CC BY
17
УДК (121. 314. 261:622
Ubi ЧИСЛИ I LJIbllbl L AUILKIb! ÜIIPL ДЫННИИ IIAFAMLIPOU IICI РУЖИЫХ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ УСТАНОВОК ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ
Е. М. Кузнецов1. В. В. Аннкнн"
' Омский госудсфствеинхяй технический университет, г, Омск, 1'осспя JНижневартовский государственный университет, г. Нижневартовск, Россия
Атютация В статье выполняется оценка точности соотношении для определения электромагнит ныл iij[iHM(*i|ii>k hui ]1\жнм> hthh\|iiihhki v ick* i jim kill и ipjihh (ПЭД) vriHHiiKiiK: ♦.н-к1]11щнн1|нюел.нк1\ насосов (> ЭДН) непосредственно по кривой затухания тока статора ¿j(f) , снятой при неподвижном роторе. Проверяется также эффективность программного обеспечения, необходимого для их практической реализации средствами мобильной установки, осуществляющей идентификацию ПЭД в условиях электроремонтных предприятия пли на поверхности кустовых нефтедобычных плошадок. Погрешность программной обработки тестовых переходных характеристик не превышает 1,5%. Для сверхпереходной постоянной времени получено расхождение в 5С/о. Погрешность определения основных электромагнитных параметров НЭ_1 получена не более 6,2%.
Ключевые слоев: переходная характеристика, классическая Т-образная схема замещения.
J. ВВЕДЕНИЕ
Известно, что параметры погружных асинхронных электродвигателей (ПЭД)« изменяются пссле ремонтного обслуживания 11J к в пропсссе эксплуатация в составе устлнозск электрацентроЬежных насссов (УЭЦП) на глубине спуска в нефтедобычную скважину, достигающую з районах Западной Сибири н на Крайнем Сезере 1.5...3.5 км. Причинами таких изменений являются неоднородность магнитных cbohcib рулонной электротехнической стали, нз которой штампуются листы для лакетоз статора, неравномерность рабочего воздушного чамра к АД их-ча нгсчхмчоп и ¡(кшуюжснии jhmhjih шжх тглкно пкшра и oi <i онгннй irr иряминннгйнск-ги виутреппей поверхности статора по его длине. действие технологических факторов, например, нестабильность
ХарИИГрЩ ! ПК иГиЦ'у,. ШНЯНИЯ И ИНС7фуМГН1И IIJJH KM III 1.1 Hf НИ И Ctlirpai .ИИ 1н171м11пкки, Jjr:«.H, МГХ;1К)П0]К|Г)'.)11Н
термообработки. a также влияние вибрашш и температуры пластоэой жидкости [2...б], составляющей 90. .150° С на г лубинах uuyi¿.a ПЭД.
В [7] получены следующие соотношения для определе:шя электромагнитных параметров классической 7
0|ЦЫ<Н0Й I ХГМЫ .'{ИиПЦГНИМ ПЭД II« К[:ИМ1Й чигухлнич IKHTIIlXHHIlll» ПЖИ CITIIIIJ« ГНМШЙ н углокимх :-»11ГК-
трсремонтшлх предприятий илн на поверхности кустовых скважшс при неподвижном роторе
Я, jW
rv—k.U0. C^/^Ü . * -Si, А,-—=----f CD
/0 Ic к
яп
Rx\ixWt L
TT' ^tJXY
с
Ниже выполняется оценка точности (1, 2) и эффективности программного обеспечения, необходимого для их практической реализация средствами мобильной установки, осуществляющей идентификацию ПЭД ли5о в перспективе средствами преобразователен частоты станций управления УЭЦН
П. Ткл»ьшчьская часть
R (1, Г.ф — индуктик-кмчь ржтгянии ф-иы обмшки irivn^ui ПЭД А — миффицигнг, ракимй ?/3 при го-едкненнн фаз АД по схеме неполной звезды а + ЪПс при котором результирующее иотокоеиептенне получается таким же. кпк и при трехфазном лнтпннн обмоток статора синусоидальным током; С0 и /0 постоянное напряженке и lux. i lúa. ю с инь. с к обшпше аггора до гашения мш hü i hui o uojjx, Lm — нндун i лвнос i ь намш-
(2)
шгшвапня ПЭД; (¿¡1 / Л") »-о - производная тока статора в начале переходного процесса затухания при замы кашш накоротко его обмотки; Я^ - сопротивление обмотка статора; Я2 - приведенное к статору активное со противление обмотки ротора АД; ~ ипдутпивпостъ рассеяния обмотки ротора, приведенная к статору АД; ЛГ1 сопрстнвлснлс активных потерь в магннтопроводс 11Э/1: Т^Ть.Ту постоянные времени экспонент, аппроксимирующих соответственно пологий, крутой н сверхпереходной участки кривой затухания
-1.Г;
СЗ)
• Д • /3 начальные теки аппроксимирующих экспонент. Для оценка точности (1, 2} сформированы тссто-кыг 1гргходныг хй]»й1чг|)ж-1ики 7, (/) у ГОД 1-имж ЭД(Т)1?.-117-ЗЯ0, I ЭД(Т)45-117-10П0 1ЭД(1>>3-117-1 ООО.
