автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Моделирование погружных асинхронных электрических двигателей в составе установок электроцентробежных насосов

На правах рукописи

Ковалев Александр Юрьевич

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОГРУЖНЫХ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ В СОСТАВЕ УСТАНОВОК ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ

Специальность 05.09.01 - Электромеханика и электрические аппараты

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Омск ■ 2010

003493408

На правах рукописи ¿и

Ковалев Александр Юрьевич

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОГРУЖНЫХ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ В СОСТАВЕ УСТАНОВОК ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ

Специальность 05.09.01 - Электромеханика и электрические аппараты

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Омск-2010

Диссертационная работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет» Федерального агентства по образованию Российской Федерации.

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент Ан-

дреева Елена Григорьевна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Беспалов Виктор Яковлевич кандидат технических наук, доцент Сергеев Роман Владимирович

Ведущая организация: Государственное образовательное

учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный технический университет» (У1Ш) имени первого Президента России Б.Н. Ельцина

Защита диссертации состоится «Jr^diMtiTiCl 2010 года в/Ц час. мин. в аудитории ¿-ЗУР на заседании Диссертационного совета ДМ 212.178.03 при Омском государственном техническом университете, по адресу: 644050, г. Омск, проспект Мира, 11, корп.б, ауд. 340. Тел/факс: (8-3812) 65-64-92, e-mail: dissov_omgtu@omgtu.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного технического университета по адресу: 644050, г. Омск, проспект Мира, 11.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направить по адресу: 644050, г. Омск, проспект Мира, 11, Ученый совет

Автореферат разослан «_» аиЯ 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета ДМ 212.178.03, кандидат технических наук, доцент

Кириченко А.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Объектом исследования данной работы являются погружные асинхронные электрические двигатели (ПЭД) установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) для извлечения пластовой жидкости из нефтепромысловых скважин.

В зависимости от решаемых задач ПЭД может рассматриваться с общих позиций как асинхронная электрическая машина (Беспалов В.Я., Бру-скин Д.Э., Вольдек А.И., Данилевич Я.Б., Домбровский В.В., Иванов-Смоленский A.B., Казовский Е.Я., Копылов И.П., Радин В.И., Сорокер Т.Г.), как элемент электротехнического комплекса технологических установок насосной эксплуатации нефтяных промысловых скважин (Ершов М.С., Ивановский В.Н., Ковалев Ю.З., Меньшов Б.Г., Сидельников Б.В., Яризов А.Д.), как потребитель электрической энергии в нефтепромысловых системах электроснабжения (Абрамович Б.Н., Гамазин С.И., Меньшов Б.Г., Нурбосынов Д.Н., Суд И.И., Сушков В.В.), как приводной двигатель в системах автоматическо- • го управления и регулирования режимами нефтедобычи (Браславский И.Я., Ведерников В.А., Зюзев A.M., Ковалев В.З., Масандилов Л.Б.). Во всех перечисленных случаях возникает общая проблема - моделирование ПЭД, отвечающее современным требованиям: энергосбережения и энергоэффективности, автоматизации и регулирования, внедрения нового прогрессивного оборудования.

Вместе с тем решение проблемы моделирование ПЭД наталкивается на существенные трудности, связанные с присущими в своей совокупности только ПЭД специфическими свойствами: особенные соотношения главных размеров; выполнение магнитопровода статора единого для всего двигателя, а ротора - дискретным, состоящим из отдельных пакетов, разделенных подшипниками скольжения; однослойная протяжная обмотка статора и медная короткозамкнутая клетка ротора; малое число пазов статора; закрытые пазы статора и ротора; отсутствие скоса и укорочения шага обмоток; объединение в агрегат двигателя, компенсатора и гидрозащиты от агрессивных сред.

Эти особенности конструктивного исполнения ПЭД по-существу выделяют их в отдельный сегмент из общего набора асинхронных электрических машин, выпускаемых отечественной и зарубежной промышленностью; тре- | буют индивидуального подхода к моделированию на основе комплексного \ учета основных физических эффектов: насыщения по путям главного потока ч и потоков рассеяния, вытеснения токов в стержнях обмотки ротора, зубцовых

гармоник, влияния технологического разброса параметров отдельного пакета в многопакетной конструкции ротора.

Целью диссертационной работы является моделирование ПЭД как асинхронного двигателя специфической конструкции, которая определяется его работой в составе установок электропогружных насосов и которая приводит к специфическому сочетанию параметров и характеристик, присущих в своей совокупности только ПЭД.

Задачи исследования. Для реализации цели работы необходимо решение следующих задач:

1. Систематизировать набор параметров и характеристик ПЭД, связанный с его конструкционным исполнением.

2. Осуществить анализ методов, способов и приемов моделирования ПЭД как асинхронной электрической машины и как элемента нефтепромысловых электротехнических комплексов и систем электроснабжения.

