CC BY
178
УДК 021.314.261: 622
Е.М. Кузнецов, E.M. Kuznetsov, e-mail: [email protected] *А.Ю. Ковалев, A.Yu. Kovalyov, e-mail: [email protected] *В.В. Аникин, V.V. Anikin, e-mail: [email protected] Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia
*НВФ Омского государственного технического университета, г. Нижневартовск, Россия
УСТАНОВКА ДИАГНОСТИКИ ПАКЕТОВ РОТОРОВ ПОГРУЖНЫХ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
INSTALLATION DIAGNOSTICS PACKAGES ROTOR SUBMERSIBLE INDUCTION MOTORS
Рассматривается принцип действия установки, основанный на экспериментальном определении переходной характеристики затухания тока статора погружных электродвигателей. Приводятся основные технические характеристики установки.
Discusses the principle of operation is based on the experimental determination of the transition of the decay of the stator current of the motors. Provides the basic technical characteristics of the installation.
Ключевые слова: установка, стенд,, диагностика, погружной асинхронный двигатель, измеритель, идентификация
Key words: experimental stand, diagnostics, submersible asynchronous motor, meter, identification
Для повышения эффективности добычи сырья в нефтепромысле происходит активное внедрение станций управления с частотным регулированием, позволяющие плавно регулировать параметры приводного асинхронного погружного электродвигателя. Качество сборки асинхронного двигателя оказывает сильное влияние на качество работы всего комплекса установки электроцентробежного насоса. Установка позволяет диагностировать отдельно взятый ротор многосекционного погружного двигателя и выявить наряду с остальными роторами на валу наиболее «уязвимую» секцию подверженную перегреву и последующему выходу из строя.
Принцип действия установки основан на экспериментальном определении переходной характеристики - тока статора электродвигателей i1(t) - в функции времени t [1]. Эксперимент выполняется в двух режимах: при включении двигателя на постоянное напряжение и при его отключении от источника постоянного тока. Переходная характеристика i() программным путем представляется в виде ряда по экспоненциальным функциям An-exp(~ht\ n = 2, ...,N, где N - количество экспоненциальных функций в выражении переходной характеристики. На основании равенства изображений по Лапласу переходной характеристики i(), полученной экспериментально, и расчетной характеристики по заданному виду схемы замещения ПЭД, формируется система уравнений, решением которых находятся искомые параметры схемы замещения ПЭД [2].
В состав установки рис.1 входит аккумуляторная батарея, коммутатор тока на силовых МДП — транзисторах, датчики тока и напряжения, схема управления, плата сбора данных LA-20USB.
Общая блок схема установки представлена на рис. 2. Основу установки составляет стенд диагностики в состав которого входит микропроцессор, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) ЛА20^В силовая часть с датчиками измеряющие ток и напряжения на обмотках подключенного модуля на выходе силовой части. Микропроцессор в соответствии с за-
ложенной программой работы осуществляет инициализацию интегрированных узлов, объявление необходимых переменных и функций. В ходе рабочего цикла осуществляются первоначальная настройка и процедуры измерения в результате которых подаются сигналы на сбор данных плате АЦП. Собранные массивы передаются управляющей программе для последующей обработки. Для управления стендом и индикация текущего режима служит плата управления с жидкокристаллическим индикатором (ЖКИ).
Рис. 1. Внешний вид установки
При обработке экспериментально полученных переходных характеристик возникает основная задача представления переходной характеристики в том или ином виде.
001
Рис. 2. Блок схема стенда
В рассматриваемом случае как уже отмечалось выше используется аппроксимация суммой экспоненциальных функций
ii(t) = Aiexp(-X1t) + A2exp('X2t) +... + ANexp(-XNt), (1)
где коэффициенты А1,..., Anи показатели экспоненциальных функций Xi,..., Xnподлежат численному определению. Между коэффициентами Ai,..., An действует соотношение Än=ii(0)-Ai-Ä2-... -Än-1, вытекающее из естественных начальных условий.
Для определения коэффициентов аппроксимирующей функции используются (рис. 3) функции пакета Matlab [3] Curve Fitting Toolbox. Curve Fitting Toolbox имеет графический интерфейс и набор функций для создания моделей кривых и поверхностей. Инструмент позволяет выполнять анализ данных, предварительную обработку и постобработку, сравнение различных моделей и удаление выбросов. Возможно производить регрессионный анализ, используя встроенную библиотеку линейных и нелинейных моделей, или задать пользовательскую функцию. Библиотека обеспечивает оптимизированные параметры решений и начальные условия, позволяющие улучшить точность приближений. Инструмент поддерживает также непараметрические методы моделирования, такие как сплайны, интерполяция и сглаживание.
После создания модели возможно применять различные методы постобработки для построения графиков, интерполяции и экстраполяции, оценки доверительных интервалов и вычисления интегралов и производных.
Для работы модуля необходимо импортировать исходные данные из рабочего пространства MATLAB, создать модель пользовательской функции (1) в опциях регрессивного анализа определить начальные условия и выбрать алгоритм Levenberg-Marquardt.
Рис. 3. Инструмент Curve Fitting Toolbox в пакете MATLAB
Результатом работы инструмента Curve Fitting в поле Results выводятся коэффициенты пользовательской модели. Для автоматизации процесса обработки результатов эксперимента в MATLAB есть возможность автоматической генерации кода.
Установка эксплуатируется и позволяет определять эквивалентные параметры АД в широком диапазоне режимов работы, включая нелинейные режимы, вызванные насыщением магнитной системы АД и эффектом вытеснения тока в глубокопазных электродвигателях.
Основные технические характеристики установки. Значение тока i(t) переходной характеристики при t=0 максимальное — 50А; количество активно — индуктивных ветвей схе-
мы замещения АД максимальное — 18, минимальное — 3; длительность цикла испытания АД — 5с; количество циклов, задаваемое системой управления максимальное — 9; частота дискретизации переходной характеристики тока максимальная — 50 кГц. Габариты 550 х 240 х 400 мм. Масса 7 кг. Внешний вид установки показан на рис. 1.
Библиографический список
1. Кузнецов Е.М. Определение параметров асинхронного двигателя с помощью аппроксимации кривой затухания фазного тока/ Е.М. Кузнецов, В.В. Аникин //Россия молодая: передовые технологии - в промышленность. // Омск : ОмГТУ, 2010. - №2. - С. 79-83.
2. Ковалев Ю.З. Моделирование асинхронных электрических двигателей: препринт / Ю.З. Ковалев, А.Ю. Ковалев. - Омск : ОмГТУ, 2009. - С. 30.
3. Кетков Ю.Л. MATLAB 7 программирование, численные методы / Ю.Л. Кетков, А.Ю. Кетков, М.М. Шульц. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 737 с.
