СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ДАВЛЕНИЯ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ С АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ Российский патент 2020 года по МПК F04D15/00 F04D13/06 H02P21/00 

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.

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.

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.