Способ стабилизации давления насосной установки с асинхронным электроприводом

Авторы патента:

H02P21/00 - Устройства для управления или регулирования электродвигателей путем управления ориентацией поля; управление вектором

F04D15/00 - Управление и регулирование насосов, насосных установок или систем

F04D13/064 - Насосные установки или системы (управление или регулирование F04D 15/00)

F04D13/06 - с электрическим приводом

Владельцы патента RU 2718091:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" (ОмГТУ) (RU)

Изобретение относится к областям насосостроения и электротехники. Способ стабилизации давления насосной установки (НУ) с асинхронным электроприводом включает измерение мгновенных величин токов статора асинхронного двигателя (АД) и скорости вращения ротора. При этом задают требуемое давление НУ, преобразуют трехфазные значения токов в двухфазные составляющие токов, а последние в составляющие токов статора во вращающейся системе координат, определяют угол поворота вращающейся системы координат, вычисляют оцененные значения составляющих потокосцеплений ротора. По оцененным значениям составляющих тока статора и потокосцепления ротора вычисляют: электромагнитный момент АД, момент нагрузки центробежного насоса, гидравлическую мощность насоса, нагнетаемое давление насоса, действительный расход НУ. По значениям действительного расхода НУ и давлению на подающем трубопроводе определяют: развиваемое НУ давление, составляющую задаваемого тока статора по продольной оси магнитного поля АД, составляющие задающего напряжения статора во вращающейся системе координат, составляющие задающего напряжения статора в неподвижной системе координат, которые являются задающими сигналами для инвертора напряжения. Получаемое напряжение инвертора подают на АД, который создает необходимый электромагнитный момент для нагнетания требуемого давления НУ. Изобретение направлено на снижение массогабаритных показателей электропривода НУ.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при контроле давления воды и других текучих сред.

Наиболее близким к заявляемому является способ стабилизации напора электропривода турбомеханизмов (Фираго Б. И., Регулируемые электроприводы переменного тока / Б. И. Фираго, Л. Б. Павлячик. – ЗАО «Перспектива» Минск, 2006. Стр. 187-194), использующий асинхронный двигатель приводящий в движение турбомеханизм, датчик давления, регулятор давления, регуляторы частоты, напряжения, а также функциональные преобразователи преобразователя частоты.

Сущность способа: измеряют требуемое давление с помощью датчика давления и сравнивают с заданным давлением, с помощью регулятора давления, полученную величину преобразуют в относительную частоту питания, которую с помощью частотного регулятора подают на частотный преобразователь. Задают относительное статическое противодавление, относительный момент сопротивления холостого хода, на основе этих данных рассчитывают статический момент, а также задающее значение ЭДС статора асинхронного двигателя на основе закона частотного регулирования, вычисляют падения напряжения статора на основе измеренного значения тока статора, определяют задающее напряжение на основе задающего значения ЭДС и падения напряжения статора, полученное значение задающего напряжения с помощью регулятора напряжения подают на частотный преобразователь, который создает требуемое напряжение заданной частоты, подаваемое на асинхронный двигатель, который создает требуемую скорость вращения турбомеханизма, нагнетающего необходимое давление.

Недостатками известных способов является необходимость установки датчика давления в точке стабилизации, что снижает массо-габаритные показатели установки.

Техническим результатом изобретения является снижение массо-габаритных показателей электропривода насосной установки с центробежными насосами и асинхронными двигателями.

