Способ определения давления центробежного насоса с асинхронным электроприводом
METHOD FOR DETERMINING PRESSURE OF A CENTRIFUGAL PUMP WITH AN ASYNCHRONOUS ELECTRIC DRIVE

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при контроле давления воды и других текучих сред.
Известен способ определения давления центробежного насоса с асинхронным электроприводом (патент SU 1783869 от 29.11.1990), Измеряют давление на подающем трубопроводе, мгновенные величины токов и напряжений статора асинхронного двигателя, преобразуют трехфазные значения токов и напряжений в двухфазные составляющие токов и напряжений, определяют модуль вектора напряжения статора, определяют модуль вектора тока статора. Давление на всасывающем трубопроводе, мгновенные двухфазные величины токов и напряжений статора асинхронного электродвигателя, модуль вектора напряжения статора, модуль вектора тока статора подают на вход искусственной нейронной сети, с помощью искусственной нейронной сети, предварительно обученной по опытным данным работы центробежного насоса с асинхронным электроприводом при различных входных воздействиях как со стороны частоты и амплитуды питающего напряжения, так и со стороны гидравлического сопротивления сети и входного давления, используя выявленные искусственной нейронной сетью при обучении зависимости между входными и выходными данными определяют промежуточные значения по формуле давления жидкости, фильтруют данные, тем самым определяя мгновенную величину давления жидкости центробежного насоса с асинхронным электроприводом.
Наиболее близким к заявляемому является способ определения давления центробежного насоса с асинхронным электроприводом (патент RU 2623195 от 22.06.2017), при реализации которого измеряют давление на подающем трубопроводе, 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. Затем вычисляют разницу между оцененными значениями составляющих тока статора и текущими значениями составляющих тока 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 разницы 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. По значениям действительного расхода насосной установки и давлению на подающем трубопроводе определяют развиваемое насосной установкой давление.
Недостатками известных способов является точность определения давления в установившихся и переходных процессах, в условиях шума сигналов тока и напряжения асинхронного двигателя.
Задачей изобретения является повышение точности определения мгновенного давления жидкости центробежного насоса с асинхронным электроприводом в условиях шумов входных сигналов.
Сущность технического решения поясняется формулами (1-10).
Техническим результатом изобретения является повышение точности определения давления жидкости насосной установки с центробежными насосами и асинхронными двигателями.
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.
(9)
Давление жидкости насосной установки определяется как сумма давления развиваемого насосом и давления в питающем трубопроводе (10):
(10)
где  – давление на выходе насосной установки
– давление, развиваемое насосом
– давление в питающем трубопроводе.
В проведенных экспериментах на насосе К8-18 с асинхронным двигателем АД80М2 погрешность определения давления в установившемся режиме не превышает 3%.
Таким образом, заявленный способ позволяет повысить точность определения давления жидкости центробежного насоса с асинхронным электроприводом в условиях шума входных сигналов.