CC BY
118
УДК 621313 Е. М. КУЗНЕЦОВ
А. Ю. КОВАЛЁВ В. В. АНИКИН
Омский государственный технический университет
Нижневартовский филиал Омского государственного технического университета
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМЕ СТАНЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ-ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
Представлен лабораторный стенд, предназначенный для исследования переходных процессов и энергетических режимов работы, имеющих место в системе станция управления—погружной электродвигатель (ПЭД) при частотном управлении установками электроцентробежных насосов (УЭЦН) для добычи нефти из скважин. Аппаратная часть стенда состоит из испытуемого электродвигателя, тормозного генератора постоянного тока с резистивной нагрузкой, коммутационных аппаратов, модулей измерения и сбора данных, программно-технического комплекса (ПТК). Программное обеспечение дает возможность организовать на экране компьютера виртуальный пульт, облегчающий управление лабораторным стендом, сбор и обработку измеренных данных, а также вывод (отображение) обработанной информации на экране монитора. Приведены результаты исследований при питании ПЭД квазисинусоидальным напряжением.
Ключевые слова: переходные процессы, стенд, погружной электродвигатель, программное обеспечение.
Повышение требований к надежности и качеству ПЭД установок электроцентробежных насосов определяет необходимость исследования переходных электромеханических процессов и энергетических режимов [1], возникающих в УЭЦН при частотном регулировании. Для проведения исследований переходных процессов в системе станция управления — асинхронный трехфазный электродвигатель с короткозамкнутым ротором разработан и изготовлен компьютеризированный лабораторный стенд ПЭД — ПП/02 (рис. 1 и 2). Стенд содержит электро-машинный агрегат, станцию управления (СУ) с преобразователем частоты, модули измерения и сбора данных, коммутационные аппараты, программнотехнический комплекс (ПТК), разработанный на языке графического программирования LabWIEW с использованием специализированной программы ACDLab. Электромашинный агрегат (рис. 2) состоит из испытуемого асинхронного электрического двигателя М1, тормозного генератора постоянного тока М2, элементов R19, R20, R21, тахогенератора постоянного напряжения BR, герконного датчика положения вала и измерительных приборов PV, РА для визуального контроля выходного напряжения и тока генератора М2.
СУ размещена в шкафу (рис. 1) одностороннего обслуживания [2] и оборудована принудительной вентиляцией и наддверной платой управления. Микропроцессорный контроллер СУ реализует с помощью силового частотного преобразователя про-
граммное управление вращением вала испытуемой и нагрузочной электромашин, воспринимает сигналы обратной связи, обеспечивает защиту ПЭД — ПП/02 от аварийных и перегрузочных режимов, имеет графический интерфейс и набор кнопок управления. Модули измерения и сбора данных, коммутационные аппараты и ПТК расположены в шкафу управления (рис. 1), конструктивно выполненного с применением принципа блочно-модульного агрегатирования. Модуль измерения содержит блоки А1, А2 датчиков тока (рис. 2) и напряжения
Рис.1. Общий вид лабораторного стенда
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА
213
214
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА- ЭНЕРГЕТИКА
ОМСКИИ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012
Сеть 380В 0Р1
Г Сеть Блок датчиков А1 су питание ~] I А —-=■— А [
+ 158 -15В <{>-
дм
к
м
ЛТ-А:
дт-в
ДТ-С
ДН-В + - м
I
т-А ■ - г
г~г~
[Ъ
ЕЛ
0
В і
[V
Станция
улрабления
Плата сбора и ВыВоЗа Занных
Рис. 2. Функциональная схема экспериментального стенда для исследования переходных процессов
в асинхронном электродвигателе.
ДТ-А, ДТ-ВГ ДТ-С — датчики тока; ДН-А, ДН-ВГ ДН-С — датчики напряжения;
ДА 20ШВ — плата сбора данных; М1 — асинхронный электродвигатель;
М2 — тормозной электродвигатель с возбуждением на постоянных магнитах;
ВII — тахогенератор постоянного напряжения; КМ1-КМ4 — магнитные пускатели;
8А — пакетный переключатель; РАГ РУ - измерительные приборы;
ОР1 — автоматический выключатель;
111-113, 1*10-1112, 1*22 — токозадающие сопротивления;
114-1*9, Ш3-1118г 1123 — измерительные сопротивления; БУ — блок управления
5В1 562 КМ1
^А КШ КМ2
0 12 3
КМЗ
КМ4
Упрайление блоком нагрузки
1 ч
Рис. 3. Напряжение на асинхронном электродвигателе в установившемся режиме
Рис. 4. Ток фазы А электродвигателя в установившемся режиме
Рис. 5 Напряжение на выходе станции управления при частотном пуске
Рис. 6. Фазный ток электродвигателя в процессе частотного пуска
Рис. 7. Частота вращения ротора в процессе частотного пуска
и.е
0.5
0,5
I. о.е
0
0
7
0
4
8
-0.5
-0.5
-1
-1
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (113) 2012
[3, 4], преобразующие входные и выходные токи ДТ-А, ДТ-В, ДТ-С СУ, входные и выходные напряжения ДН-А, ДН-В, ДН-С СУ в пропорциональные измерительные сигналы, гальванически развязанные от силовых цепей СУ.
