RU2784325C1 - Method for determining the liquid flow rate of a centrifugal pump with an asynchronous electric drive - Google Patents

Method for determining the liquid flow rate of a centrifugal pump with an asynchronous electric drive Download PDF

Info

Publication number
RU2784325C1
RU2784325C1 RU2022120822A RU2022120822A RU2784325C1 RU 2784325 C1 RU2784325 C1 RU 2784325C1 RU 2022120822 A RU2022120822 A RU 2022120822A RU 2022120822 A RU2022120822 A RU 2022120822A RU 2784325 C1 RU2784325 C1 RU 2784325C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
values
centrifugal pump
instantaneous
flow rate
rotor
Prior art date
Application number
RU2022120822A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Александрович Лысенко
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2784325C1 publication Critical patent/RU2784325C1/en

Links

Abstract

FIELD: asynchronous electric drives.
SUBSTANCE: invention relates to a method for determining the flow rate of a centrifugal pump with an asynchronous electric drive. The instantaneous values of currents and voltages of the stator of an asynchronous motor are measured, three-phase values of currents and voltages are converted into two-phase components of currents and voltages. At each of the time intervals, a matrix of coefficients of the equations of state of the induction motor is compiled, the matrix of error covariances is determined, the matrix gain of the Kalman filter is determined, the vector of output values is determined, the components of which are used to calculate the electromagnetic torque and the angular speed of rotation of the rotor developed by the asynchronous electric motor. According to the values of the electromagnetic moment and the angular velocity of rotation of the rotor, the instantaneous hydraulic power developed by the centrifugal pump is determined. Using the values of the instantaneous hydraulic power and the angular speed of rotation of the rotor of an asynchronous motor, the instantaneous volumetric flow rate of a centrifugal pump is determined.
EFFECT: improving the accuracy of determining the instantaneous volumetric flow rate of a centrifugal pump with an asynchronous electric drive under conditions of input signal noise.
1 cl

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при учёте и контроле потребления воды и других текучих сред электроприводов центробежных насосов.The invention relates to electrical engineering and can be used to account for and control the consumption of water and other fluids of electric drives of centrifugal pumps.

Известен способ определения способ определения количества текучей среды (патент RU 2108549, МПК G01F15/07, опубл. 10.04.1998), где измеряют количество электроэнергии A, потребленное электродвигателем привода насоса, имеющего линейную характеристику зависимости потребляемой мощности от подачи N = f(Q), за время T. Количество V перекачанной воды определяют из математического выражения V = K1Aн - К2Т, где Aн = η∙A, K1 = (Q2-Q1)/N2-N1; K2 = (Q2-Q1)/(N2-N1)-Q1; Q1, N1, Q2, N2 - координаты двух точек, взятых на границах зоны работы насоса, на его линейной характеристике, η - КПД электродвигателя.There is a known method for determining the method for determining the amount of fluid (patent RU 2108549, IPC G01F15/07, publ. 04/10/1998), where the amount of electricity A consumed by the electric motor of the pump drive is measured, which has a linear characteristic of the dependence of power consumption on the supply N = f (Q) , for time T. The amount V of the pumped water is determined from the mathematical expression V = K 1 A n - K 2T , where A n = η∙A, K 1 = (Q 2 -Q 1 )/N 2 -N 1 ; K 2 = (Q 2 -Q 1 )/(N 2 -N 1 )-Q 1 ; Q 1 , N 1 , Q 2 , N 2 are the coordinates of two points taken at the boundaries of the pump operation zone, on its linear characteristic, η is the efficiency of the electric motor.

Наиболее близким к заявляемому является способ определения расхода жидкости центробежного насоса с асинхронным электроприводом (патент RU 2610909, МПК G01F 9/00, опубл. 17.02.2017), где измеряют мгновенные величины токов и напряжений статора асинхронного двигателя, преобразуют трехфазные значения токов и напряжений в двухфазные составляющие токов и напряжений, определяют оцененные составляющие тока статора, вычисляют разницу между оцененными значениями составляющих тока статора и текущими значениями составляющих стока статора, определяют оцененные значения составляющих потокосцеплений ротора, по оцененным значениям составляющих тока статора и потокосцепления ротора определяют электромагнитный момент асинхронного двигателя, с помощью оцененных значений составляющих потокосцепления ротора и разниц между оцененными значениями составляющих тока статора и текущими значениями составляющих тока статора, определяют момент нагрузки центробежного насоса, с помощью значений электромагнитного момента асинхронного двигателя и момента нагрузки центробежного насоса определяют текущую угловую скорость вращения рабочего колеса центробежного насоса. Определяют гидравлическую мощность насоса. По значениям гидравлической мощности и скорости вращения ротора определяют действительный расход насосной установки.Closest to the claimed is a method for determining the fluid flow rate of a centrifugal pump with an asynchronous electric drive (patent RU 2610909, IPC G01F 9/00, publ. 02/17/2017), where the instantaneous values of currents and voltages of the stator of an asynchronous motor are measured, three-phase values of currents and voltages are converted into two-phase components of currents and voltages, determine the estimated components of the stator current, calculate the difference between the estimated values of the stator current components and the current values of the components of the stator drain, determine the estimated values of the components of the rotor flux links, the estimated values of the components of the stator current and the flux linkage of the rotor determine the electromagnetic torque of the induction motor, with using the estimated values of the rotor flux components and the differences between the estimated values of the stator current components and the current values of the stator current components, the load moment of the centrifugal pump is determined, using the values of the electromagnetic torque The nta of the asynchronous motor and the load moment of the centrifugal pump determine the current angular speed of rotation of the impeller of the centrifugal pump. Determine the hydraulic power of the pump. The actual flow rate of the pumping unit is determined from the values of hydraulic power and rotor speed.

