Статья по векторному полеориентированному управлению. Смирнов.Векторное полеориентированное управление. Виртуальная модель векторного полеориентированного
 Скачать 0.5 Mb.
|
|
УДК 007 (075.8) М. С. Смирнов – магистрант кафедры управления в технических системах ВИРТУАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ВЕКТОРНОГО ПОЛЕОРИЕНТИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПЛАВНОГО ПУСКА И РЕГУЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ НЕФТЯНОГО МАГИСТРАЛЬНОГО НАСОСА Нефтегазовая промышленность – это не только добыча полезных ископаемых из недр, но и также система комплексов по подготовке, транспорту и переработке сырья. По запасам нефти Россия уступает всего лишь 5 государствам. Этого достаточно, чтобы интенсивно развивать данный сегмент. В транспортировке нефти участвует система нефтепроводов. Практика показала, что это наиболее эффективный транспортный комплекс в нефтегазовой промышленности России. Трубопроводы и нефтеперекачивающие станции (НПС) – основа всей транспортировки нефти и ее продуктов на значительные расстояния. Сердцем НПС являются магистральные центробежные нефтяные насосы (НМ). Необходимую частоту вращения и крутящий момент им придают электродвигатели, 65-70% которых являются нерегулируемыми асинхронными с короткозамкнутым ротором [1]. Данный тип электрической машины положительно зарекомендовал себя для нефтеперекачки. Однако, прямой пуск асинхронного двигателя от сети имеет ряд недостатков: небольшой пусковой момент и значительный пусковой ток. Если первый минус нивелируется при перекачке невязких нефтепродуктов и запуска на открытую или частично открытую задвижку, то увеличение тока в несколько раз отрицательно влияет на двигатель, например, повышается температура изоляции обмоток статора, что затем может привести к короткому замыканию. Для облегчения запуска существует множество способов. В связи с удешевлением компонентов силовой электроники частотный способ все больше и больше применяется для регулирования асинхронных двигателей. В нынешнее время применяются два способа управления: а) скалярное управление; б) векторное управление. Главная идея векторного управления заключается в том, чтобы контролировать не только величину и частоту напряжения питания, но и фазу. Другими словами, контролируется величина и угол пространственного вектора. Векторное управление в сравнении со скалярным обладает более высокой производительностью. Для предварительной оценки работы НМ с каким-либо преобразователем разумно реализовать экспериментальную виртуальную систему. Для этого воспользуемся возможностями среды моделирования Matlab-Simulink. На данный момент имеется множество литературных источников, в которых детально описан процесс создания векторной САУ АД, однако, для реализации векторного управления (поле-ориентированного) достаточно возможностей библиотеки Simscape/SimPowerSystems. Блок векторного управления имеет 5 входов. SP – задание скорости вращения, об/сек; Tm – статическая нагрузка, Н*м; А,В,С – 3-фазное питание, В. Для снятия характеристик есть шина с данными «Motor». Увидеть внутреннюю структуру блока (рис.2) можно с помощью команды Look under mask. Рис.1. Блок FOC Рис.2. Внутренняя структура блока FOC В данную замкнутую систему, которая использует двухзвенные преобразователи, внесены изменения. Вместо неуправляемого диодного выпрямителя установлен автономный выпрямитель напряжения, выполненный на IGBT транзисторах [2]. Это позволяет при остановке насосной станции рекуперировать обратно в сеть энергию потока перекачиваемой среды. Тормозной прерыватель отключен от инвертора. Рис.3. Внутренняя структура блока АВН Асинхронный двигатель (на схеме Induction machine) марки 4АМЗВ 1600/10000 У2 имеет номинальную мощность 1,6МВт, рабочее напряжение 10 кВ при частоте 50 Гц. Однако, помимо этих параметров нужно определить параметры схемы замещения асинхронной машины по простейшей методике [3]: сопротивление статора Rs и ротора Rr, индуктивности рассеивания Lls, Llr, а также взаимоиндуктивность Lm, используя каталожные сведения к электродвигателю [4]. Например, сопротивление статора имеет вид: , ) / 1 ( ) 1 ( 2 1 1 1 2 P m s с с s U Rs k k н н где m k – кратность пускового момента (каталожный параметр); U н – номинальное напряжение, В; s н - номинальное скольжение; с 1 – конструктивный коэффициент (1,02-1,05); s k – критическое скольжение; P –потребляемая мощность электродвигателя, Ватт; На рисунке 4 представлены рассчитанные параметры электродвигателя. На рисунке 5 проиллюстрированы результаты моделирования переходных процессов пуска асинхронного двигателя и при приложении момента сопротивления 4000 Н*м на 2.5 секунде при векторном полеориентированном управлении. Рис.4. Окно ввода параметров двигателя Рис.5. Результаты моделирования мягкого пуска асинхронного двигателя при векторном управлении Скачок тока в 2-3 раза больше номинального обусловлен предварительным магнитным насыщением магнитопровода электродвигателя. Процесс пуска протекает с ограничением ускорения 1500 об/с. По окончанию разгона, ПИ-регулятор отрабатывает задание по номинальной скорости вращения. Он же обеспечивает жесткую механическую характеристику. Электромагнитный момент двигателя во время разгона колеблется около определенного значения, однако качество переходного процесса намного лучше, чем при прямом пуске (Рисунок 6). Рис.6. Изменение электромагнитного момента при прямом пуске Стоит отметить, что данная виртуальная модель обладает собственным графическим интерфейсом. Корректная работа возможна лишь с предустановленными конфигурациями электроприводов. Чтобы ввести желаемые параметры, необходимо разорвать связь модели с корневой библиотекой. Это легко реализуется при любом изменении внутренней структуры модели. Несмотря на простоту представленной модели, с помощью нее можно качественно и наглядно рассмотреть результаты применения векторного полериентированного управления на конкретном АД, при этом не затрачивая усилий для создания идентичной модели и проведения необходимых расчетов. Библиографический список 1. Мугалимов Р.Г. Энергоэффективные асинхронные двигатели, технико-экономические преимущества и оптимизация себестоимости их создания / Р.Г. Мугалимов, Р.А. Закирова, А.Р. Мугалимова // Энерго- и ресурсосбережение. – 2016. - №2. – с.31 2. Ефимов, А. А. Активные преобразователи в регулируемых электроприводах переменного тока/А. А. Ефимов, Р. Т. Шрейнер. Новоуральск: Изд-во НГТИ, 2001.- 250 с. 3. Терёхин, В. Б. Компьютерное моделирование систем электропривода в Simulink : учебное пособие для СПО / В. Б. Терёхин, Ю. Н. Дементьев. — М. : Издательство Юрайт, 2018. — 306 с. — (Серия : Профессиональное образование). — ISBN 978-5-534-06993-8. 4. Каталог электродвигателей предприятия ОАО «Научно- производственное объединение ЭЛСИБ» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://electromotor.com.ua/documentation/Elsib_katalog.pdf . – Заглавие с экрана. – (Дата обращения: 20.05.2019). |