CC BY
29
УДК 021.314.261: 622
А.Ю. Ковалев, A.Yu. Kovalyov, e-mail: info@nvfomgtu.ru *КМ. Кузнецов, Е.М. Kuznetsov, e-mail: kiricuznetsov@yandex.ru *В.В. Аникин V.V. Anikin. e-mail: zasplyha@mail.ru
НВФ Омского государственного технического университета, г. Нижневартовск. Россия NYF of Omsk state technical university, Nizhnevartovsk, Russia * Омский государственный технический университет, г. Омск. Россия Omsk State Technical University. Omsk, Russia
ЭФФЕКТИВНОСТЬ МЕТОДОВ ИДЕНТИФИКАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОГРУЖНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ УС ТАНОВОК ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАС ОС ОВ
THE EFFECTIVENESS OF METHODS OF IDENTIFICATION OF E LE С TROMAGNE TTC-NETIC P ARA_M E T E RS OF SUBMERSIBLE MOTORS SUBMERSIBLE CENTRIFUGAL PUMPS
Дается сравнительный анализ методов идентификации параметров асинхронных электродвигателей с учетом возможности их реализации в виде опций в современных преобразователях частоты (ПЧ) станций управления (СУ) установок электроцентрооежных насосов (УЭЦН).
The comparative analysis of the methods of identification of parameters of asynchronous electric motors with the possibility of their realization 111 the form of options 111 a modem frequency converters (FC) control stations (CS) of the electrical submersible pump (ESP)
Ключевые слова: электромагнитные параметры, переходная характеристика, преобразование Лапласа, ток статора, погружной асинхронный электродвигатель
Key words: electromagnetic parameters, tiansient response, Laplace transforms, stator current, submersible induction motor
Надежное и энергоэффективное управление установками электроцентробежных насосов (УЭЦН). их качественное моделирование напрямую связано с выбором эквивалентной схемы замещения погружного асинхронного электродвигателя (ПЭД) н с разработкой эф-
фектнвных методов экспериментального определения ее параметров Рациональный выбор метода должен обеспечивать его реализацию аппаратурой, входящей в состав преобразователей частоты (ПЧ) станций управления (СУ) УЭЦН без привлечения дополнительных средств, кроме программных.
Наиболее совершенная модель и эквивалентная многоконтурная схема ПЭД разработаны на базе обобщенных параметров [1]. Эта схема учитывает особенности электромагнитного состояния ПЭД - насыщение магнитопровода, явление вытеснения тока в стержнях ко-роткозамкнугой обмотки ротора, действие зубцовых гармоник магнитного поля н применима во всем диапазоне скольжений ПЭД. Однако большое число контуров усложняет методику экспериментального определения параметров данной схемы и требует применения специализированного оборудования [2].
При условии обязательного учета эффекта насыщения классическая Т-образная эквивалентная схема ПЭД в диапазоне скольжений от холостого хода в = 0 до критического 5 = вКр также обеспечивает достаточную точность определения параметров и характеристик ПЭД. Проблеме определения параметров схем замещения машин переменного тока посвящена обширная научная и техническая литература [3... 12]. В ней освещаются различные методы. такие как определение параметров машин переменного тока по опыту хх и кз [3]; определение параметров двигателя по каталожным данным [4]; определение параметров асинхронного электродвигателя по экспериментальным данным рабочего режима при различной нагрузке [5]; определение электромагнитных параметров асинхронного электродвигателя путем питания его от полигармонического источника [б]; итерационные методы, использующие фнлыры Калмана и другие поисковые алгоритмы [7]; метода идентификации электромагнитных параметров асинхронного двигателя, основанные на использовании нейронных искусственных сетей н нечеткой логнкн [5]: методы определения электромагнитных параметров по переходным характеристикам [9.10].
Рассмотрение возможностей реализации этих методов средствами ПЧ станций управления УЭЦН при работе ПЭД на глубине спуска или на поверхности дает следующие результаты.
Метод, использующий каталожные данные имеет ни жую точность. По этой же причине следует признать непригодным метод, использующий экспериментальные данные в рабочем режиме при различной нагрузке. Трудности использования остальных методов создаются иредвключенной длинной (от 1-го до 3-х км} кабельной линией, наличие которой дает большую погрешность измерения параметров ПЭД. Кабельная линия отсутствует лишь когда погружной агрегат в сборе располагается на поверхности. Однако на поверхности практически невозможен пуск ПЭД в ход на кустовых площадках нефтепромыслов, В этих условиях наиболее приемлемыми являются экспериментальные методы определения эквивалентных параметров ПЭД, реализуемые на поверхности при неподвижном роторе. Они основаны на питании трехфазной обмотки статора ПЭД по однофазной несимметричной схеме специальными тестовыми сигналами, такими как гармонические воздействия, ступенчатые воздействия. импульсные сигналы, случайные воздействия с заданными параметрами.