ЭД(Т)90-117-1303. Характеристики получены путем моделирования режкмг внезапного короткого замыкания, реализованного в классических 7-сбразных эквивалентных схемах данных электродвигателей. Моделирование проведено схемотехническим путем в программном пакете МиШзйп 12 при постоянном токе в осмоткс статора , ¡к-к-мш номинальному нимигничиклииигму току элгырадктятглкй Игходныг .чничгним нлгыгн пж к.1ж:гн-
ческон Т образной схемы замешеши ПЭД определены из техшгчеекк условий на их предельно допустимые лнралмпрь. (131. ."аил. 1). ио сои 1 .-клдеь.иим.
Р 10*
1,734
. Спмрю =
1,73 иа 1К
^14
дополненным выражениями
и сведены в табл. 2.
X = " , = " 31-1/ ^
ги>
{0.93Р„-3II Я, [1 + 0,001^-20)1)
И) С5)
С 6)
ТАБЛИЦА 1
111ВДЬЛЬНО Д011У С^ИМЬШ 11А1АМЫГЫ1Ю1РУЖНЫХ ЭЛЬКТРОДВИ! А1ЪЛЬИ. ТЕПЛОСТОЙКИХ. 117 ГАБАРИТА
—. Двнгатс ли
Параметры ЭД(Т)1 ?.-117 380 1ЭДС045- 117 1000 1ЭД(Т)Г,3-1П 1000 ^Д(Т)90-117-1300
Сопротивление оЬмоткн статора при Т=20"С 0.М7 ±0026 0.66 ±0.033 0.4Ь ±0.023 0.63 ±С.031
0.1ы1 хл. лри Напряжение ЦТхл.. В 330 1000 1000 1300
Хеппяь/с Ток, не более 1кх. А 13 24 2У
Потери, не более Рхх. кВт 1.2 4.0 50 9.7
Опыт кз Напряжение икз. В ?.оо 450 450 <00
Ток. не менее 1кз. А 100 Ш 12э
Потери, ие более Ркч, <В| 18 55 75 80
ТАБЛИЦА 2
ЭКБИВАЛШТНЫЬ11АРАМЫРЫ АСИНХ1ЮННЫХ ЭЛЬКТРОДВШ АГЬЛЬЙ
Параметры R. Г|г V»- L, К К
Двигатель *Rr Ом Ом м—н мГи Ом м-н
ЭДГГ)12-11/-38С 12 0.Ы7 1.У43 2.УЗУ 2.937 323.3 115.2
расчех 2.01 2.95 3.05 354.1 115.1
1 ЭДС'Г]45-117-10U0 45 0.65 2.51 У 5.0/1 5 0/1 61>5.2 1 /6.9
|iar4vi 2.62 5.12 5.31 754.2 176.8
1ЭДСП63 117 1X0 63 0/15 2.107 1.281 1.281 550.9 132.6
расчет 2.21 4..11 4.55 617.5 132.5
ЭДСГ)9С-117-1300 90 0.63 2.509 3.714 3.714 495.1 142.7
расчет 2.61 3.74 3.9 541.1 142.6
Примечание' PZmom ~ номинальная мощность электродвигателя.
