Введение к работе
Актуальность работы. Объект исследования данной диссертационной работы - установки электроцентробежных насосов с погружными асинхронными электрическими двигателями. Объект исследования имеет ряд специфических, не принадлежащих общепромышленным сериям асинхронных двигателей свойств, что делает объект исследования весьма сложным для моделирования, особенно в переходных динамических процессах.
Предмет исследования данной диссертационной работы - переходные динамические процессы установок электроцентробежиых насосов (УЭЦН) с погружными асинхронными электрическими двигателями (ПЭД).
В настоящее время имеется ряд фундаментальных работ, в которых переходным процессам уделяется значительное внимание. Обзор этих работ показывает, что они базируются на представлении основного элемента УЭЦН -погружного асинхронного двигателя Г- и Т-образными схемами замещения без учета его специфических свойств.
Предпосылками к дальнейшему усовершенствованию моделей и методов расчета переходных процессов ПЭД являются: выход на рынок измерительных стендов ЗАО «ІЮВОМЕТ Пермь»; и разработка современных моделей ПЭД, базирующихся на экспериментальных данных вышеуказанных стендов.
На основании вышесказанного, создание методики расчета переходных процессов УЭЦН ПЭД, с учетом его специфики и ориентацией на современные тенденции внедрения интеллектуальных, системных, энергоэффективных технологий является актуальным.
Целью работы является разработка методики расчета переходных процессов асинхронных электрических двигателей на базе обобщенных моделей статических режимов ПЭД УЭЦН как электротехнических комплексов (ЭТК), обобщенных моделей переходных процессов ПЭД, проблемно-ориентированных численных методов решения систем дифференциально-алгебраических уравнений.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих основных задач:
Построение математической модели статических режимов ПЭД для расчета начальных условий статического режима ПЭД.
Построение математической модели переходных режимов ПЭД, отражающей основные особенности и свойства ПЭД.
Построение проблемно-ориентированных численных методов расчета переходных процессов, согласно полученным моделям ПЭД.
Проведение всесторонней оценки разработанной методики путем натурных экспериментов, экспериментов на испытательном стенде по соответствию расчетных и экспериментальных данных.
Методы исследования. Теоретические исследования базировались на методах теоретической электротехники, электромеханики, проводились с использованием численных методов решения систем алгебраических уравнений, численных методов решения систем дифференциально-алгебраических уравнений. Экспериментальные исследования проводились в натурных промышленных условиях; на разработанном стенде ПЭД-ПП/02.
Научная новизна. Научная новизна данной диссертационной работы заключается в следующем:
Разработана математическая модель статических (установившихся) режимов ПЭД в обобщенных параметрах, адаптированная к задаче расчета переходных процессов.
Разработана математическая модель переходных процессов ПЭД в форме смешанной системы дифференциально-алгебраических уравнений, которая в наибольшей степени адекватна процессам ПЭД.
Разработаны проблемно-ориентированные численные методы решения смешанных систем дифференциально-алгебраических уравнений.
Практическая ценность и реализация работы. Практическая ценность и реализация работы состоит в том, что:
Разработан алгоритм расчета переходных процессов ПЭД в среде моделирования «Mathcad 14.0».
Спроектирован, разработан и изготовлен стенд для экспериментальных исследований переходных процессов - ПЭД-ПП/02.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций. Подтверждается выбором способа доказательств путем оценки классического подхода, выявления перспективных направлений, способов и методов, выбором прототипа и разработка научного положения, выносимого на защиту. Достоверность подтверждается корректным применением методов теоретической электротехники, электромеханики, прикладной математики, методов математического моделирования; экспериментальной оценкой теоретических результатов.
К защите представляются следующие основные положения:
-
Схема замещения погружного асинхронного электрического двигателя и система алгебраических уравнений в комплексной форме для статических режимов, обеспечивающих расчет начальных условий того статического (установившегося) режима, от которого начинается переходный процесс.
-
Модель переходных процессов ПЭД в форме смешанной системы дифференциально-алгебраических уравнений, которая наиболее адекватно отражает свойства ПЭД, чем применяемая в настоящее время.
-
Численные проблемно-ориентированные методы расчета переходных процессов ПЭД, непосредственно применимые к системам дифференциально-алгебраических уравнении, без сведения их к нормальной форме Коши.
-
Результаты теоретического и экспериментального исследования переходных процессов ПЭД.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: VII Международной научно-технической конференции 10-12 ноября 2009 г. «Динамика систем, механизмов и машин» (г. Омск); III Всероссийской молодежной научно-технической кон-
ференции 16-18 ноября 2010 г. «Россия молодая: передовые технологии -в промышленность» (г. Омск); IV Всероссийской молодежной научно-технической конференции с международным участием 15-17 ноября 2011 г. «Россия молодая: передовые технологии - в промышленность!» (г. Омск); Всероссийской научно-практической конференции 7-8 февраля 2012 г. «Культура, наука, образование: проблемы и перспективы» (г. Нижневартовск).
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 13 печатных трудах, в том числе 4 статьи в ведущих научных журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Минобрнауки России.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав заключения, списка литературы из 170 наименования. Работа изложена на 155 страницах машинописного текста, в том числе 81 рисунок и 9 таблиц.
