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