Помощь студентам в учебе
Структурная оптимизация асинхронных электроприводов
|
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ОБЗОР ПРОБЛЕМЫ
1.1 Структурная оптимизация электроприводов в исследованиях различных
авторов 10
1.2 Обзор установки электроцентробежного насоса на нефтедобыче 11
1.3 Проблема энергоэффективности нефтедобывающей установки 11
1.4 Способы управления частотно-регулируемым асинхронным
электроприводом 13
1.4.1 Скалярные методы управления 13
1.4.2 Векторные методы управления 14
1.4.3 Вопрос наличия трансформатора на выходе ПЧ 15
1.5 Постановка идеи структурной оптимизации асинхронного
электропривода 16
Выводы по разделу 1 17
2 ОПИСАНИЕ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ УСТАНОВКИ 18
2.1 Разработка функциональной схемы стенда 18
2.2 Выбор элементов системы 19
2.2.1 Выбор исследуемой и нагрузочной машин 19
2.2.2 Выбор преобразователей частоты 20
2.2.3 Выбор повышающего трансформатора 20
2.2.4 Выбор ПЛК и модуля расширения 21
2.2.5 Выбор блока питания ПЛК и датчиков 21
2.3 Разработка принципиальной схемы стенда 22
Выводы по разделу 2 23
3 АВТОМАТИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО СТЕНДА 24
3.1 Разработка алгоритма работы системы автоматизации стенда 24
3.2 Использование протокола MODBUS для чтения/записи переменных 25
3.3 Разработка программного обеспечения (ПО) системы автоматизации 26
1 ОБЗОР ПРОБЛЕМЫ
1.1 Структурная оптимизация электроприводов в исследованиях различных
авторов 10
1.2 Обзор установки электроцентробежного насоса на нефтедобыче 11
1.3 Проблема энергоэффективности нефтедобывающей установки 11
1.4 Способы управления частотно-регулируемым асинхронным
электроприводом 13
1.4.1 Скалярные методы управления 13
1.4.2 Векторные методы управления 14
1.4.3 Вопрос наличия трансформатора на выходе ПЧ 15
1.5 Постановка идеи структурной оптимизации асинхронного
электропривода 16
Выводы по разделу 1 17
2 ОПИСАНИЕ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ УСТАНОВКИ 18
2.1 Разработка функциональной схемы стенда 18
2.2 Выбор элементов системы 19
2.2.1 Выбор исследуемой и нагрузочной машин 19
2.2.2 Выбор преобразователей частоты 20
2.2.3 Выбор повышающего трансформатора 20
2.2.4 Выбор ПЛК и модуля расширения 21
2.2.5 Выбор блока питания ПЛК и датчиков 21
2.3 Разработка принципиальной схемы стенда 22
Выводы по разделу 2 23
3 АВТОМАТИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО СТЕНДА 24
3.1 Разработка алгоритма работы системы автоматизации стенда 24
3.2 Использование протокола MODBUS для чтения/записи переменных 25
3.3 Разработка программного обеспечения (ПО) системы автоматизации 26
3.3.1 Листинг и адресация каналов MODBUS и логических переменных 27
3.3.2 Реализация внешней положительной обратной связи по выходному току
преобразователя 39
Выводы по разделу 3 29
4 СНЯТИЕ ХАРАКТЕРИСТИК, АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ 30
4.1 Исследования при скалярном управлении без трансформатора 30
4.2 Исследования при скалярном управлении с трансформатором 47
4.3 О качестве скалярного регулирования при наличии и отсутствии
трансформатора 51
4.4 Исследования при векторном управлении без трансформатора 33
4.5 Исследования при векторном управлении с трансформатором 33
4.6 О качестве векторного регулирования при наличии и отсутствии
трансформатора 58
4.7 Исследования при скалярном управлении с внешней положительной
обратной связью по выходному току преобразователя 58
4.8 О результатах введения обратной связи 61
Выводы по разделу 4 35
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 63
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 39
ПРИЛОЖЕНИЯ 68
ПРИЛОЖЕНИЕ А 68
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 72
3.3.2 Реализация внешней положительной обратной связи по выходному току
преобразователя 39
Выводы по разделу 3 29
4 СНЯТИЕ ХАРАКТЕРИСТИК, АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ 30
4.1 Исследования при скалярном управлении без трансформатора 30
4.2 Исследования при скалярном управлении с трансформатором 47
4.3 О качестве скалярного регулирования при наличии и отсутствии
трансформатора 51
4.4 Исследования при векторном управлении без трансформатора 33
4.5 Исследования при векторном управлении с трансформатором 33
4.6 О качестве векторного регулирования при наличии и отсутствии
трансформатора 58
4.7 Исследования при скалярном управлении с внешней положительной
обратной связью по выходному току преобразователя 58
4.8 О результатах введения обратной связи 61
Выводы по разделу 4 35
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 63
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 39
ПРИЛОЖЕНИЯ 68
ПРИЛОЖЕНИЕ А 68
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 72
Выполненная работа содержит доработку исследовательского стенда и эксперименты по структурной оптимизации асинхронного электропривода в сфере нефтяной добычи, характеризующейся использованием повышающего трансформатора на выходе ПЧ. Это решение является причиной низкой энергоэффективности установки электроцентробежного насоса.
