Идентификация параметров ЭТК, экспресс-анализ (стр. 2 )

9. B. В. Воинов. М.: Недра, 1976. - 285 с.

10. Погружные скважинные центробежные насосы с электроприводом. — Тюмень: «Вектор Бук», 2003. — 336 с.

11. Сравнительный анализ способов регулирования подачи центробежных насосов / , A. M. Зюзев, // ЭП. Электропривод. 1983. - № 2 (112). - С. 8-10.

12. П. Классификация отказов скважин после капитального ремонта по статическим данным // Изв. вузов. Нефть и газ. — 1998. — № 6. — С. 23.

13. Электрические машины. — Л.: Энергия, 1968. — 768 с.

14. Модели и методы управления режимами работы и электропотреблением погружных центробежных установок: Автореф. дис. д-ра техн. наук. Тюмень, 2006. - 32 с.

15. Оптимизация системы электропривода погружного насоса / , // Изв. вузов. Нефть и газ. 2002. — № 5. - С. 88-92.

16. Моделирование электротехнических комплексов и систем как совокупности взаимодействующих подсистем различной физической природы: Дис. д-ра техн. наук. Омск, 2000. - 312 с.

1.1.2 Динамическая идентификация параметров и управление состоянием электродвигателей приводов горных машин

Цель работы:

  Повысить эксплуатационную надежность электроприводов горных машин на основе использования разработанного комплекса методов динамической идентификации электродвигателей приводов горных машин при управлении их состоянием, контроле и функциональном диагностировании.

В работе требуется решить следующие задачи:

1. Выявить закономерности процессов, протекающих в АД, позволяющих разработать математические модели состояния и цепи измерения с приведением их к виду, необходимому для использования методов идентификации.

2. Разработать методы для определения значений активного сопротивления и потокосцепления статора, индуктивности цепи намагничивания и реальной формы кривой намагничивания на этапе предварительной идентификации состояния АД.

3. Разработать комплекс методов для динамической идентификации электродвигателей на основе математических методов оценивания, а также разработать для них алгоритмическое и программное обеспечение.

4. Разработать структуру компьютеризированного испытательного стенда, проанализировать шумы измерительной системы стенда для проверки соответствия их параметров требованиям фильтра Калмана и провести серию испытаний с целью проверки работоспособности и точности предложенных методов динамической идентификации электродвигателей.

5. Разработать теоретические основы для реализации благоприятного пуска нерегулируемого асинхронного электропривода, в том числе с использованием результатов динамической идентификации АД.

6. Разработать методику тепловых расчетов силовых полупроводниковых приборов с кондуктивной системой охлаждения для изготовления пускового устройства во взрывозащищенном исполнении.

7. На основе результатов динамической идентификации разработать методы функционального диагностирования замыканий в обмотках статоров электродвигателей.

Методы исследования, используемые в работе:

Рекомендуется использовать математические методы оценивания (рекуррентный метод наименьших квадратов, расширенный фильтр Калмана и поисковые методы); теория обобщенной электрической машины; методы аналитического и численного решения систем дифференциальных уравнений; методы матричной алгебры; методы анализа случайных процессов; математический аппарат искусственных нейронных сетей; теория оптимального управления; компьютерное моделирование динамических процессов в электродвигателях при реализации разработанных методов динамической идентификации и проведение проверочных вычислительных экспериментов; лабораторные и промышленные испытания разработанных устройств.

Актуальность работы:

Надежность и эффективность электроприводов горных машин: очистных и проходческих комбайнов, скребковых и ленточных конвейеров, буровых станков, экскаваторов и других машин, производящих разрушение и транспортирование угля и горной породы, в значительной степени определяет эффективность работы угледобывающих предприятий в целом.

При этом в подземных горных машинах в основном применяется нерегулируемый асинхронный электропривод, обеспечение высокой эксплуатационной надежности которого является трудной задачей в связи с тяжелыми условиями эксплуатации, обусловленными спецификой технологического процесса со случайным характером резкопеременных нагрузок, частыми пусками под нагрузкой и перегрузками электропривода, а также стопорениями рабочего органа.

Это является причиной высокодинамичных переходных процессов в электродвигателях и значительных вибрационных и ударных механических нагрузок в трансмиссии, которые приводят к ухудшению состояния изоляции обмотки статора и интенсивному накоплению усталостных повреждений в механических элементах, преждевременному износу, поломкам, авариям и, в результате, наносят большой экономический ущерб.

