omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2023-187-84-91MKOHWTomna-271Research ArticleЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКАENERGY AND ELECTRICAL ENGINEERINGИмитационное моделирование асинхронного частотно-регулируемого электропривода с учетом влияния гидравлической нагрузки центробежного насосаDetermination of the influence of hydraulic load of centrifugal pump on coordinates of asynchronous frequencycontrolled electric drivehttps://orcid.org/0000-0002-7924-5494ЛысенкоО. А.LysenkoO. A.

ЛЫСЕНКО Олег Александрович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Электрическая техника»

г. Омск

AuthorID (РИНЦ): 643928

AuthorID (SCOPUS): 5650338820

ReseearcherID: N-5528-2015

LYSENKO Oleg Aleksandrovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor (Russia), Associate Professor of Electrical Engineering Department

Omsk

AuthorID (RSCI): 643928

AuthorID (SCOPUS): 5650338820

ReseearcherID: N-5528-2015

deolas@mail.ruОмский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation202330092023038491Copyright © Лысенко О.А., 20232023Лысенко О.А.Lysenko O.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/271

В статье рассматривается построение имитационной модели  электротехнического комплекса, включающего асинхронный электродвигатель с частотным регулированием, приводящим в движение центробежный насос. Станции перекачки жидкости на основе центробежных насосов с асинхронными электроприводами, управляемыми преобразователями частоты, широко применяются, что обусловливает актуальность работы. Получение динамических характеристик данных приводов дает возможность понять взаимосвязь распределения энергии, а также согласовать режимы работы его основных частей. С этой целью была разработана имитационная модель электропривода станции перекачки жидкости. Данная имитационная модель использовалась для проведения численных экспериментов системы, включающей в себя силовой канал электропривода, гидравлическую подсистему, а также систему управления. В качестве среды для моделирования использовался программный продукт Simintech. В работе получены переходные процессы координат электропривода при воздействии как со стороны гидравлической нагрузки, так и со стороны электропитания. Показано влияние гидравлического сопротивления напорного трубопровода и статического противодавления на механическую характеристику момента сопротивления электропривода в целом. Рассмотренный подход расчета характеристик позволяет оценить взаимовлияние координат различной физической природы установок центробежных насосов с асинхронным частотно-регулируемым электродвигателем друг на друга.

The article considers the construction of a simulation model of an electrical complex including an asynchronous electric motor with frequency regulation, driving a centrifugal pump. Fluid pumping stations based on centrifugal pumps with asynchronous electric drives controlled by frequency converters are widely used, which makes the work relevant. Obtaining the dynamic characteristics of these drives makes it possible to understand the relationship of energy distribution, as well as to coordinate the operating modes of its main parts. For this purpose, a simulation model of the electric drive of the liquid pumping station is developed. This simulation model is used to carry out numerical experiments of the system, which includes the power channel of the electric drive, as well as the control system. Simintech software product is used as a modeling environment. In the work, transient processes of the coordinates of the electric drive are obtained under the influence of both the hydraulic load and the power supply. The influence of the hydraulic resistance of the pressure pipeline and static back pressure on the mechanical characteristic of the moment of resistance of the electric drive as a whole is shown. The considered approach for calculating the characteristics makes it possible to evaluate the mutual influence of the coordinates of various physical nature of centrifugal pump installations with an asynchronous frequency-controlled electric motor on each other.