В ходе обзора литературы рассмотрены причины уменьшения энергоэффективности нефтедобывающих установок и способы решения этих проблем, а также приведены примеры структурной оптимизации асинхронных электроприводов.
Рассмотрена схема УЭЦН и её особенности, сделан акцент на наличие трансформатора между ПЧ и ПЭД. Приведены наиболее применяемые способы управления частотно-регулируемого электропривода. Неоднозначная работа векторного управления, вызванная повышающим трансформатором, явилась причиной проведения экспериментальных исследований. Одно из решений проблемы - изменение структурной схемы управления с внедрением внешней положительной обратной связи по выходному току ПЧ, реализованной через ПЛК.
Разработана электрическая функциональная схема стенда, являющаяся вспомогательным инструментом при выборе элементов системы. В качестве асинхронной машины был выбран двигатель АИР63В4. Для питания двигателей выбраны ПЧ ATV71HU30M3, которые обмениваются информацией по сети MODBUS, в частности дискретными и аналоговыми сигналами, с ПЛК TM241CE24T с аналоговым модулем расширения TM3AI2H для задания частоты приводов. Нахождение повышающего трансформатора ТС-1,6 220/380 в цепи статора зависит от положения контакторов 3RH1140-1BB40. Для снятия осциллограмм выбраны датчик тока ACS712 и энкодер TRD-S500V, а для сигналов управления и индикации служит пульт управления с тумблерами, кнопками и светодиодами. После выбора основных элементов электротехнической системы произведена разработка электрической принципиальной схемы и перечня элементов.
Алгоритм управления стендом, учитывающий вопросы безопасности эксплуатации повышающего трансформатора, разработан по принципу причинноследственных связей в работе автоматизации. Описан принцип работы коммуникационного протокола MODBUS, и назначение его логических адресов.
В программной среде SoMachine 4.1 написано и загружено в контроллер программное обеспечение, содержащее математические операции, реализующие положительную обратную связь по выходному току ПЧ.
На стенде проведены исследования статических характеристик асинхронного электропривода в зависимости от напряжения, частоты, способа управления и наличия трансформатора. Произведен анализ полученных данных. Векторное управление с трансформатором показало свою несостоятельность в виде низкого скольжения при малых нагрузках, а также в виде, очевидно, несинусоидальной формы тока.
Реализованная программным способом внешняя положительная обратная связь по току проверена в работе с трансформатором при скалярном управлении. Полученные результаты соответствуют ожидаемым: привод работает устойчиво и жесткость механической характеристики увеличивается с ростом выходного тока преобразователя - скорость выше, чем без коррекции. При этом, качественно можно оценить, что синусоидальность протекающих токов в электроприводе значительно лучше, чем при векторном управлении с трансформатором. Данный способ структурной оптимизации асинхронного электропривода электроцентробежного насоса имеет место быть при усовершенствовании вычислительной части программы и требует проверки на реальной установке.
В ходе обзора литературы рассмотрены причины уменьшения энергоэффективности нефтедобывающих установок и способы решения этих проблем, а также приведены примеры структурной оптимизации асинхронных электроприводов.
Рассмотрена схема УЭЦН и её особенности, сделан акцент на наличие трансформатора между ПЧ и ПЭД. Приведены наиболее применяемые способы управления частотно-регулируемого электропривода. Неоднозначная работа векторного управления, вызванная повышающим трансформатором, явилась причиной проведения экспериментальных исследований. Одно из решений проблемы - изменение структурной схемы управления с внедрением внешней положительной обратной связи по выходному току ПЧ, реализованной через ПЛК.
