A two-mass thermal model of the induction motor

Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва, Саранск, Россия Аннотация. При разработке и эксплуатации регулируемого электропривода важное значение имеет обеспечение температурных режимов базовой электрической машины, являющихся основными факторами надежности функционирования всей системы в целом. Выбранные на этапе проектирования алгоритмы энергоэффективного управления приводом и стратегия ШИМ в выходном инверторном звене преобразователя частоты оказывают влияние на нагрев фазных обмоток двигателя и его элементов. Для оценки этого влияния необходимы адекватные тепловые модели, топология и подбор параметров, что является сложной задачей и зависит от целого ряда факторов, таких как электрические параметры двигателя, диапазон рабочих скоростей и нагрузок, конструктивные особенности электрической машины. В статье рассматриваются достоинства и недостатки различных математических моделей теплового состояния асинхронного двигателя. Дана оценка возможности применения подобных моделей для анализа теплового состояния машины двойного питания при реализации энергоэффективных алгоритмов управления в широком диапазоне скоростей и нагрузок на валу.Ключевые слова: асинхронный двигатель, машина двойного питания, тепловая модель, преобразователь частоты, электропривод

show abstract

Justifying and Implementing Concept of Object-Oriented Observers of Thermal State of Rolling Mill Motors

Voronin,

Radionov,

Karandaev

et al. 2024

Energies

View full text Add to dashboard Cite

Implementing the IIoT concept in industry involves the development and implementation of online systems monitoring the technical state of electromechanical equipment. This is achieved through the use of digital twins and digital shadows (object state observers). The tasks of mastering new rolling profiles and optimizing plate mill rolling programs require improved methods for calculating equivalent motor currents and torques. Known methods are generally based on calculations using smoothed load diagrams, which are assumed to be identical for the upper and lower main drive (UMD and LMD) rolls. These methods do not consider the differences in actual loads (currents or torques) in steady rolling states. Experiments performed on the 5000 plate mill have shown that due to speed mismatches, the UMD and LMD torques differ three times or more. This causes overheating of the more heavily loaded motor, insulation life reduction, and premature failure. Therefore, the problem of developing and implementing techniques for monitoring the load and thermal regimes of motors using digital observers is relevant. The paper’s contribution is the first justification of the concept of object-oriented digital shadows. They are developed for specific classes of industrial units using open-source software. This research justifies a methodology for assessing motor load and temperature by processing arrays of motor currents or torques generated during rolling. An equivalent load observer and a temperature observer were proposed and implemented using Matlab-Simulink resources. The algorithm was implemented on the mill 5000 and tuned using an earlier-developed virtual commissioning methodology with digital twins. Thermal regimes were studied, proving that torque alignment ensures equal motor temperatures. The proposed considerations contribute to the development of the theory and practice for creating digital systems to monitor the technical condition of electromechanical and mechatronic systems and implementing the Industry 4.0 concept at industrial enterprises.

show abstract

A two-mass thermal model of the induction motor

Cited by 4 publications

References 0 publications

Rotor Thermal Model for Real-time Protection in Adjustable Induction Motor Drives

Rotor Thermal Model for Real-time Protection in Adjustable Induction Motor Drives

An Analysis of the Possibility of Applying Thermal Models of Asynchronous Motors to Assess the Thermal State of a Doubly Fed Machine

Justifying and Implementing Concept of Object-Oriented Observers of Thermal State of Rolling Mill Motors

Contact Info

Product

Resources

About