Increasing the Reliability of Simulation of Asynchronous Motor Operation Based on an Adaptive Approach
No Thumbnail Available
Date
2025
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Український державний університет науки і технологій, ННІ «Дніпровський металургійний інститут», ІВК ≪Системні технології≫, Дніпро
Abstract
ENG: This research focuses on improving the reliability of simulating the operation of induction motors when solving technical and economic problems related to the selection of protection systems for electric drives operating in industrial power networks with poor power quality. The presence of voltage asymmetry, harmonic distortions, and other power quality issues in workshop networks significantly affects the performance and service life of induction motors, increasing energy losses and maintenance costs. The article proposes a power and economic model that allows conducting computational experiments to determine the optimal solution for improving power supply quality. A key element of the model is the system for generating and controlling linear voltage parameters, which ensures compliance of the simulated signals with their statistical regularities observed in real industrial conditions. The research introduces adaptive algorithms for the continuous and simultaneous assessment of average values, variances, autocorrelation, and cross-correlation functions of voltage harmonics. Mathematical expressions for their correction during the accumulation of information are presented. Structural schemes of control systems for both analog and digital modeling of voltage processes are proposed, allowing for real-time monitoring of the reliability of generated data. The simulation results were verified through statistical hypothesis testing for the average values and variances of the generated voltage harmonics. Experimental studies were carried out in the rolling shop No. 1 of Dneprospetsstal LLC, where significant voltage distortions are caused by the operation of powerful semiconductor converters. The results confirmed the adequacy of the proposed modeling approach and its applicability for making economically sound decisions regarding the choice of technical solutions for voltage quality improvement. This work contributes to the field of energy efficiency in industrial enterprises by providing a methodological basis for the reliable simulation of induction motor operation in the presence of distorted power supply conditions. The proposed approach allows reducing the cost and duration of experimental studies by replacing them with validated computational modeling.
UKR: Дослідження присвячене підвищенню надійності моделювання роботи асинхронних двигунів під час розв'язання техніко-економічних завдань, пов'язаних із вибором систем захисту електроприводів, що працюють у промислових електричних мережах зі зниженою якістю електроенергії. Наявність напругових асиметрій, гармонічних спотворень та інших проблем якості електроенергії в цехових мережах істотно впливає на ефективність роботи і тривалість служби асинхронних двигунів, збільшуючи втрати енергії та витрати на технічне обслуговування. У статті запропоновано енергетико-економічну модель, яка дозволяє проводити обчислювальні експерименти з метою визначення оптимальних технічних рішень для поліпшення якості енергопостачання. Ключовим елементом моделі є система генерації та контролю параметрів лінійних напруг, яка забезпечує відповідність змодельованих сигналів їх статистичним закономірностям, що спостерігаються у реальних умовах роботи промислових підприємств. Вперше впроваджено адаптивні алгоритми для безперервної та одночасної оцінки середніх значень, дисперсій, автокореляційних і взаємокореляційних функцій гармонік напруги. Наведено математичні вирази для корекції цих характеристик у процесі накопичення інформації. Запропоновано структурні схеми систем керування для аналогового та цифрового моделювання процесів зміни напруги, що дозволяють здійснювати моніторинг достовірності отриманих даних у реальному часі. Отримані результати моделювання були верифіковані за допомогою перевірки статистичних гіпотез щодо середніх значень і дисперсій гармонік напруги. Експериментальні дослідження проводилися у прокатному цеху No1 ПАТ "Дніпроспецсталь", де функціонування потужних напівпровідникових перетворювачів спричиняє значні спотворення напруги в цехових мережах. Результати досліджень підтвердили адекватність запропонованого підходу до моделювання та його придатність для обґрунтування економічно ефективних рішень щодо поліпшення якості електроенергії. Робота робить вагомий внесок у підвищення енергоефективності промислових підприємств, надаючи методичну основу для достовірного моделювання роботи асинхронних двигунів в умовах спотвореної якості енергопостачання. Запропонований підхід дозволяє істотно скоротити витрати і тривалість експериментальних досліджень за рахунок заміни їх на валідоване обчислювальне моделювання. Окрім цього, розроблена система адаптивного керування забезпечує мінімізацію накопичення похибок у процесі чисельного моделювання та підвищення точності аналізу складних електротехнічних систем. Проведене дослідження підкреслює важливість комплексного підходу до врахування реальних умов роботи електроприймачів у процесі створення моделей для оптимізації енергоспоживання та забезпечення надійності електроприводів у промислових мережах.