Данный технический результат достигается тем, что измеряют давление на подающем трубопроводе, измеряют мгновенные величины токов, измеряют угловую скорость вращения ротора асинхронного двигателя, вычисляют угол поворота вращающейся системы координат, преобразуют трехфазные значения токов и напряжений в двухфазные составляющие токов вращающейся системы координат, определяют оцененные значения потокосцепления ротора. С помощью регулятора магнитного потока формируют составляющую задаваемого тока статора по оси q. По значениям составляющих тока статора и угловой скорости ротора, по значениям потокосцепления ротора и угловой скорости вращения определяют момент нагрузки центробежного насоса. Определяют гидравлическую мощность насоса. По значениям гидравлической мощности и скорости вращения ротора определяют действительный расход насосной установки. По значениям действительного расхода насосной установки и давлению на подающем трубопроводе вычисляют текущее давление в точке, для которой требуется стабилизировать давление. С помощью регулятора давления на основе задающего значения давления и текущего давления в точке, для которой требуется стабилизировать давление вычисляют требуемое значение скорости вращения ротора. С помощью регулятора скорости, на основе требуемого значения скорости вращения ротора и текущей угловой скорости вычисляют составляющую задаваемого тока статора по оси d. С помощью регулятора тока на основе составляющих задаваемого тока статора и двухфазных составляющих токов вращающейся системы координат вычисляют требуемые составляющие напряжения статора во вращающейся системе координат. Преобразуют требуемые составляющие напряжения статора во вращающейся системе координат в требуемые составляющие напряжения статора в неподвижной системе координат. На основе требуемых составляющих напряжения статора в неподвижной системе координат вычисляют моменты открывания силовых ключей автономного инвертора напряжения, питающего асинхронный двигатель привода насоса с помощью генератора пространственного вектора (широтно-импульсной модуляции) для трехфазной мостовой схемы инвертора.

Сущность технического решения поясняется формулами (1-11).

Двухфазные значения токов определяются по формулам преобразования:

(1)

– составляющая тока статора асинхронного двигателя (измеренное значение), А.

Составляющие токов статора во вращающейся системе координат (2):

(2)

Угол поворота вращающейся системы координат (3):

(3)

где – угловая скорость ротора, рад/с,

T_R – постоянная времени ротора двигателя, с.

Z_P – число пар полюсов;

p – оператор дифференцирования.

Значения потокосцепления ротора одной составляющей определяются через математическое описание асинхронного двигателя в неподвижной системе координат по формуле в операторном виде (4):

, Вб (4)

где R_R – сопротивление ротора, Ом,

k_R – безразмерный параметр двигателя.

Значения электромагнитного момента по формуле (5):

, Н⋅м (5)

Момент нагрузки двигателя определяется по формуле (6):

, Н⋅м (6)

J – момент инерции механизма, кг⋅м².

Гидравлическая мощность насоса определяется по формуле (7) как произведение скорости вращения в ала насоса на момент сопротивления насоса:

, Н⋅м (7)

где T₀ –– момент трения, Н⋅м.

Одновременно гидравлическая мощность насоса определяется как произведение давления нагнетаемого насосом и подачей насоса .

Где давление насоса (8) определяется через параметры напорной характеристики насоса, плотность жидкости и угловую скорость вала насоса, и относительный расход насоса:

(8)

Расход жидкости насоса определяется по формуле (9)

, м³/с (9)

где – плотность жидкости, кг/м³,

– номинальная угловая скорость насоса, рад/с,

С₀, С₁ – параметры напорной характеристики насоса,

– относительный расход насоса, м³/с.

Давление жидкости насосной установки определяется как сумма давления развиваемого насосом и давления в питающем трубопроводе (10):

(10)

где – давление на выходе насосной установки, м

– давление, развиваемое насосом, м

– давление в питающем трубопроводе, м.

A – гидравлическое сопротивление трубопровода, с/м⁵.

Требуемое значение скорости вращение (12):

(11)

где

– коэффициент пропорциональности регулятора давления, рад/(с•м);

– задаваемое давление установки, м.

Составляющая задаваемого тока статора по оси d (12):

(12)

– коэффициент пропорциональности регулятора скорости, А/(с• рад);

– постоянная времени регулятора скорости, с.

Составляющие напряжения статора во вращающейся системе координат (13):

(13)

– коэффициент пропорциональности регулятора тока, Ом;

– постоянная времени регулятора тока, с.

Составляющие напряжения статора в неподвижной системе координат (14) являются задающими сигналами для инвертора напряжения:

(14)

Таким образом, заявленный способ позволяет повысить массо-габаритные показатели насосной установки за счет применения способа косвенного определения переменных состояния насоса.

