Том 335 № 9 (2024)
DOI https://doi.org/10.18799/24131830/2024/9/4826
Разработка наблюдателя с оперативным мониторингом угловой скорости ротора и момента сопротивления на валу погружного асинхронного двигателя
Актуальность. При эксплуатации погружного оборудования для добычи нефти в агрессивных средах и переводе скважин в режим циклической эксплуатации наблюдается уменьшение срока службы погружной установки для добычи нефти. В первом случае это связано с образованием солеотложений и засорением рабочих органов электронасоса механическими примесями. Во втором случае – с увеличением количества пусков погружного электродвигателя. Решение сложившихся трудностей возможно путем внедрения замкнутых систем управления погружными электродвигателями на основе наблюдателей переменных состояния, что обуславливает актуальность исследования. Цель: разработка наблюдателя с оперативным мониторингом угловой скорости ротора и момента сопротивления на валу погружного асинхронного двигателя при несогласованности начальных условий в различных режимах работы и его апробирование с помощью средств моделирования. Методы. Наблюдатель построен на основании известных моделей электродвигателей в неподвижной системе координат α, β, теории БИХ-фильтров для получения прогноза оценок угловой скорости ротора и момента на валу и их корректировки в режиме реального времени. Результаты. Предложена оригинальная структура наблюдателя с оперативным мониторингом угловой скорости ротора и момента сопротивления на валу погружного асинхронного двигателя. Выводы. Продемонстрирована работоспособность наблюдателя при несогласованности начальных условий и данных модели электродвигателя в различных режимах работы. Во всех режимах получены устойчивые оценки скорости и момента сопротивления на валу электродвигателя. При этом погрешность оценивания угловой скорости при условии изменения нагрузки на валу и пуске в нагруженном состоянии составляет не более 1,2 %, что допустимо в системах управления погружными электродвигателями. Выявлено, что разработанный наблюдатель при условии изменения активных сопротивлений статора и ротора в диапазонах от –25 до +25 % от номинального значения получает оценки угловой скорости с интегральной погрешностью не более 5 %, кроме пуска двигателя при уменьшении значения активного сопротивления ротора на 25 % от номинального значения – 5,53 %, что допустимо в инженерной практике.
Ключевые слова:
погружной электродвигатель, центробежный электронасос, наблюдатель угловой скорости, наблюдатель момента на валу двигателя, режим реального времени