UKR: Дослідження присвячене підвищенню надійності моделювання роботи асинхронних двигунів під час розв'язання техніко-економічних завдань, пов'язаних із вибором систем захисту електроприводів, що працюють у промислових електричних мережах зі зниженою якістю електроенергії. Наявність напругових асиметрій, гармонічних спотворень та інших проблем якості електроенергії в цехових мережах істотно впливає на ефективність роботи і тривалість служби асинхронних двигунів, збільшуючи втрати енергії та витрати на технічне обслуговування. У статті запропоновано енергетико-економічну модель, яка дозволяє проводити обчислювальні експерименти з метою визначення оптимальних технічних рішень для поліпшення якості енергопостачання. Ключовим елементом моделі є система генерації та контролю параметрів лінійних напруг, яка забезпечує відповідність змодельованих сигналів їх статистичним закономірностям, що спостерігаються у реальних умовах роботи промислових підприємств. Вперше впроваджено адаптивні алгоритми для безперервної та одночасної оцінки середніх значень, дисперсій, автокореляційних і взаємокореляційних функцій гармонік напруги. Наведено математичні вирази для корекції цих характеристик у процесі накопичення інформації. Запропоновано структурні схеми систем керування для аналогового та цифрового моделювання процесів зміни напруги, що дозволяють здійснювати моніторинг достовірності отриманих даних у реальному часі. Отримані результати моделювання були верифіковані за допомогою перевірки статистичних гіпотез щодо середніх значень і дисперсій гармонік напруги. Експериментальні дослідження проводилися у прокатному цеху No1 ПАТ "Дніпроспецсталь", де функціонування потужних напівпровідникових перетворювачів спричиняє значні спотворення напруги в цехових мережах. Результати досліджень підтвердили адекватність запропонованого підходу до моделювання та його придатність для обґрунтування економічно ефективних рішень щодо поліпшення якості електроенергії. Робота робить вагомий внесок у підвищення енергоефективності промислових підприємств, надаючи методичну основу для достовірного моделювання роботи асинхронних двигунів в умовах спотвореної якості енергопостачання. Запропонований підхід дозволяє істотно скоротити витрати і тривалість експериментальних досліджень за рахунок заміни їх на валідоване обчислювальне моделювання. Окрім цього, розроблена система адаптивного керування забезпечує мінімізацію накопичення похибок у процесі чисельного моделювання та підвищення точності аналізу складних електротехнічних систем. Проведене дослідження підкреслює важливість комплексного підходу до врахування реальних умов роботи електроприймачів у процесі створення моделей для оптимізації енергоспоживання та забезпечення надійності електроприводів у промислових мережах.
Description
M. Tryputen: ORCID 0000-0003-4523-927X; V. Kuznetsov: ORCID 0000-0002-8169-4598; O. Verovkin: ORCID 0009-0004-4253-9802; O. Koliadenko: ORCID 0009-0006-1983-8673
Keywords
induction motor, electric networks, linear voltages, protection tools, economic model, electric energy, асинхронний двигун, електричні мережі, лінійні напруги, засоби захисту, економічна модель, електрична енергія, КЕЛІ
Citation
Tryputen M., Kuznetsov V., Verovkin O., Koliadenko O. Modeling of Electromagnetic Processes in a Nonlinear Circuit of an Electrolyzer for Pulse Deposition of Metal Coatings. Modern problems of metallurgy. Dnipro, 2025. No. 28. P. 92–113. DOI: 10.34185/1991-7848.2025.01.06.