Способ стабилизации давления насосной установки с асинхронным электроприводом, отличающийся тем, что проводят измерение мгновенных величин токов статора асинхронного двигателя и скорости вращения ротора, задают требуемое давление установки, преобразуют трехфазные значения токов в двухфазные составляющие токов, преобразуют двухфазные составляющие токов в составляющие токов статора во вращающейся системе координат, определяют угол поворота вращающейся системы координат, вычисляют оцененные значения составляющих потокосцеплений ротора, вычисляют электромагнитный момент асинхронного двигателя по оцененным значениям составляющих тока статора и потокосцепления ротора, вычисляют момент нагрузки центробежного насоса, вычисляют гидравлическую мощность насоса, вычисляют нагнетаемое давление насоса, вычисляют действительный расход насосной установки, по значениям действительного расхода насосной установки и давлению на подающем трубопроводе определяют развиваемое насосной установкой давление, определяют составляющую задаваемого тока статора по продольной оси магнитного поля асинхронного двигателя, определяют составляющие задающего напряжения статора во вращающейся системе координат, определяют составляющие задающего напряжения статора в неподвижной системе координат, которые являются задающими сигналами для инвертора напряжения, получаемое напряжение инвертора подают на асинхронный электродвигатель, который создает необходимый электромагнитный момент для нагнетания требуемого давления насосной установки.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления инвертором вентильного преобразователя, питающего электродвигатель от сети переменного тока.

Электропривод с повышенной чувствительностью к отработке малых угловых скоростей вращения // 2707578

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах регулирования для отработки и регулирования задаваемых угловых скоростей вращения объекта управления в широком диапазоне: от тысячных долей градуса в секунду до сотен градусов в секунду.

Устройство управления и способ управления электромотором // 2707178

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электромотором. Техническим результатом является обеспечение стабильности управления моментом.

Контроллер транспортного средства с электрическим приводом // 2706928

Настоящее изобретение относится к контроллеру транспортного средства с электрическим приводом. Причем контроллер устанавливается в транспортном средстве с электрическим приводом, включающем в себя мотор для движения, инвертор, который приводит в действие мотор, и устройство аккумулирования электричества, которое обменивается электричеством с мотором через инвертор, причем контроллер содержит электронный блок управления, выполненный с возможностью выполнять управление переключением по переключающему элементу инвертора посредством переключения между управлением с широтно-импульсной модуляцией и управлением с прямоугольным сигналом согласно коэффициенту модуляции, при этом электронный блок управления выполнен с возможностью выполнять управление переключением посредством управления с прямоугольным сигналом в первом режиме переключения, когда скорость вращения мотора равна или выше первой предварительно определенной скорости вращения, электронный блок управления выполнен с возможностью выполнять управление переключением посредством управления с прямоугольным сигналом во втором режиме переключения, когда скорость вращения мотора ниже первой предварительно определенной скорости вращения, первая предварительно определенная скорость вращения является скоростью вращения ниже первой резонансной области, первый режим переключения является режимом последовательности переключения, который подавляет LC-резонанс в первой резонансной области, и второй режим переключения является режимом последовательности переключения, который подавляет LC-резонанс во второй резонансной области ниже первой предварительно определенной скорости вращения.

Вентильный электропривод // 2706416

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электромеханических системах на производстве, на транспорте и строительстве. Технический результат заключается в повышении точности регулирования частоты вращения.

Устройство измерения неравномерности мгновенной частоты вращения вала // 2703274

Изобретение относится к измерительной технике и электротехнике. Технический результат: повышение точности измерения неравномерности мгновенной частоты вращения вала и увеличение информации о ее поведении в пределах оборота вала.

Устройство управления высоковольтным преобразователем частоты // 2699374

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления трехфазным трехуровневым активным выпрямителем высоковольтного преобразователя частоты, система управления которого при кратковременных несимметричных провалах напряжения сети переключает режим работы ключей активного выпрямителя с широтно-импульсного способа управления на релейно-векторное управление.

Способ управления инвертором напряжения в системах бесперебойного питания и системах накопления электрической энергии при резкопеременной нагрузке // 2697262

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники, может быть использовано при построении систем генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока или систем гарантированного электропитания переменного тока.

Система управления электроприводом транспортного средства // 2690532

Изобретение относится к области электротехники и транспорта и может быть использовано в качестве системы управления электроприводом унифицированной машины технологического электротранспорта.

