Способ определения расхода жидкости центробежного насоса с асинхронным электроприводом
Владельцы патента RU 2784325:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к способу определения расхода жидкости центробежного насоса с асинхронным электроприводом. Измеряют мгновенные величины токов и напряжений статора асинхронного двигателя, преобразуют трехфазные значения токов и напряжений в двухфазные составляющие токов и напряжений. На каждом из временных отрезков составляют матрицу коэффициентов уравнений состояния асинхронного двигателя, определяют матрицу ковариаций ошибки, определяют матричный коэффициент усиления фильтра Калмана, определяют вектор выходных величин, по составляющим которого вычисляют электромагнитный момент и угловую скорость вращения ротора, развиваемые асинхронным электродвигателем. По значениям электромагнитного момента и угловой скорости вращения ротора определяют мгновенную гидравлическую мощность, развиваемую центробежным насосом. С помощью значений мгновенной гидравлической мощности и угловой скорости вращения ротора асинхронного двигателя определяют мгновенный объёмный расход центробежного насоса. Технический результат - повышение точности определения мгновенного объемного расхода жидкости центробежного насоса с асинхронным электроприводом в условиях шумов входных сигналов.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при учёте и контроле потребления воды и других текучих сред электроприводов центробежных насосов.
Известен способ определения способ определения количества текучей среды (патент RU 2108549, МПК G01F15/07, опубл. 10.04.1998), где измеряют количество электроэнергии A, потребленное электродвигателем привода насоса, имеющего линейную характеристику зависимости потребляемой мощности от подачи N = f(Q), за время T. Количество V перекачанной воды определяют из математического выражения V = K1Aн - К2Т, где Aн = η∙A, K1 = (Q2-Q1)/N2-N1; K2 = (Q2-Q1)/(N2-N1)-Q1; Q1, N1, Q2, N2 - координаты двух точек, взятых на границах зоны работы насоса, на его линейной характеристике, η - КПД электродвигателя.
Наиболее близким к заявляемому является способ определения расхода жидкости центробежного насоса с асинхронным электроприводом (патент RU 2610909, МПК G01F 9/00, опубл. 17.02.2017), где измеряют мгновенные величины токов и напряжений статора асинхронного двигателя, преобразуют трехфазные значения токов и напряжений в двухфазные составляющие токов и напряжений, определяют оцененные составляющие тока статора, вычисляют разницу между оцененными значениями составляющих тока статора и текущими значениями составляющих стока статора, определяют оцененные значения составляющих потокосцеплений ротора, по оцененным значениям составляющих тока статора и потокосцепления ротора определяют электромагнитный момент асинхронного двигателя, с помощью оцененных значений составляющих потокосцепления ротора и разниц между оцененными значениями составляющих тока статора и текущими значениями составляющих тока статора, определяют момент нагрузки центробежного насоса, с помощью значений электромагнитного момента асинхронного двигателя и момента нагрузки центробежного насоса определяют текущую угловую скорость вращения рабочего колеса центробежного насоса. Определяют гидравлическую мощность насоса. По значениям гидравлической мощности и скорости вращения ротора определяют действительный расход насосной установки.
Недостатками известных способов является недостаточная точность определения объемного расхода жидкости центробежного насоса с асинхронным электроприводом в установившихся и переходных процессах в условиях шумов входных сигналов.
Задачей изобретения является повышение точности определения мгновенного объемного расхода жидкости центробежного насоса с асинхронным электроприводом в условиях шумов входных сигналов.
Сущность технического решения поясняется формулами (1-8).
Технический результат достигается тем, что измеряют мгновенные величины токов (
, 
, 
) и напряжений (
, 
, 
) статора асинхронного двигателя, вычисляют двухфазные составляющие тока статора (
, 
) и напряжения (
, 
):
(1)
(2).
Для определения переменных состояния асинхронного двигателя используют Фильтр Калмана (Бреммер К., Зиферлинг Г. Фильтр Калмана–Бьюси. – М.: Наука, 1982. – 199 с.). Входными воздействиями для фильтра Калмана на i-м шаге являются:
– вектор преобразованных величин тока:
;
– вектор преобразованных величин напряжения:
.
Выходными значениями фильтра Калмана является вектор 
,
Где 
– потокосцепление ротора;
– угловая скорость вращения ротора двигателя.
Определяют 
матрицу ковариаций ошибки на i-м шаге (3):
(3)
где 
– шаг итерации;
– матрица коэффициентов уравнений состояния асинхронного двигателя 
;
– единичная матрица;
– вектор выхода;
;
– матрица ковариации случайных воздействий вида:
.
, 
, 
– величины, определяющие случайный нормальный процесс с нулевым математическим ожиданием.
Коэффициенты матрицы 
определяются через параметры асинхронного двигателя
где 
– индуктивность ветви намагничивания, Гн;
, 
– индуктивность статора и ротора, Гн;
, 
– сопротивление статора и ротора, Ом;
– совместный момент инерции центробежного насоса и асинхронного двигателя, кг/м2;
– число пар полюсов асинхронного двигателя.
Определяют матричный коэффициент усиления фильтра Калмана на i-м шаге (4):
(4)
– матрица ожидаемой дисперсии ошибки измерений;
;
– ожидаемая дисперсия ошибки измерений.
Определяют вектор выходных величин 
по форме (5):
(5)
– матрица управления:
;
Определяют угловую скорость вращения ротора двигателя 
:
.
Определяют электромагнитный момент асинхронного двигателя 
по формуле (6):
(6)
На интервале усреднения 
, определяют гидравлическую мощность центробежного насоса (7):
(7)
где 
– оператор дифференцирования, с–1,
– момент сопротивления насоса при нулевом расходе.
Определяют мгновенную величину расхода жидкости центробежного насоса, по формуле (8):
(8).
где – оператор дифференцирования, с–1,
– плотность жидкости,
, 
– коэффициенты напорной характеристики насоса.
В численных экспериментах на асинхронном двигателе АД80М2 с центробежным насосом К8-18 погрешность определения расхода жидкости центробежного насоса с асинхронным электроприводом в установившемся режиме не превышает 2,5%.
Способ определения расхода жидкости центробежного насоса с асинхронным электроприводом, заключающийся в том, что проводят измерение мгновенных величин токов и напряжений статора асинхронного двигателя, преобразуют трехфазные значения токов и напряжений в двухфазные составляющие токов и напряжений, отличающийся тем, что на каждом из временных отрезков составляют матрицу коэффициентов уравнений состояния асинхронного двигателя, определяют матрицу ковариаций ошибки, определяют матричный коэффициент усиления фильтра Калмана, определяют вектор выходных величин, по составляющим которого вычисляют электромагнитный момент и угловую скорость вращения ротора, развиваемые асинхронным электродвигателем, по значениям электромагнитного момента и угловой скорости вращения ротора определяют мгновенную гидравлическую мощность, развиваемую центробежным насосом, с помощью значений мгновенной гидравлической мощности и угловой скорости вращения ротора асинхронного двигателя определяют мгновенный объёмный расход центробежного насоса.
