RU2791689C1 - Method for determining pressure of a centrifugal pump with an asynchronous electric drive - Google Patents

Method for determining pressure of a centrifugal pump with an asynchronous electric drive Download PDF

Info

Publication number
RU2791689C1
RU2791689C1 RU2022120841A RU2022120841A RU2791689C1 RU 2791689 C1 RU2791689 C1 RU 2791689C1 RU 2022120841 A RU2022120841 A RU 2022120841A RU 2022120841 A RU2022120841 A RU 2022120841A RU 2791689 C1 RU2791689 C1 RU 2791689C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
values
pressure
centrifugal pump
instantaneous
currents
Prior art date
Application number
RU2022120841A
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 RU2791689C1 publication Critical patent/RU2791689C1/en

Links

Abstract

FIELD: machine engineering; pumps.
SUBSTANCE: essence of the invention is to improve the accuracy of determining the pressure of a centrifugal pump with an asynchronous electric drive in the conditions of input signal noise, for which purpose the instantaneous values of currents and voltages of the asynchronous motor stator are measured and the 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 asynchronous motor status equations 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, wherein the components of such vector are used to calculate the electromagnetic torque and the angular speed of rotation of the rotor reached by the asynchronous electric motor. Values of the electromagnetic torque and the angular velocity of the rotor are used to determine the instantaneous hydraulic power developed by the centrifugal pump. Values of the instantaneous hydraulic power and the angular speed of the asynchronous motor rotor rotation are used to determine the instantaneous volumetric flow rate of the centrifugal pump. The pressure developed by the pumping unit is determined based on values of the actual flow rate of the pumping unit and the pressure in the supply pipeline.
EFFECT: technical result of the invention is to increase the accuracy of determining the fluid pressure of a pumping unit with centrifugal pumps and asynchronous motors.
1 cl

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при контроле давления воды и других текучих сред.The invention relates to instrumentation and can be used to control the pressure of water and other fluids.

Известен способ определения давления центробежного насоса с асинхронным электроприводом (патент SU 1783869 от 29.11.1990), Измеряют давление на подающем трубопроводе, мгновенные величины токов и напряжений статора асинхронного двигателя, преобразуют трехфазные значения токов и напряжений в двухфазные составляющие токов и напряжений, определяют модуль вектора напряжения статора, определяют модуль вектора тока статора. Давление на всасывающем трубопроводе, мгновенные двухфазные величины токов и напряжений статора асинхронного электродвигателя, модуль вектора напряжения статора, модуль вектора тока статора подают на вход искусственной нейронной сети, с помощью искусственной нейронной сети, предварительно обученной по опытным данным работы центробежного насоса с асинхронным электроприводом при различных входных воздействиях как со стороны частоты и амплитуды питающего напряжения, так и со стороны гидравлического сопротивления сети и входного давления, используя выявленные искусственной нейронной сетью при обучении зависимости между входными и выходными данными определяют промежуточные значения по формуле давления жидкости, фильтруют данные, тем самым определяя мгновенную величину давления жидкости центробежного насоса с асинхронным электроприводом.A known method for determining the pressure of a centrifugal pump with an asynchronous electric drive (patent SU 1783869 dated 11/29/1990), measure the pressure on the supply pipeline, the instantaneous values of the currents and voltages of the stator of the asynchronous motor, convert the three-phase values of currents and voltages into two-phase components of currents and voltages, determine the module of the vector stator voltage, determine the modulus of the stator current vector. The pressure on the suction pipeline, the instantaneous two-phase values of the currents and voltages of the stator of the asynchronous electric motor, the module of the stator voltage vector, the module of the stator current vector are fed to the input of an artificial neural network, using an artificial neural network, previously trained from experimental data on the operation of a centrifugal pump with an asynchronous electric drive at various input influences both from the frequency and amplitude of the supply voltage, and from the hydraulic resistance of the network and input pressure, using the dependencies between the input and output data identified by the artificial neural network during training, determine intermediate values according to the liquid pressure formula, filter the data, thereby determining the instantaneous the magnitude of the fluid pressure of a centrifugal pump with an asynchronous electric drive.

