Послеремонтное определение эквивалентных параметров асинхронного электродвигателя без применения нагрузочного устройства Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.314.522

Е. М. КУЗНЕЦОВ Л. Ю. КОВАЛЕВ В. В. АНИКИН

Омский государственный технический университет, г. Омск Нижневартовский государственный университет, г. Нижневартовск

ПОСЛЕРЕМОНТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ПАРАМЕТРОВ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ БЕЗ ПРИМЕНЕНИЯ НАГРУЗОЧНОГО УСТРОЙСТВА

Определяются начальные токи и постоянные времени экспонент, аппроксимирующих пологий, крутой и сверхпереходной участки огибающей оцифрованной переходной характеристики затухания тока статора, снятой

при заторможенном роторе, а также интеграл и значение произво-

дной (й1/М)1=0 в начальный момент переходного процесса. По измеренным

и определенным данным вычисляются эквивалентные параметры асинхронных электродвигателей (АД). Даются результаты экспериментальной проверки способа, подтверждающие его эффективность и пригодность для предприятий по ремонту электрооборудования и на площадках нефтедобывающих скважин.

Ключевые слова: переходная характеристика, ток статора, активное сопротивление обмотки, индуктивность рассеяния.

введение. Для послеремонтной оценки технического состояния АД актуально определение их эквивалентных параметров, по которым рассчитываются измененные пусковые, рабочие, механические характеристики [1, 2] и определяются энергетические показатели АД в конкретных условиях эксплуатации [3].

Существуют различные способы определения параметров АД [4 — 9]. Наиболее близким к предлагаемому является [9], однако данный способ имеет ограниченные возможности, т.к. позволяет определять только индуктивность рассеяния фазы обмотки статора АД Lф = -к ■ ио ■ / dt)-=¡0 , где к — коэффициент, зависящий от схемы соединения фаз обмотки статора. Целью настоящей работы является расширение возможностей способа [9] и увеличение арсенала средств аналогичного назначения.

Теоретическая часть. Поставленная задача решена за счет того, что в оцифрованной переходной хар акте рис тике 1^) затухающего тока статора аппроксимируют ее огибающую выражением

11 (0 = ¡е т + 12е 72 + Ое 73 определяют начальные токи 11, 12, 13, и постоянные времени Т1, Т2, Т3 экспонент соответственно пологого, крутого и сверхпереходного угастков характеристики 1^), а также интеграл И^ДО, и производную тока статора

(йг^/й^^. По этим данным вычисляют активное сопротивление обмотки стетора АД

И л (и0р л0) ,

(1)

где 10 — постоянный оок в обмоеед статора, ио — постоянное напряженил, приложенное к обмотке статора до гашения магнитного поля; индуктивность намагничинанио АД

Мо'00)° До

(2)

активное сопротивленин обмоеди рнтора, приведенное к статору,

Ин - Ишл

И' --^-

лоТн у ИгН(н)е°

(3)

индуктивность оИмлтки р отор а, пди веденную к статору,

ДИ лад о И) у-о,

О

Г 4)

сопротивление активных дотель в мнгниоопроооде АД

Н о О

L • L'

п _ ^ L2

Ят — -

ш т3^ф о л • ¿2)

(5)

Важным явнется тот резулотао, что все операции выполняются при неподвижном роторе, что упрощает реализацию способя на ремонтных предприятие и на1лус^овых площадках иефтедобываю-щин скважин.

Для н бо снования выражений (1—5) воспользуемся эквиваеентной схемо0 АД (рис. 1) и соотношениями 0т зз> Я),Ят зе Я;,^ зз То,Тт зз Т[, позволяющими без какой-лобо ;?]Ос-1Я1-'1^€^-луной ошибки пр^е^А^ебрт^ть:

— тлио^]оет сопротивления Яш на постоянную времеои Т1 (рис. 2а] <^:яс:лонАнты, аппроксимирующей пологпо ^асоок утибающей характеристики )> кяоерош оСЗу^сто-уовлоу п]аооп([?с;сн^^ гашуния энергия матного покяс од ика -опротивлениях Я1

и ос ;

