Вестник МГТУ. 2020, Т. 23. №4.

Вестник МГТУ. 2020. Т. 23, № 4. С. 364-375. DOI: 10.21443/1560-9278-2020-23-4-364-375 Изменение конструкции двигателя после испытаний на стенде В процессе экспериментальных исследований СВЭД на стенде опытный образец на номинальной частоте вращения 1 000 (750) об/мин не подтвердил заявленную полезную мощность 15 кВт на выходном валу при расчетном (проектном) номинальном значении тока, равном 40 А. В ходе экспериментов было установлено, что повышая значение тока, потребляемого двигателем, можно получить заявленную мощность, если номинальное значение тока принять равным 57 А (у опытного двигателя на частоте питания 50 Гц при скорости 1 000 об/мин при повышении значения тока с 28,5 до 49 А выходная мощность увеличилась с 5,2 до 10,8 кВт). Негативный эффект от увеличения номинального тока для опытного двигателя, в первую очередь, заключается в том, что необходимо внести существенные коррективы в конструкцию преобразователя частоты, который не может обеспечить формирование таких токов (Morimoto et al., 2001). Во-вторых, потребуется изменение обмоточных данных в сторону увеличения сечения фазных проводников на основе уточненного теплового расчета (Lindh et al., 2015; Ивановский и др., 2012). Исходя из вышеперечисленного, авторами было выдвинуто следующее предложение: чтобы избежать внесения изменений в конструкцию преобразователя частоты, необходимо понизить значение тока до допустимого для преобразователя уровня 45 А, т. е. для макетного двигателя это уменьшение должно составить 57 - 45 = 12 А или 12/57 х100 % = 21 %. С другой стороны, сохранение заявленной мощности 15 кВт означает сохранение на валу неизменного момента 192 Н м. Следовательно, при требуемом значении тока 45 А необходимо увеличить значение коэффициента Сд (коэффициент пропорциональности между электромагнитным моментом Мд и проекцией i1q, обобщенного вектора тока статора на ортогональную ось прямоугольной системы координат d-q) на 21 %. Существует два варианта решения данной проблемы: изменение основного потока постоянных магнитов ротора (преобразование конструкции двигателя) и увеличение числа витков обмотки на 21 %. Второй способ не предполагает изменения элементов двигателя, поэтому он был выбран для дальнейшей реализации. Коэффициент заполнения паза не должен превышать допускаемого значения 0,72-0,74. Произведем упрощенный расчет для геометрических размеров паза и провода ПЭТ 155-1,18, используемого в опытном образце. Геометрию паза можно аппроксимировать равносторонней трапецией с нижним основанием 6,6 мм, верхним основанием 3 мм и высотой 25,3 мм. Таким образом, площадь "в свету" составит ( 6,6 + 3)/2 х 25,3 = 121,44 мм2. Медный проводник имеет диаметр 1,18+/-0,012 мм и толщину лаковой изоляции 0,05 мм, тогда площадь поперечного сечения провода можно с запасом определить как площадь описанного квадрата со стороной 1,28 мм, что составит 1,64 мм2. Следовательно, для полного заполнения паза необходимо 121,44/1,64 = 74 проводника. Одна катушка обмотки содержит 18 витков, значит, при двухслойной обмотке в пазе находится 36 проводников. Если число витков в катушке увеличить на 21 %, т. е. на 4 витка, тогда в паз будет уложено 44 проводника, что составит 44/74 = 0,59 от теоретически возможного. Остается запас для межфазной изоляции и клиньев для фиксации обмоток в пазе. Оценку значения коэффициента Сд с целью проверки достижения заданного значения потокосцепления Т / после корректировки числа витков статорной обмотки СВЭД необходимо осуществить по результатам двух экспериментов: а) эксперимент по определению ЭДС при вращении ротора от нагружающего двигателя на номинальной скорости; б) эксперимент по определению номинального тока, потребляемого СВЭД, при номинальном моменте нагрузки, номинальной частоте питающего напряжения и номинальной скорости вращения. Заключение 1. Разработан аппаратно-программный комплекс стенда для исследования электроприводов станков- качалок нефти, который удовлетворяет требованиям, необходимым для проведения испытаний (наличие нагружающего устройства, автоматизированные системы управления, возможность изменения момента, моделирование работы станка-качалки и т. д.). Учтены недостатки существующих стендов: вместо двигателя постоянного тока использован нагрузочный асинхронный двигатель. 2. Установлено, что работа стенда соответствует заявленным требованиям. При работе со стендом оператор в процессе проведения испытаний имеет возможность изменения вида воздействия на вход испытуемого электропривода для имитации изменяющихся режимов работы и возникновения аварийных ситуаций с целью проверки адекватности реакции системы управления электропривода. В стенде имеется возможность имитации таких режимов работы ШСНУ, как разбалансировка, обрыв штанг, заклинивание насоса, низкая и высокая посадка насоса, проскальзывание и обрыв ремней и другие. Универсальность силовой системы стенда и системы управления и простота перенастройки алгоритмов позволяют проводить испытания широкого спектра основного электрооборудования скважин и решать большой круг задач. Однако работа стенда продемонстрировала несколько недостатков, одним из которых была низкая точность задания момента нагрузки. Решением этой проблемы стало использование цифрового регулятора. 371