Среди перечисленных воздействий наиболее подходит для решения поставленных задач одиночный ступенчатый перепад напряжения [11,12]. Он легко реализуется с помощью ПЧ СУ УЭЦН н в сравнении с другими сигналами имеет наименьший уровень высших гармонических составляющих, что снижает методическую погрешность измерений. Данный метод идентификации параметров электродвигателей известен в электромеханике как метод, основанный на регистрации переходной характеристике затухания постоянного тока обмотки статора. Для определения параметров схемы замещения электродвигателя по переходной характеристике затухания тока статора в [9, 10 и др.] реализуется переход от экспериментальной характеристики затухания к частотным характеристикам электродвигателей, по ко-
торыы определяют активные и индуктивные сопротивления обмотки статора, сопротивления эквивалентных контуров ротора и ветви намагничивания.
Промежуточный переход к частотным характеристикам усложняет процесс определение параметров ПЭД и увеличивает трудоемкость расчетов. Более целесообразным для реализации средствами ПЧ станций управления УЭЦН является метод определения параметров ПЭД непосредственно по характеристике затухания тока статора [11, 12]. Согласно этому методу для изображений по Лапласу экспериментальной переходной характеристики тока сгатора
^эксп. (р) — ^эксп.(Р) Йта ""'lBi^l -■■'^л) (1)
и переходной характеристики, полученной расчетным путем по структуре Т-образной схемы замещения асинхронной машины
'расч.СрО = 'pan.(PirOi1ltr21 ■■■ r2(,N-2)i X0i Х1Х21 ■■■ X2(N-2~))i (2)
записывают равенство
W(p) = tp^.Cp)- (3)
В уравнениях (1), (2) приняты обозначения: р — оператор Лапласа. ilm ... iin — амплитуды экспоненциальных составляющих переходной характеристики. Л1 ...Я,, — коэффициенты затухания этих составляющих. N —порядок схемы замещения. Далее, применяя метод неопределенных коэффициентов относительно степеней оператора р. получают систему уравнений для параметров схемы замещения асинхронной машины. Решение системы позволяет найти параметры схемы замещения погружного асинхронного электродвигателя. Этот метод идентификации параметров ПЭД дает возможность учесть насыщение магнитного потока, действие зубцовых гармоник, эффект вытеснения тока и имеет малую трудоемкость.
Важное значение при осуществлении данного метода имеет способ подключения трехфазных обмоток ПЭД к источнику постоянного напряжения. Возможны разнообразные схемы подключения обмоток статора. Результирующее потокосцепленне при однофазном питании по схеме неполной звезды с параллельным соединением двух фаз получается таким же. как н при трехфазном питании обмоток статора синусоидальным током, действующее значение которого равно постоянному току /п. Схема встречного соединения двух фаз легко осуществляется и дает результирующее потокосцепленне при питании постоянным током в 1,15 раза больше, чем по предыдущей схеме питания. Данные схемы могут быть рекомендованы для определения электромагнитных параметров ПЭД по опыту затухания постоянного тока, реализуемого средствами ПЧ СУ УЭЦН.
Библиографический список
1. Ковалев А.Ю. Моделирование погружных асинхронных электродвигателей в составе установок электроцентробежных насосов : днсс. канд. техн. наук. - Омск. 2010.
2. Стенд приемосдаточных и периодических испытаний ПЭД с нагрузкой до 160 кВт. http: //www/novomet га.
3. ГОСТ 7217-S7. Определение параметров схемы замещения. Двигатели асинхронные — методы испытаний,
4.Мошинскнй Ю.А., Беспалов В.Я.. Кпрякнн A.A. Определение параметров схемы замещения асинхронных машин по каталожным данным // Электричество, - 1998. - № 4. — С 39-42.
5. Снвокобыленко В.Ф. Павлнжов В.А.. Хенииуи X. Метод расчета схем замещения и пусковых характеристик глубокоиазных асинхронных двигателей // Электротехника. - 199S. -№3.-С. 38-41
6. Родькин Д.И., Калинов А.П. Ромашнхнн Ю.В. Эффективность метода энергодиаг-ностнки параметров двигателей переменного тока // Электроприводы переменного тока: Труды международной 14 НТК. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. 2007 — С. 273-278.
7. Каширских В.Г.. Завьялов В.М.. Соколов Д.В. Идентификация параметров асснн-хронного электродвигателя с помощью расширенного фильтра Калмана // Вести. КузГТУ. -2002.-№2.-С. 18-20.
8. Seong Hwan Kiin SpeedSensorless V48ector Control of the Induction Motor Using Neiral Network Speed Estimation IEEE Trans a net ions on hidustrial Tctronics. Vol. 48,— 2001.
9. Рогозин Г.Г. Определение электромагнитных параметров машин переменного тока. Новые экспериментальные методы, — К.:Техшка. 1992, — 168 с.
10. Казовскин Е.Я.. Лернер Л.Г.. Сндельннков A.B. Синтез схем замещения машин переменного тока по переходным процессам н частотным характеристикам Н Электричество. - 1979. — № 5, — С. 6-13.
11. Кузнецов Е.М. Экспериментальный стенд исследования пакетов ротора погружных асинхронных электродвигателей / Е.М. Кузнецов. В.В. Аникин // Россия молодая: передовые технологии в промышленность. - Омск : ОмГТУ. 2010. - № 2. - С. 38 - 42.
12. Аникин В.В. Программное обеспечение для расчета параметров схемы замещения асинхронного погружного электродвигателя / Ковалев А.Ю.. Кузнецов Е.М.. Аникин В.В. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №20126612625. Заре-гнетр. в Реестре программ для ЭВМ 11 декабря 2012 г,