Схема формирования тестовой переходной характеристики 4 (t) затухания тока статора АД з программной среде Mulrisim 12 (рис. 1) помимо элементов Т-образной схемы замещения АД содержит источник напряжения (/„, задающий посгояппый ток /,, □ обмотке статора АД Значения элементов приведены для АД гола 1ЭД (Т) 64-117-1000 Ток Г0-?. 4 А
м Li
-VVw----
i?
0.41&Я 2S3?mH
гь — fojy 5
L-ii !
>?S7xH
Pm
32.4M UsMOn
» R2
Ф
CfJ { j- tnkc
Рис. 1. Схема формировашю тестовой переходной характеристики j, 11) в программной среде Mukisim 12
При запуске моделирования псточпнк ступенчатого напряжения иЛ формирует перепад 10.8 В, который нейтрализует действие постоянного напряжения U0. в результате чего на стороне входных зажимов эквивалентной с.хгмм (put- I) с-п.чдаен* режим kojioikoio :«mmmhhi При мшм формируек'* крикич -и iy хинин шил статора i-(t), протекающего по элементам Lx, Р. , и1иил> которую можно вывести па экран (рис. 2) с помощью редактора Graphcr View программы Multisim 12.
зс
Jt
Ершлф)
1*hc. 2. Переходная характеристика затухания i_(t)- сформированная средствами Muhisun 12
Для (titJKlÜOI кИ :*КГП(фИМГНТа.1ЬНк1Х И Ш'ПЖМХ К-рГХОДНМХ ХИрЛКГГрЩ 1Ик, ОЩН-ЦГЛГНИЯ 3]1П1'1]И1Ш1НИ1НМХ
параметров ПЭД по (1. 2} разработана прегради SHEM_ ZAM реализованная в системе Matlab. В программе не пользуются функции регрессивного анасиза и начальные условия
х
СО) - 1г + 1г +1} - /0. (di\ / dl)t_, - -(/, / 7] +12 ! Г2 +13' Гэ), ( ;,(/)<// = I.T. +/,Г2 + /3Г3 О')
и
связывающие между собой тога lL, I,, 13 с постоянным током 10, производную (dii/dt)l_J и интеграл
J с постоянными времени Тх, T«. Тг. В алгоритмах определения параметров экспонент программы
SHEM_ZAM используется инструмент Curve Fitting Toolbox пакета Matlab. имеющий графический интерфейс. Обработка тестовых массивов данных для погружных н наземных АД проводится в опциях регрессионного анализа с учетом начальных условий (V) по алгоритму- Lcvcnbcrg-Mnrquardt с испсльзоЕанисм инструмента Curve Fitting l oolbox.
R 1я6л 3 нргдпиклсьм [ Jrr-iVJIKIVilkl расчгга 1М[!ИМГ IJIOK «ПШНГНГ (функции (3) HlllipOM мми])ук:ик-й 1ГПО-яые переходные хярактеригтшеи погружных ^лектродиигателтей
ТАБЛИЦА 3
ПАРАМЕТРЫ АППРОКСИМАЦИИ ПЕРЕХОДНЫХХАРАКТЕРИСТИК ^(f)
Двигатель Параметры аппроксимащш Зависимость погрешности аппроксимации от времени
ЭД(Т) 12-1 IT-SSO, *э= 10,Ь А 1т Л Iv-A Is,Л T|, с Ту , MC Т<,мхс %
Факт. 8.335 2.1601» 0.004C 0.2872/ 237/ 4.4/60 i
Ра сп. 8.396 2.1001 0.0040 0.28719 2J76 4.332
Р*с- хожд.. % -0.73 0.27 0 C.028 0.023 3.2
ЭД(Т) 45-117-1000 b = 18 А ФаК1 14Я5 3 645?. 0 0047 0 345 Я 17Г. Л 591 I.'.. п.