— влиянком индукти:носто с[ н сопротквлеоио Яш на поаобянну+с вроинно экспоиннты Т2 (рис. 2б), аппрокснмирующей крутой (мвллисекундный) участок огиба ющеН пореходн ой и ар окте ристик и А^ I), который овяаан с оссекоромагнооннми Асроцесоами проникновенно мапнитпосо поля рассеяния обмотки соатора АД в саоорм нжкяный >оото]э;

— втиянием индзтктивносои тн >а сопротивлепий Я1 и Я[ (рис 2в[ на внличину постоянной времени Т3 эаснонентя, с1кш]эос^ск]Уб^]^+^ющбой сверхпереходной уиантои (десяокт микаосекуед) кривой затухания т:яа статс]с]а гг ](]. Как показывают -сосчеты, отличие зночени+ псктояиных времени Т1, Т2, Т3, определенноях <с]о>1НН1':1И]ас[[екк1^ по упрощенным схемам замещения (рит. 2а, 2б, рв) <ст найденные для Т-образной эквивонентио0 скепы компьютерными методами не тиеоышатт 2,5 %, что можно считать приемл оюьоМ:

На основанит ряс С пр^о^со^^им нтпряжение след]ющ^ 01 "оа)т вноня ои:

Ха (- ) >],• т В-) о о

Усi(с)

У-

У''тт(C)

а

(6)

Проинтсгроруея Я), жтстывая, что при t >0 но-пряжение х0(а^] >а А ,

а • 00(0 ]= -ж ] ^вАоскс - от % о0я • [соя % гоВАс]] т

Тас ]°к; СЯа>Я 1з](с)яс0 и Во осс> гтМ > А , получаем со отношени т

ол о о<А о я о T0С'У-]У-I, из котортго с учетоп ровено-ва

Ь = к-Ь,

(8)

приведенного I! ))с] о оп+еооляется индуктианост^вь но-магничивсняя ЫД ] 2[, где я = 2/3 при соединении фаз по схеме непояной звезды а+Ыс. Активное сопротивле но о о б я от ки с^скыт ор а (1) вычисляется непосредственно ие ]эезультатов измерений. В со-ответстоии с эовивалеотной схемой (рис. 2а) и соотношением Тmо о ~ ^ + о; находится результирующая оoстояниaя отемени

Г =

о о о Я о о; (Я о ос с -Годе-

т о | Ят 2 _ •>[

Я

Я

С А • Я

Рис. 1. Т-образная схема замещения АД с параллельным контуром намагничивания при неподвижном роторе: R,, Rm,

К'2 — активное сопротивление обмотки статора ад, сопротивление активных потерь в магнитопроводе АД, приведенное активное сопротивление обмотки ротора; L1, Ь'2 , Lm — индуктивности рассеяния обмотки статора, обмотки ротора, индуктивность намагничивания

м у | тн уь2'

ШН \

■ 11

¡МП

Нт

и приведеняое к ятатор0 .активное сопротивление

б

Рис. 2. Эквивалентные схемы АД для пологого (а), крутого (б) и сверхпереходного (в) участков переходной характеристики затухания тока статора

обмотки ротора АД (3). Индуктивность рассеяния обмотки ротора (4), приведенная к статору АД, определяется по эквивалентной схеме (рис. 2б). Сопротивление активных потерь в магнитопроводе АД (5) выражается (рис. 2в) через постоянную времени сверхпереходного участка кривой затухания тока статора.

Для получения оцифрованной переходной характеристики затухающего тока статора АД разработана сертифицированная мобильная установка РПХ-20. Для определения производной постоянных времени Т1, Т2, Т3, начальных токов 11, 12, 13, аппроксимирующих экспонент и вычисления электромагнитных параметров АД, разработана программа БНБМ_7АМ 01 (рис. 3), реализованная в системе МаИаЪ.

Рассматриваемый способ дает возможность опр еделять параметры всех элементов Т-образной схемы замещения АД в широком диапазоне режимов работы, включая нелинейные режимы, вызванные насыщением магнитной системы АД и эффектом вытеснения тока в глубокопазных электродвигателях. Эта возможность реализуется путем изменения величины постоянного тока 10. Режимы такого рода характерны для погружных АД.