Способ определения частоты ротора и/или угла ротора реактивной электрической машины, управляющее устройство, а также приводная система // 2689117

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления реактивной электрической машиной без демпферной клетки. Способ определения частоты (f) ротора и/или угла (ϕ) ротора реактивной электрической машины (2), которая имеет статор со статорной обмоткой (10) и ротор с магнитно анизотропным роторным пакетом, осуществляют посредством приложения временной последовательности импульсов напряжения (Uk) к статорной обмотке (10), определения ответной последовательности импульсов протекающего в статорной обмотке (10) электрического тока (Ik), который возникает вследствие импульсов напряжения (Uk) и последовательно наводимого потока (Φk) вследствие магнитно анизотропного роторного пакета, при этом определение частоты (f) ротора и/или угла (ϕ) ротора осуществляют на основе измеряемой ответной последовательности импульсов электрического тока (Ik) с помощью оценочного блока (3).

Способ регулирования режима работы дожимной насосной станции // 2716939

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам транспортирования обводненной нефти с использованием насосов дожимной насосной станции (ДНС).

Устройство для стабилизации давления на приеме установки электроцентробежного насоса // 2716786

Изобретение относится к нефтедобыче в условиях эксплуатации малодебитных скважин. Устройство для стабилизации давления на приеме установки электроцентробежного насоса включает автоматическую систему управления и систему определения динамического уровня.

Центробежный насос // 2714028

Изобретение относится к центробежным насосам и направлено на модернизацию эксплуатируемых в них рабочих колес для снижения избыточного напора в непроизводительных режимах работы путем изменения диаметра лопаток рабочего колеса непосредственно в процессе работы насоса.

Способ регулирования мелиоративной насосной станции // 2712335

Изобретение относится к насосным станциям, используемым в мелиорации, водоснабжении и т.п. Способ регулирования относится к мелиоративной насосной станции, содержащей по меньшей мере один центробежный насос со всасывающим и напорным трубопроводами, сообщенными соответственно с источником жидкости и через задвижку с потребителем, струйный аппарат, установленный во всасывающем трубопроводе центробежного насоса, и линию рециркуляции с задвижкой, сообщающую струйный аппарат с напорным трубопроводом.

Центробежный насос с корпусом // 2707238

Группа изобретений относится к области насосостроения. Центробежный насос содержит корпус (1).

Способ работы для насоса, в особенности для мультифазного насоса, и насос // 2706897

Группа изобретений относится к способу работы и конструкции насоса, в особенности мультифазного насоса, для передачи текучей среды от стороны низкого давления к стороне высокого давления, в котором предусмотрена обратная линия (8) для возвращения текучей среды со стороны высокого к стороне низкого давления.

Устройство для дистанционного управления насосной установкой // 2705789

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам автоматического управления погружных электродвигателей скважинных насосов. Технический результат заключается в обеспечении возможности раздельного управления электродвигателем насоса в дневное и ночное время суток.

Устройство и способ для управления насосом // 2702827

Группа изобретений касается технологии для применений управления насосом. Устройство для управления насосом имеет процессор или модуль обработки сигналов, сконфигурированный для приема сигнализации, содержащей информацию о режиме холостого хода насоса при отсутствии потока (NFI), когда насос работает на частоте вращения холостого хода насоса; и определения, основанного на принятой сигнализации, соответствующей сигнализации, содержащей информацию о том, должен ли насос остаться в режиме остановки по отсутствию потока (NFSD) или в режиме NFI.

Свеклонасос // 2702772

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в сахарной промышленности. Свеклонасос содержит корпус с всасывающим и нагнетающим патрубками и установленное на валу рабочее колесо.

Система и способ контроля состояния погружной электрической насосной системы в реальном времени // 2700426

Группа изобретений относится к горному делу и может быть применена для насосной системы в скважине. Система включает двигательный узел, насос, приводимый в движение двигательным узлом, а также один или более датчиков, сконфигурированных для измерения рабочего параметра в насосной системе и для выдачи сигнала, являющегося представлением измеренного параметра.

Дисковый насос // 2716100

Изобретение относится к технике для перекачки текучих сред, в особенности, в местах с высокими требованиями по уровню шума. Дисковый насос содержит полый корпус, снабженный патрубками входного и выходного потоков, статор с обмотками и ротор с параллельными дисками и постоянными магнитами.