Наиболее близким к заявляемому является способ определения давления центробежного насоса с асинхронным электроприводом (патент RU 2623195 от 22.06.2017), при реализации которого измеряют давление на подающем трубопроводе, 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. Затем вычисляют разницу между оцененными значениями составляющих тока статора и текущими значениями составляющих тока 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 разницы 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. По значениям действительного расхода насосной установки и давлению на подающем трубопроводе определяют развиваемое насосной установкой давление.Closest to the claimed is a method for determining the pressure of a centrifugal pump with an asynchronous electric drive (patent RU 2623195 dated 06/22/2017), during the implementation of which the pressure on the supply pipeline is measured, the instantaneous values of the currents and voltages of the stator of the asynchronous motor are measured, the 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. Then the difference between the estimated values of the stator current components and the current values of the stator current components is calculated, the estimated values of the components of the rotor flux links are determined. Based on the estimated values of the components of the stator current and the rotor flux linkage, the electromagnetic torque of the induction motor is determined. Using the estimated values of the rotor flux components and the difference 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 of the asynchronous motor and the load torque of the centrifugal pump, the current angular speed of rotation of the impeller of the centrifugal pump is determined. 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. Based on the values of the actual flow rate of the pumping unit and the pressure on the supply pipeline, the pressure developed by the pumping unit is determined.

Недостатками известных способов является точность определения давления в установившихся и переходных процессах, в условиях шума сигналов тока и напряжения асинхронного двигателя.The disadvantages of the known methods is the accuracy of determining the pressure in steady state and transient processes, in terms of noise current and voltage signals of an induction motor.

Задачей изобретения является повышение точности определения мгновенного давления 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 fluid pressure of a centrifugal pump with an asynchronous electric drive under conditions of input signal noise.

Сущность технического решения поясняется формулами (1-10).The essence of the technical solution is illustrated by formulas (1-10).

Техническим результатом изобретения является повышение точности определения давления жидкости насосной установки с центробежными насосами и асинхронными двигателями.The technical result of the invention is to increase the accuracy of determining the fluid pressure of a pumping unit with centrifugal pumps and asynchronous motors.

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
 (1)

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):

(3)(3)

где

Figure 00000022
– шаг итерации;Where
Figure 00000022
 is the iteration step;

Figure 00000023
– матрица коэффициентов уравнений состояния асинхронного двигателя
Figure 00000024
;
Figure 00000023
 - matrix of coefficients of equations of state of an induction motor
Figure 00000024
 ;

Figure 00000025
– единичная матрица;
Figure 00000025
 is the identity matrix;

Figure 00000026
– вектор выхода;
Figure 00000026
 is the output vector;

Figure 00000027
;
Figure 00000027
 ;

Figure 00000028
– матрица ковариации случайных воздействий вида:
Figure 00000028
 is the covariance matrix of random effects of the form:

Figure 00000029
.
Figure 00000029
 .

Figure 00000030
,
Figure 00000031
,
Figure 00000032
 – величины, определяющие случайный нормальный процесс с нулевым математическим ожиданием.
Figure 00000030
 ,
Figure 00000031
 ,
Figure 00000032
 are quantities defining a random normal process with zero mathematical expectation.

Коэффициенты матрицы

Figure 00000033
определяются через параметры асинхронного двигателяMatrix coefficients
Figure 00000033
 are determined by the parameters of the asynchronous motor

где

Figure 00000034
– индуктивность ветви намагничивания, Гн;Where
Figure 00000034
 – inductance of the magnetization branch, H;

Figure 00000035
,
Figure 00000036
 – индуктивность статора и ротора, Гн;
Figure 00000035
 ,
Figure 00000036
 – stator and rotor inductance, H;

Figure 00000037
,
Figure 00000038
 – сопротивление статора и ротора, Ом;
Figure 00000037
 ,
Figure 00000038
 – stator and rotor resistance, Ohm;

Figure 00000039
– совместный момент инерции центробежного насоса и асинхронного двигателя, кг/м2;
Figure 00000039
 - joint moment of inertia of a centrifugal pump and an asynchronous motor, kg / m 2 ;

Figure 00000040
– число пар полюсов асинхронного двигателя.
Figure 00000040
 - 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 00000041
(4)
Figure 00000041
 (4)

Figure 00000042
– матрица ожидаемой дисперсии ошибки измерений;
Figure 00000042
 is the matrix of the expected variance of the measurement error;

Figure 00000043
;
Figure 00000043
 ;

Figure 00000044
– ожидаемая дисперсия ошибки измерений.
Figure 00000044
 is the expected variance of the measurement error.