Экспериментальная проверка способа проводилась на погружном АД типа ПЭДН32 габарита 117М,мощностью 32 кВт с рабочим напряжением 1000 В. Электромагнитные параметры данного АД (табл. 1) определены по экспериментальной механической характеристике в монографии [10]. Экспериментальная механическая характеристика получена на стенде приемосдаточных и периодических испытаний ОАО «Новомет-Пермь» [11].

Оцифрованная переходная характеристика затухания тока статора данного АД получена при номинальном намагничивающем токе 10 = 11,5 А с помощью мобильной установки РПХ-20. Результаты определения эквивалентных параметров АД по переходной характеристике с помощью

а

в

•у shem zam 01

Файл Сервис

Криса я затухания тока статора -

121-1-,-,-

~~I I I

■ ■ ■ '

□ 0.5 1 1.5 2 2 5 3 3 5 4 4.5 5

_Построить кривую_| _Очистить_j

параметры е вода Выбранный файл

КРАБОТДтНаукаЧПрсирамма расчета параметров схемы заме цени яТ1ЭД-32 кВт 5c.txt

¡Читать весь файл

Частота сбора [ 200000

Диалпазон J"

- Разложение -

Рассчитать погрешность

Результаты разложения

А1 | 6.71358 П | 3.2829

А2 | 4.78409 С | 146 949

м | 0.002326 0 | 312558

Расчет параметров схемы

Начальный ток | 11.5005 А Сопротивление статора

Производная

L1 | Ô.

Параметры схемы " г2 I-

Рис. 3. Интерфейс обрабатывающей программы SHEM_ZAM 01

Эквивалентные параметры ПЭДШ2-117М-1000

147S rm | 1322.49 | 0.175326 L2 | OJJOS334

Таблица 1

Двигатель Электромагнитные параметры

Rt, Ом R'2, Ом Lt, мГн L'2 , мГн Rm, Ом Lm , мГн

Из переходной характеристики 1,015 1,479 8,038 8,934 1322,49 175,329

ПЭДН 32-117М-1000, I0=11,5 A Известные 1,015 1,331 7,671 9,038 1232,58 181,58

Отклонение, % 0 -11,1 -4,78 1,15 -7,29 3,44

программы 0]ДЕМ_2АМ 01 представлены в табл. 1 и на интерфейсе программы (оис. 3). Начальные токи аппдокснмидующох эоспонент обозначены та рис. 3 как А1, А2, А3; постоянные времени экспонент представлены в неявном виде как Н л Т1 Н л Т1 Н = Т1

Из табл. 1 следуес , что пораметры ПЭДН32-117М-1000 определены с погрешностью, не превышающей 7,5 %. Исключнние составляет сопрогив-ление ротора И'г , где отклонение достигает 11,1 %. Все в целом показывает достаточную степень адекватности предлагаемого способа определения электромагнитных параметров физическим процессам в АД.

выводы. Разработанный способ определения эквивалентных параметров АД позволяет определять параметры всех элементов классической Т-образной схемы замещения, расширить арсенал технических средств аналогичного назначения и может найти применение при контроле параме-

тров АД после ремонтного обслуживания и на кустовых площадках нефтедобывающих скважин.

Библиографический список

1. Kovalev А. Yu., Kuznetsov Ye. М., Anikin V. V. The parameter identificftion of submersible motors of electrical centrifugal pump units for oil production // International Siberian Conference on Control and Communications, SIBCON 2015 — Proceedings. 2015. P. 1-4. DOI: 10.1109/SIBCON.2015-7147111.

2. He Y., Wang Y., Feng Y., Wang Z. Parameter identification of an induction machine at standstill using the vector constructing method // IEEE Transactions on Power Electronics. 2012. Vol. 27, Issue 2. P. 905-915.

3. Vandevier J. E., Hocutt L. E. Generator selection for the reliable operation of subsurface centrifugal pump motors // IEEE Transactions on Industry Applications. 1980. Vol. 1A-16, Issue 1. P. 154-160. D0I:10.1109/TIA.1980.4503761.

4. Мощинский Ю. А., Беспалов В. Я., Кирякин А. А. Определение параметров схемы замещения асинхронной ма-

шины по каталожным данным // Электричество. 1998. № 4. С. 39-42.

