10.1109/EIC.2018.8481118.
Wang, P., Zhou, W., Zhao, Z., & Cavallini, A. (2018, June). The Limitation of Partial Discharge Inception Voltage Tests at Repetitive Impulsive Voltages Using Ultra-High Frequency Antenna and Possible Solutions. In 2018 IEEE Electrical Insulation Conference (EIC) (pp. 192–195). https://doi.org/10.1109/EIC.2018.8481044.
Moghadam, D. E., Speck, J., Grossmann, S., & Stahl, J. (2018). Parameters affecting the turn insulation lifetime and durability. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 25(2), 516–523. https://doi.org/10.1109/TDEI.2017.006905.
Hammarström, T. Å. (2018). Partial discharge characteristics within motor insulatioi exposed to multi-level PWM waveforms. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 25(2), 559–567. https://doi.org/10.1109/TDEI.2017.006994.
Brandt, M., Gutten, M., Koltunowicz, & Т., Zukowski, Р. (2018). Analysis of winding fault in electric machines by frequency method. 2018 ELEKTRO. 1–4. https://doi.org/10.1109/ELEKTRO.2018.8398298.
Yousof, M., Alawady, A., Al-Ameri, S., Azis, N., & Illias, H. (2021, July). FRA indicator limit for faulty winding assessment in rotating machine. In 2021 IEEE International Conference on the Properties and Applications of Dielectric Materials (ICPADM). 346–349. https://doi.org/10.1109/ICPADM49635.2021.9493862.
Al-Ameri, S. M., Alawady, A. A., Yousof, M. F. M., Kamarudin, M. S., Salem, A. A., Abu-Siada, A., & Mosaad, M. I. (2022). Application of frequency response analysis method to detect short-circuit faults in three-phase induction motors. Applied Sciences, 12(4), 2046. https://doi.org/10.3390/app12042046.
Abu-Siada, A., Mosaad, M. I., Kim, D., & El-Naggar, M. F. (2019). Estimating power transformer high frequency model parameters using frequency response analysis. IEEE Transactions on Power Delivery, 35(3), 1267–1277. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2019.2938020.
Yousof, M. F. M., Al-Ameri, S., Ahmad, H., Illias, H. A., & Arshad, S. N. M. (2020). A new approach for estimating insulation condition of field transformers using FRA. Advances in Electrical and Computer Engineering, 20(1), 35–42. https://doi.org/10.4316/AECE.2020.01005.
Uhrig, S., Öttl, F., Augeneder, N., & Hinterholzer, R. (2020). Reliable diagnostics on rotating machines using FRA. In Proceedings of the 21st International Symposium on High Voltage Engineering. 1. 738–751. https://doi.org/10.1007/978-3-030-31676-1_70.
Fan, F., Zhao, Z., Tu, P., Jie, H., & See, K. Y. (2021, September). Impact of motor stator winding faults on common-mode current. In 2021 Asia-Pacific International Symposium on Electromagnetic Compatibility (APEMC). 1–4. https://doi.org/10.1109/APEMC49932.2021.9597053.
Sant’Ana, W. C., Lambert-Torres, G., Bonaldi, E. L., Gama, B. R., Zacarias, T. G., Areias, I. A. D. S., ... & Steiner, F. M. (2021). Online frequency response analysis of electric machinery through an active coupling system based on power electronics. Sensors, 21(23), 8057. https://doi.org/10.3390/s21238057.
Grubic, S., Aller, J. M., Lu, B., & Habetler, T. G. (2008). A survey on testing and monitoring methods for stator insulation systems of low-voltage induction machines focusing on turn insulation problems. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 55(12), 4127–4136. https://doi.org/10.1109/TIE.2008.2004665.
Chumak, V. V., Stulishenko, A. S., Tsyvinskyi, S. S., & Ihnatiev, V. O. (2021). Diahnostyka izoliatsii elektrychnykh mashyn z vykorystanniam komutatsiinykh protsesiv. [Diagnostics of insulation of electric machines using switching processes]. Enerhetyka: ekonomika, tekhnolohii, ekolohiia: naukovyi zhurnal - Energy: economy, technology, ecology: scientific journal, 3. https://ela.kpi.ua/server/api/core/bitstreams/fbd98a31-675b-492e-9a43-c446d4b090f7/content. [in Ukrainian].
Elspass L., Schlegel S., & Bernklau H. (2022). Comparison of methods for detecting thermomechanical aging of the insulation system of rotating high-voltage machines. In Proceedings of the Nordic Insulation Symposium. 27. https://doi.org/10.5324/nordis.v27i1.4570.
Rusu-Zagar, C., Notingher, P. V., & Stancu, C. (2014). Ageing and degradation of electrical machines insulation. J. Int. Sci. Publ. Mater. Methods Technol, 8, 526–546. http://surl.li/tcact.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Ліцензійні умови: Це стаття з відкритим доступом, поширювана за умовами Ліцензії Creative Commons Attribution License, яка дозволяє необмежено використовувати, розповсюджувати та відтворювати на будь-якому носії за умови представлення автора та джерела оригіналу.