Измерительные аналоговые сигналы снимаются с резисторов R4 — R9, R13 — R18, R22, R23, поступают на многофункциональную плату сбора и вывода данных [5], преобразуются в цифровую форму и через интерфейс ^В2.0 передаются в компьютер ПТК для хранения в виде отдельных файлов и для последующей их обработки с целью компьютерной визуализации данных экспериментальных исследований переходных процессов в системе СУ—ПЭД. Реализация перечисленных задач обеспечивается с помощью разработанного программного обеспечения ПТК, в состав которого входит программа, организующая на экране компьютера ПТК виртуальный пульт управления ПЭД — ПП/02, позволяющий задавать режимы работы и параметры ПЭД — ПП/02.
Возможно также ручное управление стендом ПЭД — ПП/02. В дальнейшем предполагается внедрение и использование современного на уровне мировых стандартов электротехнического комплекса стенда ПЭД — ПП/02 в образовательном процессе подготовки студентов, обучающихся по направлению 140600.62 — «Электротехника, электромеханика и электротехнологии». Ниже (рис. 3 — 7) приводятся результаты экспериментальных исследований переходных электромеханических процессов в системе СУ — ПЭД, полученные при питании ПЭД от станции Electrospeed, которая имеет наиболее сильно отличающееся от синусоидального выходное напряжение. Полученные переходные характеристики могут использоваться для разработки методов динамической идентификации ПЭД, а также для проверки результатов математического моделирования переходных процессов, протекающих
в системе СУ—ПЭД, с данными экспериментальных исследований.
Библиографический список
1. Кузнецов Е. М. Системное моделирование станции управления в составе установок электроцентробежных насосов / Е. М. Кузнецов, С. Г. Старостин // Промышленная энергетика. — М. : Энергопрогресс, 2012. — № 1. — С. 12—16.
2. GCS Electrospeed II operators manual. Вакег Hughes, feb. 2004, [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://www. centrilift. com. (дата обращения: 25.01.2012).
3. Датчик тока LA 55 — P/SP1 [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://www.fek. by/doc/components (дата обращения: 14.03.2012).
4. Датчик напряжения LV25 — P [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://www. sencorica. ru/pdf/lv25-p.pdf. (дата обращения: 14.03.2012).
5. Внешнее устройство аналого-цифрового преобразования для IBM PC/AT-совместимых компьютеров ЛА-20^В. Руководство пользователя ВКФУ.411619.042РП. — М. : Руднев-Ширяев, 2004. — 45 с.
КУЗНЕЦОВ Евгений Михайлович, кандидат технических наук, доцент (Россия), профессор кафедры электрической техники Омского государственного технического университета (ОмГТУ). КОВАЛЁВ Александр Юрьевич, кандидат технических наук, директор Нижневартовского филиала ОмГТУ.
АНИКИН Василий Владимирович, старший преподаватель кафедры энергетики Нижневартовского филиала ОмГТУ.
Адрес для переписки: e-mail: [email protected]
Статья поступила в редакцию 27.04.2012 г.
© Е. М. Кузнецов, А. Ю. Ковалёв, В. В. Аникин
Книжная полка
621.31/М80
Морозова, Н. С. Экономика электропотребления в промышленности : конспект лекций / Н. С. Морозова, Н. А. Ковалёва ; ОмГТУ. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2012. - 108 с. - ISBN 978-5-8149-1237-4.
Рассмотрено системное описание электрического хозяйства и параметров электропотребления на предприятии. Приведены основные определения и понятия промышленной энергетики. Изложена методика составления и анализа энергобалансов энергоустановок, цехов и предприятий, схем анализа энергоиспользования. Даны расчеты технико-экономического эффекта мероприятий по энергосбережению и подходы к оптимизации схем электроснабжения.
621.3/Д18
Данилов, И. А. Общая электротехника : учеб. пособие для бакалавров неэлектротехн. специальностей вузов и техникумов / И. А. Данилов. - М. : Юрайт, 2012. - 1 о=эл. опт. диск (CD-ROM). - ISBN 978-5-9916-16126. -978-5-9692-1289-3.
В книге изложены основы теории электрического и магнитного полей, цепей постоянного и переменного токов, электрических машин, аппаратов и приборов. Основное внимание уделено выявлению физической сущности явлений, происходящих в электрических цепях, принципов работы электротехнических устройств. Книга состоит из двух частей. В первой части рассматриваются физическая сущность электрического тока, электромагнетизм, цепи постоянного и переменного тока, резонансные явления в электрических цепях и др. Во второй части представлены электрические машины постоянного и переменного тока, трансформаторы, трехфазные системы, электроизмерительные приборы. В пособии содержится не только теоретический, но и методический материал, обеспечивающий самоконтроль усвоения информации и коррекцию ошибок, возникающих в процессе самостоятельной работы учащихся.