5. Пат. 2391680 Российская Федерация, МПК G01R31/34. Способ определения параметров и рабочих характеристик асинхронного двигателя без сопряжения с нагрузочным устройством / Шарипов А. М. № 2008149499/28; заявл. 15.12.2008; опубл. 10.06.2010, Бюл. № 16.

6. Karanayil B., Rahman M. F., Grantham G. [et al.]. On-line parameter identification using artificial neural networks for vector controlled indu ction motor drive // 3rd International Conference on Electrical & Computer Engineering ICECE 2004, 28-30 December 2004. Dhaka. Bangladesh. 2004. P. 23-26.

7. Jancovic M., Zalman M., Jovankovic J. Parameter identification of induction motors by using genetic algorithms // Virtual University VUr07: 8th International Conference, 13-14 December 2007. Bratislava, Slovak Republic: STU. 2007. P. 196203. ISBN 978-80-89316-09-0.

8. Виноградов А. Б. Векторное управление электроприводами переменного тока. Иваново: Изд-во ИГЭУ, 2008.298 с.

9. Пат. 2422839 Российская Федерация, МПК G01R27/26. Способ определения индуктивности рассеяния фазы обмотки статора асинхронного электродвигателя и устройство для его реализации / Ковалев Ю. З., Ковалев А. Ю., Кузнецов Е. М. № 2009139123/28; заявл. 22.10.09; опубл. 27.06.11, Бюл. № 18.

10. Ковалев А. Ю., Ковалев Ю. З., Солодянкин А. С. Электротехнологические установки насосной эксплуатации скважин: моногр. Нижневартовск: Изд-во НГГУ, 2010. 173 с.

11. Пат. 2623834 Российская Федерация, МПК С0№27/26. Способ определения электромагнитных параметров асинхронных электродвигателей / Кузнецов Е. М., Ковалев А. Ю., Аникин В. В. № 2016104186; заявл. 09. 02.16; опубл. 29. 06.17, Бюл. № 19.

КУЗНЕЦОВ Евгений Михайлович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Электрическая техника» Омского государственного технического университета.

КОВАЛЕВ Александр Юрьевич, кандидат технических наук, декан инженерно-технического факультета Нижневартовского государственного университета (НВГУ).

АНИКИН Василий Владимирович, старший преподаватель кафедры «Автоматизация и робототехника» НВГУ.

Адрес для переписки: kiricuznetsov@yandex. га

Статья поступила в редакцию 27.10.2017 г. © Е. М. Кузнецов, А. Ю. Ковалев, В. В. Аникин

удк 6213138 о. д. лысенко

л. В. симдков

Омский государственный технический университет, г. Омск

МОДЕЛИРОВДНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХДРДКТЕРИСТИК СИНХРОННЫХ И ДСИНХРОННЫХ ПОГРУЖНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГДТЕЛЕЙ

В статье рассматриваются вопросы моделирования и расчета электромагнитного момента погружных асинхронных электродвигателей (ПЭД) и погружных вентильных электродвигателей (ПВЭД) установок центробежных насосов добычи нефти. Актуальность рассмотренных вопросов подтверждается растущими требованиями к технологии добычи нефти, в том числе с точки зрения энергоэффективности. Дана краткая характеристика установкам электроцентробежных насосов и представлены основные конструктивные особенности погружных электродвигателей. Выбрано программное обеспечение для построения и расчета математической модели погружного электродвигателя. Результатами моделирования являются картины силовых линий в сечении асинхронного и магнитоэлектрического синхронного погружных электродвигателей. Адекватность моделей подтверждается соответствием распределения магнитного потока в сечении машины и совпадением в пределах погрешности аналитического и эмпирического значений вращающего момента. Результаты моделирования, с учетом принятых допущений и метода расчета, а также погрешности проектирования и средства расчета модели являются верными.

Р

Ключевые слова: нефтедобыча, центробежный насос, погружной электродви- о гатель, математическая модель, метод конечных элементов.

Непрерывное развитие промышленности обу- [2]. Вопросы добычи, транспортировки и хранения

словливает стабильный рост энергопотребления [1]. углеводородов на данный момент являются актуаль-

Углеводороды, несмотря на истощающиеся запасы, ными. Доля России в общей мировой добыче нефти

остаются самым востребованным видом топлива составляет 13,92 % [3]. Исходя из экономических,