Том 334 № 12 (2023)

DOI https://doi.org/10.18799/24131830/2023/12/4519

Аналитическая модель динамической системы «длинный кабель – погружной асинхронный двигатель с заторможенным ротором» в полярной системе координат

Актуальность. Фонд нефтяных скважин Российской Федерации, в которых добыча производится с помощью установок электроцентробежных насосов или электроприводных лопастных насосов с каждым годом расширяется, и такая тенденция будет сохраняться минимум пару десятков лет. В свою очередь количество скважин с легкодоступными нефтепродуктами во введенном в эксплуатацию фонде уменьшается, что приводит к необходимости улучшения качества добычи и уменьшения энергозатрат для сохранения рентабельности и объемов добычи. Добиться этого возможно с помощью внедрения векторных энергоэффективных систем управления погружными двигателями на основе наблюдателей переменных состояния асинхронных электродвигателей с учетом переходных процессов в питающем кабеле значительной длины, передающем энергию от преобразователя частоты к двигателю. Основой наблюдателей являются настраиваемые математические модели, максимально достоверно описывающие электрические, электромеханические и механические процессы в электроприводе и связанных с ним системах автоматизации технологических процессов. Однако применение сложных и громоздких настраиваемых математических моделей в цифровых сигнальных процессорах из-за ограниченности производительности и памяти вызывает объективные трудности в получении решений повышенной точности в реальном масштабе времени. На основании этого разработка аналитической модели динамической системы «длинный кабель – погружной асинхронный двигатель с заторможенным ротором» в полярной системе координат является актуальной задачей. Цель: разработка аналитического описания настраиваемой математической модели регулируемого асинхронного двигателя с заторможенным ротором в полярной системе координат с учетом влияния длинного кабеля. Методы: теория электропривода, теории электрических машин, математические модели погружных асинхронных двигателей и редуцированной модели длинного кабеля, определитель Вандермонда, аналитические методы решения дифференциальных уравнений. Результаты и выводы. Разработана аналитическая модель регулируемого асинхронного двигателя с заторможенным ротором в полярной системе координат с учетом питающего кабеля значительной длины. Разработанная аналитическая модель рекомендована к использованию в векторном энергоэффективном электроприводе с применением принципов фазовой дискриминации с учетом влияния процессов в питающей кабельной линии. Такой электропривод имеет потенциал для увеличения рентабельности добычи нефти из низко- и среднедебетовых скважин.

Ключевые слова:

погружной асинхронный двигатель, длинный кабель, установка электроцентробежного насоса, полярная система координат, режим заторможенного ротора, система обыкновенных дифференциальных уравнений

Авторы:

Александр Савельевич Глазырин

Иван Альбертович Набунский

Семен Семенович Попов

Евгений Владимирович Боловин

Вадим Владимирович Тимошкин

Сергей Николаевич Кладиев

Александр Александрович Филипас

Рустам Нуриманович Хамитов

Владимир Анатольевич Копырин

Евгений Игоревич Попов

Владимир Захарович Ковалев

Скачать pdf