Недостатками известных способов является недостаточная точность определения объемного расхода жидкости центробежного насоса с асинхронным электроприводом в установившихся и переходных процессах в условиях шумов входных сигналов.The disadvantages of the known methods is the lack of accuracy in determining the volumetric flow rate of a centrifugal pump with an asynchronous electric drive in steady state and transient processes under conditions of input signal noise.

Задачей изобретения является повышение точности определения мгновенного объемного расхода жидкости центробежного насоса с асинхронным электроприводом в условиях шумов входных сигналов.The objective of the invention is to improve the accuracy of determining the instantaneous volumetric flow rate of a centrifugal pump with an asynchronous electric drive under conditions of input signal noise.

Сущность технического решения поясняется формулами (1-8).The essence of the technical solution is illustrated by formulas (1-8).

Технический результат достигается тем, что измеряют мгновенные величины токов (

Figure 00000001
,
Figure 00000002
,
Figure 00000003
) и напряжений (
Figure 00000004
,
Figure 00000005
,
Figure 00000006
) статора асинхронного двигателя, вычисляют двухфазные составляющие тока статора (
Figure 00000007
,
Figure 00000008
) и напряжения (
Figure 00000009
,
Figure 00000010
):The technical result is achieved by measuring the instantaneous values of currents (
Figure 00000001
,
Figure 00000002
,
Figure 00000003
) and stresses (
Figure 00000004
,
Figure 00000005
,
Figure 00000006
) of the stator of an induction motor, calculate the two-phase components of the stator current (
Figure 00000007
,
Figure 00000008
) and stress (
Figure 00000009
,
Figure 00000010
):

Figure 00000011
(1)
Figure 00000011
(one)

Figure 00000012
(2).
Figure 00000012
(2).

Для определения переменных состояния асинхронного двигателя используют Фильтр Калмана (Бреммер К., Зиферлинг Г. Фильтр Калмана–Бьюси. – М.: Наука, 1982. – 199 с.). Входными воздействиями для фильтра Калмана на i-м шаге являются:To determine the state variables of an induction motor, the Kalman filter is used (K. Bremmer, G. Sieferling. Kalman-Bucy filter. - M .: Nauka, 1982. - 199 p.). The input actions for the Kalman filter at the i-th step are:

Figure 00000013
– вектор преобразованных величин тока:
Figure 00000013
is the vector of converted current values:

Figure 00000014
;
Figure 00000014
;

Figure 00000015
– вектор преобразованных величин напряжения:
Figure 00000015
is the vector of converted voltage values:

Figure 00000016
.
Figure 00000016
.

Выходными значениями фильтра Калмана является вектор

Figure 00000017
,The output values of the Kalman filter is the vector
Figure 00000017
,

Где

Figure 00000018
Figure 00000019
– потокосцепление ротора;Where
Figure 00000018
Figure 00000019
– rotor flux linkage;

Figure 00000020
– угловая скорость вращения ротора двигателя.
Figure 00000020
is the angular speed of rotation of the motor rotor.

Определяют

Figure 00000021
матрицу ковариаций ошибки на i-м шаге (3):Determine
Figure 00000021
error covariance matrix at the i-th step (3):

Figure 00000022
(3)
Figure 00000022
(3)

где

Figure 00000023
– шаг итерации;where
Figure 00000023
is the iteration step;

Figure 00000024
– матрица коэффициентов уравнений состояния асинхронного двигателя
Figure 00000025
;
Figure 00000024
- matrix of coefficients of equations of state of an induction motor
Figure 00000025
;

Figure 00000026
– единичная матрица;
Figure 00000026
is the identity matrix;

Figure 00000027
– вектор выхода;
Figure 00000027
is the output vector;

Figure 00000028
;
Figure 00000028
;

Figure 00000029
– матрица ковариации случайных воздействий вида:
Figure 00000029
is the covariance matrix of random effects of the form:

Figure 00000030
.
Figure 00000030
.