Определяют вектор выходных величин

Figure 00000045
по форме (5):Determine the vector of output values
Figure 00000045
 in form (5):

Figure 00000046
(5)
Figure 00000046
 (5)

Figure 00000047
– матрица управления:
Figure 00000047
 – control matrix:

Figure 00000048
;
Figure 00000048
 ;

Определяют угловую скорость вращения ротора двигателя

Figure 00000049
:Determine the angular speed of rotation of the motor rotor
Figure 00000049
 :

Figure 00000050
.
Figure 00000050
 .

Определяют электромагнитный момент асинхронного двигателя

Figure 00000051
по формуле (6):Determine the electromagnetic torque of an induction motor
Figure 00000051
 according to formula (6):

Figure 00000052
(6)
Figure 00000052
 (6)

На интервале усреднения

Figure 00000053
, определяют гидравлическую мощность центробежного насоса (7):On the averaging interval
Figure 00000053
 , determine the hydraulic power of the centrifugal pump (7):

Figure 00000054
(7)
Figure 00000054
 (7)

где

Figure 00000055
– оператор дифференцирования, с–1,Where
Figure 00000055
 is the differentiation operator, s –1 ,

Figure 00000056
– момент сопротивления насоса при нулевом расходе.
Figure 00000056
 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 00000057
(8).
Figure 00000057
 (8).

где

Figure 00000055
– оператор дифференцирования, с–1,Where
Figure 00000055
 is the differentiation operator, s –1 ,

Figure 00000058
– плотность жидкости,
Figure 00000058
 is the density of the liquid,

Figure 00000059
,
Figure 00000060
 – коэффициенты напорной характеристики насоса.
Figure 00000059
 ,
Figure 00000060
 - coefficients of the pressure characteristic of the pump.

Figure 00000061
(9)
Figure 00000061
 (9)

Давление жидкости насосной установки определяется как сумма давления развиваемого насосом и давления в питающем трубопроводе (10):The fluid pressure of a pumping unit is defined as the sum of the pressure developed by the pump and the pressure in the supply pipeline (10):

Figure 00000062
(10)
Figure 00000062
 (10)

где

Figure 00000063
– давление на выходе насосной установкиWhere
Figure 00000063
 - pressure at the outlet of the pumping unit

Figure 00000064
– давление, развиваемое насосом
Figure 00000064
 - pressure developed by the pump

Figure 00000065
– давление в питающем трубопроводе.
Figure 00000065
 - pressure in the supply pipeline.

В проведенных экспериментах на насосе К8-18 с асинхронным двигателем АД80М2 погрешность определения давления в установившемся режиме не превышает 3%.In the experiments performed on the K8-18 pump with an AD80M2 asynchronous motor, the error in determining the pressure in the steady state does not exceed 3%.

Таким образом, заявленный способ позволяет повысить точность определения давления жидкости центробежного насоса с асинхронным электроприводом в условиях шума входных сигналов.Thus, the claimed method makes it possible to improve the accuracy of determining the fluid pressure of a centrifugal pump with an asynchronous electric drive under conditions of input signal noise.

Claims (1)

Способ определения давления центробежного насоса с асинхронным электроприводом, для реализации которого проводят измерение давления на подающем трубопроводе, проводят измерение мгновенных величин токов и напряжений статора асинхронного двигателя, преобразование трехфазных значений 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, по значениям действительного расхода насосной установки и давлению на подающем трубопроводе определяют развиваемое насосной установкой давление.A method for determining the pressure of a centrifugal pump with an asynchronous electric drive, for the implementation of which the pressure is measured on the supply pipeline, the instantaneous values of the currents and voltages of the stator of the asynchronous motor are measured, the three-phase values of currents and voltages are converted into two-phase components of currents and voltages, characterized in that on each of time intervals make up a matrix of coefficients of the equations of state of the induction motor, determine the matrix of error covariances, 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 rotation of the rotor developed by the asynchronous electric motor, according to the values of the electromagnetic torque and angular velocity rotor rotation determine the instantaneous hydraulic power developed by a centrifugal pump using the values of the instantaneous hydraulic power and the angular speed of rotation of the rotor asynchronously this engine determines the instantaneous volumetric flow rate of the centrifugal pump, the values of the actual flow rate of the pumping unit and the pressure on the supply pipeline determine the pressure developed by the pumping unit.
RU2022120841A 2022-07-29 Method for determining pressure of a centrifugal pump with an asynchronous electric drive RU2791689C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2791689C1 true RU2791689C1 (en) 2023-03-13