асинхронный двигательтрубопроводцентробежный насосинверторпереходные процессыasynchronous motorpipelinecentrifugal pumpinvertertransientsReferencesЛезнов Б. С., Лезнов Б. С. Энергосбережение и регулируемый привод в насосных и воздуходувных установках. Москва: Энергоатомиздат, 2006. 359 с. ISBN 5-283-00806-1. EDN QNMGHF.Leznov B. S., Leznov B. S. Energosberezheniye i reguliruyemyy privod v nasosnykh i vozdukhoduvnykh ustanovkakh [Energy saving and variable drive in pump and blower installations]. Moscow, 2006. 359 p. ISBN 5-283-00806-1. EDN QNMGHF. (In Russ.).Букреев В. Г., Шандарова Е. Б., Быстров Е. А. [и др.]. Верификация модели прототипа асинхронного электропривода специального насосного агрегата // Электротехнические системы и комплексы. 2022. № 2 (55). С. 25–31. DOI: 10.18503/2311-8318-2022-2(55)-25-31. EDN GYMNRA.Bukreyev V. G., Shandarova E. B., Bystrov E. A. [et al.]. Verifikatsiya modeli prototipa asinkhronnogo elektroprivoda spetsial’nogo nasosnogo agregata [Verification of induction motor drive prototype model for special pumping unit] // Elektrotekhnicheskiye sistemy i kompleksy. Electrotechnical Systems and Complexes. 2022. No. 2 (55). P. 25–31. DOI: 10.18503/2311-8318-2022-2(55)-25-31. EDN GYMNRA. (In Russ.).Гаврилов Д. П., Барабанов В. Г. Разработка и исследование системы управления насосной установкой // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение. 2017. Т. 17, № 2. С. 11–19. DOI: 10.14529/engin170202. EDN YTPHWR.Gavrilov D. P., Barabanov V. G. Razrabotka i issledovaniye sistemy upravleniya nasosnoy ustanovkoy [Development and study of control systems pumping unit] // Vestnik Yuzhno-Ural’skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Mashinostroyeniye. Bulletin of the South Ural State University. Series Mechanical Engineering Industry. 2017. Vol. 17, no. 2. P. 11–19. DOI: 10.14529/engin170202. EDN YTPHWR. (In Russ.).Tecle S. I., Ziuzev A. M., Kostylev A. V. Improving sucker rod pump efficiency using frequency controlled induction motor // Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering. 2022. Vol. 333, no. 11. P. 140–148. DOI: 10.18799/24131830/2022/11/3955. EDN EFKAYN.Tecle S. I., Ziuzev A. M., Kostylev A. V. Improving sucker rod pump efficiency using frequency controlled induction motor // Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering. 2022. Vol. 333, no. 11. P. 140–148. DOI: 10.18799/24131830/2022/11/3955. EDN EFKAYN. (In Engl.).Браславский И. Я., Ишматов З. Ш., Поляков В. Н. Энергосберегающий асинхронный электропривод / под ред. И. Я. Браславского. Москва: Academia, 2004. 248 c. ISBN 5-76951704-2. EDN QMIONV.Braslavskiy I. Ya., Ishmatov Z. Sh., Polyakov V. N. Energosberegayushchiy asinkhronnyy elektroprivod [Energy saving asynchronous electric drive] / ed. by I. Ya. Braslavskogo. Moscow, 2004. 248 p. ISBN 5-7695-1704-2. EDN QMIONV. (In Russ.).Коржев А. А., Толстикова М. В., Ватлина А. М. Моделирование динамических процессов в системе электропривода пульпонасоса при переменной концентрации перекачиваемой жидкости // Горное оборудование и электромеханика. 2023. № 2 (166). С. 12–19. DOI: 10.26730/1816-4528-2023-2-12-19. EDN SSLZTR.Korzhev A. A., Tolstikova M. V., Vatlina A. M. Modelirovaniye dinamicheskikh protsessov v sisteme elektroprivoda pul’ponasosa pri peremennoy kontsentratsii perekachivayemoy zhidkosti [Simulation of dynamic processes in the electric drive system of the pulp pump with variable concentration of the pumped liquid] // Gornoye oborudovaniye i elektromekhanika. Mining Equipment and Electromechanics. 2023. No. 2 (166). P. 12–19. DOI: 10.26730/1816-4528-2023-2-12-19. EDN SSLZTR. (In Russ.).Ильинский Н. Ф., Москаленко В. В. Электропривод: энерго- и ресурсосбережение. Москва: Издат. центр Академия, 2008. 553 с.Il’inskiy N. F., Moskalenko V. V. Elektroprivod: energo- i resursosberezheniye [Electric drive: saving energy and resource efficiency]. Moscow, 2008. 553 p. (In Russ.).Еловик В. Л., Войтов И. В., Седлухо Ю. П. Расчет и анализ режимов работы центробежных насосов с частотно-регулируемым электроприводом: моногр. Минск: Изд-во БГТУ, 2022. 110 с. ISBN 978-985-897-023-9. EDN NXDWTG.Elovik V. L., Voytov I. V., Sedlukho Yu. P. Raschet i analiz rezhimov raboty tsentrobezhnykh nasosov s chastotnoreguliruyemym elektroprivodom [Calculation and analysis of centrifugal pumps with variable speed drive]. Minsk, 2022. 110 p. ISBN 978-985-897-023-9. EDN NXDWTG. (In Russ.).Levi E. General method of magnetising flux saturation modelling in d-q axis models of double-cage induction machines // IEE Proceedings – Electric Power Applications. 1997. Vol. 144, Issue 2. P. 101–109. DOI: 10.1049/ip-epa:19970781.Levi E. General method of magnetising flux saturation modelling in d-q axis models of double-cage induction machines // IEE Proceedings — Electric Power Applications. 1997. Vol. 144, Issue 2. P. 101–109. DOI: 10.1049/ip-epa:19970781. (In Engl.).Герман-Галкин С. Г. Matlab & Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК. Санкт-Петербург: Корона. Век, 2011. 368 с. ISBN 978-5-7931-0884-3.German-Galkin S. G. Matlab & Simulink. Proyektirovaniye mekhatronnykh sistem na PK [Matlab & Simulink. Designing mechatronic systems on a PC]. St. Petersburg, 2011. 368 p. ISBN 978-5-7931-0884-3. (In Russ.).Karassic I. J., Messina J. P., Cooper P., Heald C. C. Pump Handbook. 3rd ed. McGRAW-HILL New, 2001. 1790 p. ISBN 0-07- 034032-3.Karassic I. J., Messina J. P., Cooper P., Heald C. C. Pump Handbook. 3rd ed. McGRAW-HILL New, 2001. 1790 p. ISBN 0-07034032-3. (In Engl.).Хабаров С. П., Шилкина М. Л. Основы моделирования технических систем. Среда Simintech. Санкт-Петербург: Лань, 2019. 120 с. ISBN 978-5-8114-3526-5. EDN NTKPGG.Khabarov S. P., Shilkina M. L. Osnovy modelirovaniya tekhnicheskikh sistem. Sreda Simintech [Fundamentals of technical system modelling. Simintech environment]. St. Petersburg, 2019. 120 p. ISBN 978-5-8114-3526-5. EDN NTKPGG. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.