Figure 00000031
,
Figure 00000032
,
Figure 00000033
– величины, определяющие случайный нормальный процесс с нулевым математическим ожиданием.
Figure 00000031
,
Figure 00000032
,
Figure 00000033
are the quantities that determine a random normal process with zero mathematical expectation.

Коэффициенты матрицы

Figure 00000034
определяются через параметры асинхронного двигателяMatrix coefficients
Figure 00000034
are determined by the parameters of the asynchronous motor

где

Figure 00000035
– индуктивность ветви намагничивания, Гн;where
Figure 00000035
– inductance of the magnetization branch, H;

Figure 00000036
,
Figure 00000037
– индуктивность статора и ротора, Гн;
Figure 00000036
,
Figure 00000037
– stator and rotor inductance, H;

Figure 00000038
,
Figure 00000039
– сопротивление статора и ротора, Ом;
Figure 00000038
,
Figure 00000039
– stator and rotor resistance, Ohm;

Figure 00000040
– совместный момент инерции центробежного насоса и асинхронного двигателя, кг/м2;
Figure 00000040
- joint moment of inertia of a centrifugal pump and an asynchronous motor, kg / m 2 ;

Figure 00000041
– число пар полюсов асинхронного двигателя.
Figure 00000041
- the number of pairs of poles of the asynchronous motor.

Определяют матричный коэффициент усиления фильтра Калмана на i-м шаге (4):The matrix gain of the Kalman filter is determined at the i-th step (4):

Figure 00000042
(4)
Figure 00000042
(four)

Figure 00000043
– матрица ожидаемой дисперсии ошибки измерений;
Figure 00000043
is the matrix of the expected variance of the measurement error;

Figure 00000044
;
Figure 00000044
;

Figure 00000045
– ожидаемая дисперсия ошибки измерений.
Figure 00000045
is the expected variance of the measurement error.

Определяют вектор выходных величин

Figure 00000046
по форме (5):Determine the vector of output values
Figure 00000046
in form (5):

Figure 00000047
(5)
Figure 00000047
(5)

Figure 00000048
– матрица управления:
Figure 00000048
– control matrix:

Figure 00000049
;
Figure 00000049
;

Определяют угловую скорость вращения ротора двигателя

Figure 00000050
:Determine the angular speed of rotation of the motor rotor
Figure 00000050
:

Figure 00000051
.
Figure 00000051
.

Определяют электромагнитный момент асинхронного двигателя

Figure 00000052
по формуле (6):Determine the electromagnetic torque of an induction motor
Figure 00000052
according to formula (6):

Figure 00000053
(6)
Figure 00000053
(6)

На интервале усреднения

Figure 00000054
, определяют гидравлическую мощность центробежного насоса (7):On the averaging interval
Figure 00000054
, determine the hydraulic power of the centrifugal pump (7):

Figure 00000055
(7)
Figure 00000055
(7)

где

Figure 00000056
– оператор дифференцирования, с–1,where
Figure 00000056
is the differentiation operator, s –1 ,

Figure 00000057
– момент сопротивления насоса при нулевом расходе.
Figure 00000057
is the moment of resistance of the pump at zero flow.

Определяют мгновенную величину расхода жидкости центробежного насоса, по формуле (8):Determine the instantaneous flow rate of the centrifugal pump fluid, according to the formula (8):

Figure 00000058
(8).
Figure 00000058
(eight).

где

Figure 00000056
– оператор дифференцирования, с–1,where
Figure 00000056
is the differentiation operator, s –1 ,

Figure 00000059
– плотность жидкости,
Figure 00000059
is the density of the liquid,

Figure 00000060
,
Figure 00000061
– коэффициенты напорной характеристики насоса.
Figure 00000060
,
Figure 00000061
- coefficients of the pressure characteristic of the pump.

В численных экспериментах на асинхронном двигателе АД80М2 с центробежным насосом К8-18 погрешность определения расхода жидкости центробежного насоса с асинхронным электроприводом в установившемся режиме не превышает 2,5%.In numerical experiments on an AD80M2 asynchronous motor with a K8-18 centrifugal pump, the error in determining the fluid flow rate of a centrifugal pump with an asynchronous electric drive in steady state does not exceed 2.5%.

