Частотный электропривод на базе синхронного двигателя с постоянными магнитами с релейным управлением для насосов нефтегазовой отрасли

Объект исследования: частотный векторный вентильный электропривод с релейным регулированием тока и дополнительными импульсными преобразователями напряжения в выпрямленной цепи преобразователя частоты.Цель работы: разработка и исследование вентильного электропривода на основе СДПМ с векторным управлением с дополнительными импульсными преобразователями напряжения в выпрямленной цепи преобразователя частоты и релейным принципом формирования мгновенных значений тока на входе и выходе автономного инвертора напряжения с обеспечением улучшенной электромагнитной совместимости с питающей сетью.Методы исследования и использованная аппаратура: в диссертационной работе поставленные задачи решались с применением теории электропривода, методов современной теории автоматического управления. Аналитические расчеты основаны на применении передаточных функций замкнутых систем управления и дифференциальных уравнений, описывающих исследуемые системы. Работоспособность созданных алгоритмов проверялась в среде цифрового моделирования Matlab Simulink, а также в ходе экспериментов на испытательном стенде.Полученные результаты и новизна: разработан алгоритм релейного управления ключевыми элементами инвертора напряжения, отличающийся формированием сигналов задания на коммутацию ключевых элементов на основе векторного анализа состояния переменных системы вентильного электропривода во вращающейся системе координат; разработаны автоматическая система и алгоритм управления преобразователем частоты с релейными регуляторами фазных токов инвертора, отличающийся релейным регулированием напряжения на входе инвертора с помощью дополнительного понижающего импульсного преобразователя напряжения в выпрямленной цепи, с обеспечением стабилизации входного напряжения инвертора на требуемом уровне и улучшения гармонического состава напряжения в обмотках двигателя; разработан алгоритм управления преобразователем частоты с релейными регуляторами фазных токов инвертора, отличающийся формированием сигнала управления дополнительным повышающим импульсным преобразователем напряжения в выпрямленной цепи с помощью релейного регулятора тока на основе использования принципа баланса мощности на входе и выходе преобразователя напряжения, с достижением улучшенной электромагнитной совместимости электропривода с питающей сетью и поддержанием требуемого значения напряжения на обмотке статора двигателя, питающегося через протяженные кабельные линии системы электроснабжения; разработан алгоритм управления преобразователем частоты с релейными регуляторами фазных токов инвертора, отличающийся поддержанием заданных значений тока в выпрямленной цепи и напряжения на выходе инвертора с помощью дополнительного повышающего импульсного преобразователя напряжения с релейным регулятором тока, получающего сигнал управления в результате сравнения сигнала задания на ток с измеренным значением тока.Основные конструктивные и технико-экономические показатели: улучшение гармонического состава тока, потребляемого из сети преобразователем частоты, за счет введения в его конструкцию дополнительного импульсного преобразователя напряжения, совершенствование и упрощение алгоритма векторного управления за счет применения принципа релейного регулирования. Разработанные алгоритмы управления возможно внедрить в существующие системы управления погружными нефтяными насосами без существенных экономических затрат.Степень внедрения и эффективность: в ходе проведенных диссертационных исследований получен патент на полезную модель №166655. Результаты, полученные в диссертационной работе, использованы в производственной деятельности компании ООО «Борец-НЭО» (г. Москва).Область применения: в нефтяной отрасли промышленности для механизмов с системами вентильных электроприводов, для металлургической и машиностроительной отраслей, для электротехнических компаний, осуществляющих разработку частотно-регулируемых вентильных электроприводов.