Ра сп. 14 J 5 3.6461 0.0047 0.345 3.175 3.761
Рас- хожд.. % 0 0 027 0 0 0.015 4.72
ЭДСТ) 63-117-1000. То = 24 А Факт. 1У.У0 4.U93 U.U05 U.366 3.33 3.82 - Г) Н * 1»1|«'Ш>«м| а CS I 1! 3
Ра сп. 19.90 4.085 0.005 0.366 3.33 3.74
Рас- хожд.. % 0 0.0'J 0 0 0 2.11
ЭД(Т) 50 -117-1300. b = 29 А Факт. 23.779 5.212 0.009 0.2880 2367 3.16 • И I 1»
Расч. 23.70 5.2 и.иида 0.2886 2388 3.Ü2
Расхожа. ,% 0.3 0.21 1.0 0.23 0.9 1.10
Фактические -¡н^чеиин чтих п.ц:имгц10к получены MrnviOM неопредглгнных mhiJ фициен i он но ихойриже-нню по Лапласу переходной характеристики г, \ р) Т-образной схемы замещения электродвигателей
1.
(8)
где bB=Pn+Pi+Pm + Pm* Ьл = РъРш + РгРы' К = P0 + Pi +Рг+Рп + Рт>
Ь* = ЛА + Р1Р1 + PoPi +PiP<n + РтРъ = Po=Rm! Ц«' Pa
pQ2 — ' L-, и изображению тестируемой переходной характеристики ¡^.¿^ (р)как суммы (3) грек экспо-
ненциальных составляющих.
ЛР) = -
айр~ + ajr + а2
(9)
pJ + а^р- + аАр + ае
2. где аь = Л -+ я, = W - Г3"') + /,(7Г1 - JT1) + I&1 + Т~\ а2 = 1,1;%-' + J^V -
3. ijTT1^1, я- - i]"1 + Jj1 + Г"1, a4 = T^TV1 + i;lT[l + 271 J, = Tt % %
Решение системы Hi шести алгебраических уравнений, выполненное в программном пакете Mathematica. дает фактические значения параметров аппроксимирующих экспонент, приведенные в табл 3. Подстановкой в (1. 2) параметров аппроксимирующих экспонент. полученных программным путем. найдены расчетные значения электромагнитных параметров ПЭД. представленные выше в табл. 2.
V. Обсуждение результатов
Из табл. 3 видно, что наибольшие расхождения (до 5 %) получены для постоянной времени Ts сверхпереходного участка характеристики ¡i(fc) Для остальных параметров аппроксимирующей функции (3) расхождения не превышают 1.5 %. Из табл. 2 следует, что электромагнитные параметры ПЭД определяются по (1. 2) с
погрешностью, не превышающей 6.2 %. Исключение составляет сопротивление Rm . где отклонение достигает 12.1 %. Эти отклонения являются приемлемыми для определения параметров ПЭД по переходной характеристике затухания тока обмоткн статора, снятой при неподвижном роторе, поскольку7 влияние сопротивления на электромагнитные параметры ПЭД, как правило, незначительно [В].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Kuznetsov Ye. ML, Kovalev A. Yu.. Aiiikin V. V. The Parameter identification of submersible motors of electrical centrifugal pump units for oil production it (SIBCON), 2015 International IEEE Siberian Conference on Control and Communications. 2015. P doi: 10 1109/SIBCON. 2015. 7147111
2. Holtz I Sensorless Control of Induction Motor Drives I/ Proceedings of the IEEE. 2002. Vol. 90, iuo. 8. P. 13591394.
3. He.Y.. Wang Y., Feng Y . Wang Z. Parameter identification of an induction machine at standstill using the vector constructing method II IEEE Transactions on Power Electronics. 2012. Vol. 27, no. 2. P. 905—915.
4. Vaudevier Joseph E. Generator selection for the reliable operation of subsurtace centrifugal pump motors // IEEE Trans, on Industry Application. 2008. Vol. 1A - 16. no. 1.
5. S almas l К R, Najafibadi T. A. An adaptive observer with online lotor and stator resistance estimation for induction motors with one phase current sensor // EEEE Transactions on Energy Conversion. 2011 Vol. 26, no. 3 P. 959— 966.
6. He L.. Cheng S.. Harley R. G [et al.] A torque-injection-based approach for thermal monitoring of induction machines with direct torque control[C] И Electric Machines & Drives Conference (IEMDC), 2013 IEEE International. IEEE. 2013 P 93-99.
7. Способ определения электромагнитных параметров асинхронных электродвигателей / Е. М. Кузнецов. А. Ю Ковалев, В В. Аникин. № 2016104186: заявл. 09 02. 2016.
8. Виноградов А. Б. Векторное управление электроприводами переменного тока. Иваново. 2008. 298 с.