Claims (1)

Способ определения расхода жидкости центробежного насоса с асинхронным электроприводом, заключающийся в том, что проводят измерение мгновенных величин токов и напряжений статора асинхронного двигателя, преобразуют трехфазные значения токов и напряжений в двухфазные составляющие токов и напряжений, отличающийся тем, что на каждом из временных отрезков составляют матрицу коэффициентов уравнений состояния асинхронного двигателя, определяют матрицу ковариаций ошибки, определяют матричный коэффициент усиления фильтра Калмана, определяют вектор выходных величин, по составляющим которого вычисляют электромагнитный момент и угловую скорость вращения ротора, развиваемые асинхронным электродвигателем, по значениям электромагнитного момента и угловой скорости вращения ротора определяют мгновенную гидравлическую мощность, развиваемую центробежным насосом, с помощью значений мгновенной гидравлической мощности и угловой скорости вращения ротора асинхронного двигателя определяют мгновенный объёмный расход центробежного насоса.A method for determining the fluid flow rate of a centrifugal pump with an asynchronous electric drive, which consists in measuring the instantaneous values of the currents and voltages of the stator of the asynchronous motor, converting the three-phase values of currents and voltages into two-phase components of currents and voltages, characterized in that on each of the time intervals they form a matrix coefficients of the equations of state of the induction motor, determine the error covariance matrix, determine the matrix gain of the Kalman filter, determine the vector of output values, the components of which are used to calculate the electromagnetic torque and the angular speed of the rotor, developed by the asynchronous electric motor, the values of the electromagnetic torque and the angular speed of the rotor determine the instantaneous the hydraulic power developed by the centrifugal pump, using the values of the instantaneous hydraulic power and the angular velocity of rotation of the rotor of the asynchronous motor, determine the instantaneous volumetric p centrifugal pump output.
RU2022120822A 2022-07-29 Method for determining the liquid flow rate of a centrifugal pump with an asynchronous electric drive RU2784325C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2784325C1 true RU2784325C1 (en) 2022-11-23

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008154584A1 (en) * 2007-06-11 2008-12-18 Baker Hughes Incorporated Multi-phase flow meter for electrical submersible pumps using artificial neural networks
RU2610909C1 (en) * 2015-11-25 2017-02-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" Method for fluid flow rate determination for centrifugal pumps with asynchronous electric drives
RU2741267C1 (en) * 2020-06-30 2021-01-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) Method for determination of centrifugal pump flow rate with asynchronous electric drive

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008154584A1 (en) * 2007-06-11 2008-12-18 Baker Hughes Incorporated Multi-phase flow meter for electrical submersible pumps using artificial neural networks
GB2462562B (en) * 2007-06-11 2013-05-22 Baker Hughes Inc Multiphase flow meter for electrical submersible pumps using artificial neural networks
RU2610909C1 (en) * 2015-11-25 2017-02-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" Method for fluid flow rate determination for centrifugal pumps with asynchronous electric drives
RU2741267C1 (en) * 2020-06-30 2021-01-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) Method for determination of centrifugal pump flow rate with asynchronous electric drive

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tsukamoto et al. Transient characteristics of a centrifugal pump during starting period
US6776584B2 (en) Method for determining a centrifugal pump operating state without using traditional measurement sensors
RU2377444C2 (en) Circulation pump for heating and/or conditioning systems, method for determining parametre typical for such system, and system itself
KR101850828B1 (en) A turbomachine
Leonow et al. Soft sensor based dynamic flow rate estimation in low speed radial pumps
JPH0777192A (en) Performance estimating method for centrifugal pump having thrust balance mechanism
Ahonen et al. Centrifugal pump operation monitoring with motor phase current measurement
RU2784325C1 (en) Method for determining the liquid flow rate of a centrifugal pump with an asynchronous electric drive
CN104601057A (en) Driving control method and system for brushless direct current motor
RU2791689C1 (en) Method for determining pressure of a centrifugal pump with an asynchronous electric drive
CN108278200B (en) Asynchronous machine-invariable power plunger variable pump loss power test system and method
Shigemitsu et al. Influence of blade outlet angle and blade thickness on performance and internal flow conditions of mini centrifugal pump
Guo et al. Dynamic simulation of an induction-motor centrifugal-pump system under variable speed conditions
CN105958875A (en) High precision speed regulation control method of speed sensorless permanent magnet synchronous motor
RU2610909C1 (en) Method for fluid flow rate determination for centrifugal pumps with asynchronous electric drives
RU2743866C1 (en) Method for determination of the centrifugal pump pressure with asynchronous electric drive
Tarhan et al. Determination and functional implementation of operating point of a centrifugal pump with BLDC motor
CN105201935A (en) Variable rotating speed hydraulic power supply flow control system and method
RU2718091C1 (en) Method of pressure stabilization of a pump unit with asynchronous electric drive
RU2623195C1 (en) Method for determining pump pressure with electric motor
RU2781571C1 (en) Method for determining the liquid flow rate of a centrifugal pump with an asynchronous electric drive
RU2741267C1 (en) Method for determination of centrifugal pump flow rate with asynchronous electric drive
Vodovozov et al. Performance improvement of pumps fed by the variable speed drives
Xiang et al. Design and optimization of BLDC machine for bidirectional impeller pump
RU2157468C1 (en) Method for regulation of usage of rotary pump