Способ определения расхода жидкости центробежного насоса с асинхронным электроприводом
METHOD FOR DETERMINING THE LIQUID FLOW RATE OF A CENTRIFUGAL PUMP WITH AN ASYNCHRONOUS ELECTRIC DRIVE

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при учёте и контроле потребления воды и других текучих сред электроприводов центробежных насосов.
1
н
2Т
н
1
2
1
2
1
2
2
1
2
1
1
1
1
2
2
Известен способ определения способ определения количества текучей среды (патент RU 2108549, МПК G01F15/07, опубл. 10.04.1998), где измеряют количество электроэнергии A, потребленное электродвигателем привода насоса, имеющего линейную характеристику зависимости потребляемой мощности от подачи N = f(Q), за время T. Количество V перекачанной воды определяют из математического выражения V = KA - К, где A = η∙A, K = (Q-Q)/N-N; K = (Q-Q)/(N-N)-Q; Q, N, Q, N - координаты двух точек, взятых на границах зоны работы насоса, на его линейной характеристике, η - КПД электродвигателя.
Наиболее близким к заявляемому является способ определения расхода жидкости центробежного насоса с асинхронным электроприводом (патент RU 2610909, МПК G01F 9/00, опубл. 17.02.2017), где 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 стока 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.
Недостатками известных способов является недостаточная точность определения объемного расхода жидкости центробежного насоса с асинхронным электроприводом в установившихся и переходных процессах в условиях шумов входных сигналов.
Задачей изобретения является повышение точности определения мгновенного объемного расхода жидкости центробежного насоса с асинхронным электроприводом в условиях шумов входных сигналов.
Сущность технического решения поясняется формулами (1-8).
Технический результат достигается тем, что измеряют мгновенные величины токов (, , ) и напряжений (, , ) статора асинхронного двигателя, вычисляют двухфазные составляющие тока статора (, ) и напряжения (, ):
(1)
(2).
Для определения переменных состояния асинхронного двигателя используют Фильтр Калмана (Бреммер К., Зиферлинг Г. Фильтр Калмана–Бьюси. – М.: Наука, 1982. – 199 с.). Входными воздействиями для фильтра Калмана на i-м шаге являются:
– вектор преобразованных величин тока:
;
– вектор преобразованных величин напряжения:
.
Выходными значениями фильтра Калмана является вектор ,
Где  – потокосцепление ротора;
– угловая скорость вращения ротора двигателя.
Определяют  матрицу ковариаций ошибки на i-м шаге (3):
(3)
где  – шаг итерации;
– матрица коэффициентов уравнений состояния асинхронного двигателя ;
– единичная матрица;
– вектор выхода;
;
– матрица ковариации случайных воздействий вида:
.
, ,  – величины, определяющие случайный нормальный процесс с нулевым математическим ожиданием.
Коэффициенты матрицы  определяются через параметры асинхронного двигателя
где  – индуктивность ветви намагничивания, Гн;
,  – индуктивность статора и ротора, Гн;
,  – сопротивление статора и ротора, Ом;
2
– совместный момент инерции центробежного насоса и асинхронного двигателя, кг/м;
– число пар полюсов асинхронного двигателя.
Определяют матричный коэффициент усиления фильтра Калмана на i-м шаге (4):
(4)
– матрица ожидаемой дисперсии ошибки измерений;
;
– ожидаемая дисперсия ошибки измерений.
Определяют вектор выходных величин  по форме (5):
(5)
– матрица управления:
;
Определяют угловую скорость вращения ротора двигателя :
.
Определяют электромагнитный момент асинхронного двигателя  по формуле (6):
(6)
На интервале усреднения , определяют гидравлическую мощность центробежного насоса (7):
(7)
–1
где  – оператор дифференцирования, с,
– момент сопротивления насоса при нулевом расходе.
Определяют мгновенную величину расхода жидкости центробежного насоса, по формуле (8):
(8).
–1
где  – оператор дифференцирования, с,
– плотность жидкости,
,  – коэффициенты напорной характеристики насоса.
В численных экспериментах на асинхронном двигателе АД80М2 с центробежным насосом К8-18 погрешность определения расхода жидкости центробежного насоса с асинхронным электроприводом в установившемся режиме не превышает 2,5%.