СПОСОБ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ НАСОСА С ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ Российский патент 2017 года по МПК G01L9/00 F04B49/06 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения выходных характеристик электродвигателя.

Наиболее близкими к заявляемому изобретению являются система и способ для определения давления насоса на основе тока двигателя (патент US 8441222 от 15.07.2009 «System and method for determining pump pressure based on motor current»), содержащая жидкостный насос, приводной электродвигатель. Сущность изобретения: ток двигателя измеряется при заранее определенных давлениях насоса и скорости потока для создания калибровочных таблиц, соответствующих току двигателя насоса. После калибровки система определяет давление насоса на основе тока двигателя, обратившись к таблицам калибровки.

Недостатком прототипа является невысокая точность определения давления, связанная с дрейфом параметров подводящего трубопровода, а также большим количеством необходимых предварительных измерений для создания калибровочных таблиц.

Техническим результатом изобретения является повышение точности определения давления жидкости насосной установки с центробежными насосами и асинхронными двигателями.

Данный технический результат достигается тем, что измеряют давление на подающем трубопроводе, 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 тока 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. По значениям действительного расхода насосной установки и давлению на подающем трубопроводе определяют развиваемое насосной установкой давление.

Сущность технического решения поясняется формулами (1-11).

Двухфазные значения токов и напряжений определяются по формулам преобразования [Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием: учебник для студ. высш. учеб. заведений. - 2-е изд., испр. - М.: Издательский центр «Академия», 2007 г. - 272 с.] (1-2):

где u^[i]_Sa(β) - составляющая напряжения статора асинхронного двигателя (измеренное значение), В,

i^[i]_Sa(β) - составляющая тока статора асинхронного двигателя (измеренное значение), А.

Оцениваемые значения тока статора определяются через математическое описание асинхронного двигателя в неподвижной системе координат для статорной обмотки, при этом уравнение по второму закону Кирхгоффа дополняется усиленными разницами между измеренными и оцененными токами статора:

Оцениваемые значения тока статора одной составляющей определяются по формуле (3) в операторном виде:

- составляющая потокосцепления ротора асинхронного двигателя (оцененное значение), Вб,

k_LIs - коэффициент усиления невязок тока,

k_R - безразмерный параметр двигателя,

R_S - сопротивление статора, Ом,

T_S - постоянная времени статора двигателя, с.

Оцениваемые значения невязок (разниц между реальным и оцененным значениями) тока статора одной составляющей определяются по формуле (4):

Оцениваемые значения потокосцепления ротора одной составляющей определяются через математическое описание асинхронного двигателя в неподвижной системе координат по формуле в операторном виде (5):

где- угловая скорость ротора (оцененное значение), рад/с,

R_R - сопротивление ротора, Ом,

T_R - постоянная времени ротора двигателя, с.

Оцениваемые значения электромагнитного момента определяются через математическое описание асинхронного двигателя в неподвижной системе координат по формуле (6):

где р_p - число пар полюсов.

Оцениваемые значения момента нагрузки насоса определяются по формуле (7) через потокосцепления ротора двигателя и «невязки» проекций токов статора:

где К_Tmp - коэффициент усиления момента.

Оцениваемые значения угловой скорости ротора определяются по формуле (8) в операторном виде:

где J - момент инерции механизма, кг⋅м².

Гидравлическая мощность насоса определяется по формуле (9) как произведение скорости вращения вала насоса на момент сопротивления насоса:

где Т₀ - момент трения, Н⋅м.

Одновременно гидравлическая мощность насосаопределяется как произведение давления нагнетаемого насосом Р_CP, и подачей насоса.

Давление насоса (10) определяется через параметры напорной характеристики насоса, плотность жидкости и угловую скорость вала насоса, и относительный расход насоса:

Расход жидкости насоса определяется по формуле (11)

где ρ_r - плотность жидкости, кг/м³,

ω_пот - 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 (12):

где Р^[i]_OutT - давление на выходе насосной установки,

- давление, развиваемое насосом,

Р_InT - давление в питающем трубопроводе.

Проведенные расчеты показывают, что для насоса К8-18 с асинхронным двигателем АД80М2 погрешность определения давления уменьшилась на 5-6%.

Таким образом, заявленный способ позволяет повысить точность определения давления жидкости центробежного насоса с асинхронным электроприводом.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения выходных характеристик электродвигателя. При реализации способа измеряют давление на подающем трубопроводе, 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. Затем вычисляют разницу между оцененными значениями составляющих тока статора и текущими значениями составляющих тока 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 разницы 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. По значениям действительного расхода насосной установки и давлению на подающем трубопроводе определяют развиваемое насосной установкой давление. Технический результат заключается в повышении точности определения давления жидкости центробежного насоса с асинхронным электроприводом.

Способ для определения давления насоса на основе тока двигателя, отличающийся тем, что проводят измерение мгновенных величин токов и напряжений статора асинхронного двигателя, преобразование трехфазных значений токов и напряжений в двухфазные составляющие токов и напряжений, определение оцененных составляющих тока статора, вычисление разницы между оцененными значениями составляющих тока статора и текущими значениями составляющих тока статора, вычисление оцененных значений составляющих потокосцеплений ротора, вычисление электромагнитного момента асинхронного двигателя по оцененным значениям составляющих тока статора и потокосцепления ротора, вычисление момента нагрузки центробежного насоса с помощью оцененных значений составляющих потокосцепления ротора и разниц между оцененными значениями составляющих тока статора и текущими значениями составляющих тока статора, вычисление текущей угловой скорости вращения рабочего колеса центробежного насоса с помощью значений электромагнитного момента асинхронного двигателя и момента нагрузки центробежного насоса, вычисление гидравлической мощности насоса, вычисление действительного расхода насосной установки, по значениям гидравлической мощности и скорости вращения ротора определяют действительный расход насосной установки, а по значениям действительного расхода насосной установки и давлению на подающем трубопроводе определяют развиваемое насосной установкой давление.