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117536891A (en) * 2023-12-25 2024-02-09 犇流泵业科技(嘉兴)股份有限公司 Parameter optimization method and system for magnetic suspension type magnetic drive centrifugal pump

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8441222B2 (en) * 2009-07-15 2013-05-14 Integrated Designs, L.P. System and method for determining pump pressure based on motor current
RU2502079C1 (en) * 2012-07-27 2013-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method for determining parameters of asynchronous electric motor
RU2558172C2 (en) * 2010-03-24 2015-07-27 Проминент Гмбх Method for control of dosing pump and/or regulation of dosing pump
RU2623195C1 (en) * 2016-03-29 2017-06-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" Method for determining pump pressure with electric motor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8441222B2 (en) * 2009-07-15 2013-05-14 Integrated Designs, L.P. System and method for determining pump pressure based on motor current
RU2558172C2 (en) * 2010-03-24 2015-07-27 Проминент Гмбх Method for control of dosing pump and/or regulation of dosing pump
RU2502079C1 (en) * 2012-07-27 2013-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method for determining parameters of asynchronous electric motor
RU2623195C1 (en) * 2016-03-29 2017-06-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" Method for determining pump pressure with electric motor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117536891A (en) * 2023-12-25 2024-02-09 犇流泵业科技(嘉兴)股份有限公司 Parameter optimization method and system for magnetic suspension type magnetic drive centrifugal pump

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tsukamoto et al. Transient characteristics of a centrifugal pump during starting period
Stopa et al. Incipient detection of cavitation phenomenon in centrifugal pumps
EP3077681B1 (en) Rotating diffuser pump
US20030129062A1 (en) Pump operating state without the use of traditional measurement sensors
KR101850828B1 (en) A turbomachine
CN111953250B (en) Harmonic current injection permanent magnet synchronous motor torque ripple suppression method
RU2791689C1 (en) Method for determining pressure of a centrifugal pump with an asynchronous electric drive
Zedong et al. A rotor speed and load torque observer for PMSM based on extended Kalman filter
CN109560740A (en) A kind of non-synchronous motor parameter identification method of model reference adaptive
RU2784325C1 (en) Method for determining the liquid flow rate of a centrifugal pump with an asynchronous electric drive
CN113504497B (en) Motor driving system current sensor abnormity detection method based on staggered analysis
RU2743866C1 (en) Method for determination of the centrifugal pump pressure with asynchronous electric drive
CN104836501A (en) Method for permanent-magnet synchronous motor parameter on-line identification
Bakman et al. Sensorless pressure control of centrifugal pumps
CN105958875A (en) High precision speed regulation control method of speed sensorless permanent magnet synchronous motor
KR20190026794A (en) Adaptive surge suppression control system and method
RU2781571C1 (en) Method for determining the liquid flow rate of a centrifugal pump with an asynchronous electric drive
RU2791970C1 (en) Method for determining the pressure of a centrifugal pump with an asynchronous electric drive
RU2784324C1 (en) Method for determining the load moment of an asynchronous electric motor
RU2741267C1 (en) Method for determination of centrifugal pump flow rate with asynchronous electric drive
Sivasailam et al. Pressure fluctuation study in the stages of a multistage pump at best efficiency points under various operating speeds
RU2718091C1 (en) Method of pressure stabilization of a pump unit with asynchronous electric drive
RU2623195C1 (en) Method for determining pump pressure with electric motor
Lima et al. Cavitation detection in centrifugal pumps driven by frequency inverter fed motors
Dhanasekaran et al. Experimental evaluation of affinity law of pumps by using multistage electric submersible pump at various speeds of operation