Наиболее перспективными направлениями повышения надежности этих электроприводов в настоящее время являются следующие: использование устройств благоприятного пуска для нерегулируемых асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором (АД) на основе силовых полупроводниковых приборов, переход к частотно-регулируемому электроприводу, а также применение современных высокоэффективных систем для контроля состояния, функционального диагностирования и защиты.

Первые два направления базируются на управлении состоянием электродвигателей, заключающемся в изменении их фазовых координат с помощью управляющих воздействий. Электродвигатели являются основными элементами приводов, формирующими потоки механической энергии для разрушения и перемещения горной массы и движения горных машин, поэтому им должно быть уделено особое внимание.

Возможности нерегулируемого асинхронного электропривода при постоянном росте энерговооруженности горных машин для повышения их производительности в настоящее время практически уже исчерпаны и замена его на современный частотно-регулируемый электропривод позволит при соответствующем управлении не только оптимизировать технологический процесс, но и успешно решать вопросы ресурсосбережения и энергосбережения.

Для находящихся в эксплуатации карьерных экскаваторов и буровых станков, в которых в основном применяется регулируемый электропривод постоянного тока, также особенно важной является проблема повышения эксплуатационной надежности и эффективности приводов. Эта проблема решается путем совершенствования приводов на современной элементной и информационной базе и переходом, в перспективе, к частотно-регулируемому электроприводу.

Известно, что эффективность работы систем управления электроприводов и электротехнических комплексов, содержащих электродвигатели, зависит от знания текущих значений электромагнитных параметров электродвигателей - активных сопротивлений, индуктивностей и взаимных индуктивностсй обмоток. В то же время, например, на этапе приемо-сдаточных испытаний АД измеряется только активное сопротивление обмотки статора, а значения параметров, которые приводятся в каталогах, являются расчетными при проектировании и могут сильно отличаться от реальных значений параметров конкретных электродвигателей.

Кроме того, параметры АД зависят от режима его работы и теплового состояния. Так, в режиме прямого пуска активное сопротивление ротора может изменяться более чем в 1,5 раза, а индуктивности - на 30-40%. Активное сопротивление обмотки статора зависит от теплового состояния и может изменяться при работе АД на 20-30%, что особенно характерно для повторно-кратковременного режима.

Из этого следует, что текущие значения параметров электродвигателей необходимо определять непосредственно в процессе работы электропривода. Это возможно при проведении динамической идентификации параметров и переменных состояния электродвигателя (везде далее - динамическая идентификация электродвигателя), заключающейся в определении в реальном времени, в процессе рабочего функционирования горной машины, текущих значений электромагнитных параметров и переменных величин электродвигателя, характеризующих его состояние. Основой динамической идентификации при этом является компьютерная обработка информации, содержащейся в напряжениях и токах электродвигателя на основе математической модели электродвигателя и математических методов идентификации.

Необходимость проведения динамической идентификации определяется тем, что большая часть электромагнитных параметров и переменных состояния электродвигателей, требуемых для решения перечисленных задач, недоступна прямому измерению. Например, для асинхронных электродвигателей - это активное сопротивление и индуктивность ротора, индуктивность цепи намагничивания и потокосцепления статора и ротора, а в процессе работы АД также становятся недоступными для прямого измерения и параметры статора. Измерение магнитного потока в воздушном зазоре АД, электромагнитного момента и частоты вращения ротора технически возможно, но из-за тяжелых условий работы электроприводов горных машин их также целесообразно вычислять, а не измерять. Существует также проблема определения текущих значений параметров электродвигателей постоянного тока (ДГТТ) непосредственно в процессе их работы.

Известно значительное количество публикаций по идентификации параметров и состояния электродвигателей, а также технических решений для их реализации. Однако, в основном, они предназначены для использования в составе конкретных систем управления электроприводов и позволяют определять лишь те параметры и переменные состояния, которые необходимы для их работы. В тоже время существует необходимость разработки комплексного подхода

к созданию методов динамической идентификации электродвигателей горных машин для мониторинга их параметров и состояния с целью использования получаемой при этом информации как для контроля и управления состоянием электродвигателей, так и для решения задач функционального диагностирования, защиты, прогнозирования, а также использования на этапе приемосдаточных испытаний электродвигателей с определением их индивидуальных данных и для контроля качества технологического процесса при изготовлении или ремонте. Это является важной научной проблемой и ее актуальность определяется как потребностями практики, так и необходимостью использования результатов динамической идентификации для научных исследований.