Investigation of the temperature field and thermomechanical stresses in induction motor rotor in case of damage of rotor short-circuited winding

Методами математичного моделювання досліджено температурнe полe і термомеханічні напруження в роторі асинхронного двигуна при ушкодженні короткозамкненої обмотки ротора. Показано, що при таких характерних ушкодженнях обмотки ротора як розриви стержнів ротора або сегментів короткозамикаючих кілець, виникає нерівномірний розподіл струмів і нагрів елементів обмотки, що призводить до появи в ній несиметричних термомеханічних напружень. Причина виникнення зазначених напружень полягає в різних величинах лінійного подовження окремих стержнів ротора внаслідок різного їх нагріву. Це прискорює подальшу руйнацію ушкодженої обмотки ротора і може призводити до швидкого виходу асинхронного двигуна з ладу.Uneven distributions of currents, heating and thermomechanical stresses in the construction elements of the short-circuit winding of the induction motor rotor are investigated at the characteristic damages of the winding – the breaks of the rods and short-circuiting rings of the rotor. The article presents two mathematical models. Two-dimensional field mathematical model of the electromagnetic field of the induction motor with damaged rotor rods, which allows with sufficient accuracy to calculate the distribution of currents in the damaged rotor short-circuit coil in a steady state of operation. Two-dimensional field mathematical model of the electromagnetic field of an induction motor with damaged segments of short-circuiting rings. With characteristic damage to the short-circuited winding of a rotor, powerful induction motors that appear due to prolonged operation and difficult operating conditions, there are factors that contribute to further accelerated rotor's destruction. Such factors are an increase in total heating and the appearance of an asymmetric temperature distribution between the individual rotor rods, causing the rotation of the rotor asymmetrical thermomechanical stresses to appear in the rotor windings. The reason for these stresses is the different values of the linear extension of individual rotor rods due to their different heating. This accelerates the further destruction of the damaged winding of the rotor and can lead to quick induction motor failure. Researched results can be used in the induction motors design