Разработана электрическая функциональная схема стенда, являющаяся вспомогательным инструментом при выборе элементов системы. В качестве асинхронной машины был выбран двигатель АИР63В4. Для питания двигателей выбраны ПЧ ATV71HU30M3, которые обмениваются информацией по сети MODBUS, в частности дискретными и аналоговыми сигналами, с ПЛК TM241CE24T с аналоговым модулем расширения TM3AI2H для задания частоты приводов. Нахождение повышающего трансформатора ТС-1,6 220/380 в цепи статора зависит от положения контакторов 3RH1140-1BB40. Для снятия осциллограмм выбраны датчик тока ACS712 и энкодер TRD-S500V, а для сигналов управления и индикации служит пульт управления с тумблерами, кнопками и светодиодами. После выбора основных элементов электротехнической системы произведена разработка электрической принципиальной схемы и перечня элементов.
Алгоритм управления стендом, учитывающий вопросы безопасности эксплуатации повышающего трансформатора, разработан по принципу причинноследственных связей в работе автоматизации. Описан принцип работы коммуникационного протокола MODBUS, и назначение его логических адресов.
В программной среде SoMachine 4.1 написано и загружено в контроллер программное обеспечение, содержащее математические операции, реализующие положительную обратную связь по выходному току ПЧ.
На стенде проведены исследования статических характеристик асинхронного электропривода в зависимости от напряжения, частоты, способа управления и наличия трансформатора. Произведен анализ полученных данных. Векторное управление с трансформатором показало свою несостоятельность в виде низкого скольжения при малых нагрузках, а также в виде, очевидно, несинусоидальной формы тока.
Реализованная программным способом внешняя положительная обратная связь по току проверена в работе с трансформатором при скалярном управлении. Полученные результаты соответствуют ожидаемым: привод работает устойчиво и жесткость механической характеристики увеличивается с ростом выходного тока преобразователя - скорость выше, чем без коррекции. При этом, качественно можно оценить, что синусоидальность протекающих токов в электроприводе значительно лучше, чем при векторном управлении с трансформатором. Данный способ структурной оптимизации асинхронного электропривода электроцентробежного насоса имеет место быть при усовершенствовании вычислительной части программы и требует проверки на реальной установке.
Подобные работы
- Экспериментальные исследования стенда асинхронных электроприводов при малых нагрузках на скорости вращения близкой к номинальной
Дипломные работы, ВКР, электротехника. Язык работы: Русский. Цена: 4650 р. Год сдачи: 2023 - Асинхронный электропривод погружного насоса
Бакалаврская работа, электротехника. Язык работы: Русский. Цена: 2350 р. Год сдачи: 2017 - Система бездатчикового векторного управления асинхронным электроприводом нефтеперекачивающего насосного агрегата
Магистерская диссертация, электротехника. Язык работы: Русский. Цена: 5900 р. Год сдачи: 2016 - АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ДЫМОСОСА КОТЛОАГРЕГАТА
Дипломные работы, ВКР, электротехника. Язык работы: Русский. Цена: 5200 р. Год сдачи: 2016 - Асинхронный электропривод портала балансировочной машины
Магистерская диссертация, электроэнергетика. Язык работы: Русский. Цена: 5700 р. Год сдачи: 2017 - ДВУХДВИГАТЕЛЬНЫЙ ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫЙ ТЯГОВЫЙ
ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОДЗЕМНОГО ЭЛЕКТРОВОЗА
С ЭФФЕКТИВНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
Диссертация , Электроснабжение и элктротехника. Язык работы: Русский. Цена: 700 р. Год сдачи: 2018 - Регулируемый электропривод запорно-регулирующей арматуры газотранспортной системы
Бакалаврская работа, электротехника. Язык работы: Русский. Цена: 6400 р. Год сдачи: 2017 - Спроектировать регулируемый электропривод переменного тока для погружного центробежного насоса.
Дипломные работы, ВКР, электротехника. Язык работы: Русский. Цена: 5900 р. Год сдачи: 2016 - Разработка и исследование электропривода механизма подъемной лебедки крана
Дипломные работы, ВКР, электротехника. Язык работы: Русский. Цена: 5900 р. Год сдачи: 2016