3. Предложить обобщенную методику моделирования, включающую в себя методы учета специфических свойств ПЭД, определяемых его работой в составе установок электроцентробежных насосов.

4. Предложить методику учета влияния технологического разброса параметров отдельных пактов в многопакетной конструкции роторов на характеристики ПЭД.

5. Создать экспериментальные стенды - стационарный и переносной. Подтвердить технические решения и технологические рекомендации соответствующими патентами на изобретения.

Методы решения поставленных задач. Для создания обобщенной методики моделирования ПЭД применялись методы теории электрических машин, электромеханического преобразования энергии, теоретических основ электротехники, теории синтеза электрических цепей, математического анализа. Для создания методики экспериментального исследования применялись методы теории математического моделирования, обработки экспериментальных данных, системотехники. Для создания прикладных программ использовались пакеты МаШсас!, МаШетаиса и их соответствующие функции.

Научная новизна работы. Научная новизна выносимых на защиту основных результатов работы заключается в следующем:

1. Разработаны обобщенные методы учета основных свойств ПЭД, характеризующих его работу в составе УЭЦН.

2. Разработаны обобщенные методы построения характеристик ПЭД.

3. Разработан научный подход к исследованию пакетов роторов в многопакетной конструкции роторов ПЭД.

Практическая значимость. На основе теоретических результатов достигнуто следующее:

1. Разработана и реализована в форме программного продукта обобщенная методика моделирования ПЭД.

2. Разработана и реализована в форме программного продукта обобщенная методика построения основных характеристик ПЭД.

3. Осуществлены экспериментальные исследования технологического разброса параметров пакетов роторов.

4. Созданы экспериментальные стенды: стационарный и переносной, содержащие аппаратные и программные модули; выработаны технологические рекомендации по повышению энергоэффективности ПЭД.

Достоверность результатов подтверждается корректным применением основных теоретических положений, используемых автором для доказательств научных результатов; сопоставлением теоретических результатов с экспериментальными данными, приведенными в технической литературе и полученными на экспериментальном стенде.

Реализация и внедрение результатов работы. Методика математического моделирования погружных асинхронных электрических двигателей может быть использована при решении задач нефтепромысловых электротехнических комплексов и систем электроснабжения, как повышающая их уровень моделирования. Методика внедрена на предприятии ЗАО «АЛНАС-Н» для повышения качества сборки погружных ПЭД после ремонта и введения энергосберегающих технологий нефтедобычи. Результаты теоретических исследований внедрены в учебный процесс ГОУ ВПО «ОмГТУ» и НОУ ВПО «АИПЭ» при выполнении курсовых и дипломных проектов студентов электротехнических специальностей.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на следующих конференциях:

На VII международной научно-технической конференции «Электроэнергетика и электротехника. Проблемы и перспективы» - ЭЛМАШ 2009.

На V международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» г.Омск, 2004.

На VI международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» г.Омск, 2007.

На VII международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» г.Омск, 2009.

На всероссийской научно-технической конференции «Россия молодая: передовые технологии в промышленности» г. Омск, 2008.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 25 научных работ, в том числе 1 монография, 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 12 работ опубликованы в материалах всероссийских и международных конференций, получено 2 патента на изобретения и 1 свидетельство государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и библиографического списка из 135 наименований. Основная часть работы изложена на 157 страницах машинописного текста, содержит 52 рисунка и 5 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проводимой работы, сформулированы ее цели и задачи. Даетбя краткая аннотация содержания работы по разделам. Определены основные положения моделирования погружных асинхронных электрических двигателей. Сформулирована научная новизна основных результатов и практическая ценность исследований. Приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе выявляется совокупность требований, накладываемых конструкцией нефтепромысловой скважины на главные размеры ПЭД; систематизируются индивидуальные особенности конструкции, предопреде-/( Г/ Л-( ляющие его свойства; осу-

ществляется анализ литературных источников в области моделирования ПЭД в составе электротехнических комплексов технологических установок насосной эксплуатации скважин, нефтепромысловых систем электроснабжения и в области моделирования ПЭД как электрической машины переменного тока; на основании выполненного исследования проводится выбор тех методов, развитие которых в последующих главах формирует методику моделирования погружных асинхронных электрических двигателей.

На основании выполненной Рнс. 1. Схема 'зямещеши погружного -

11 систематизации свойств ПЭД разра-

асинхронного электрического двигателя

ботана структура математической модели, которая обеспечивает качественный учет тех физических эффектов и явлений, которые определяющим образом влияют на адекватность модели реальным процессам - насыщение, вихревые токи, вытеснение, зубцовые гармоники (рис. 1). Схема замещения содержит три нелинейных подсхемы Z2(s), Z2vl(s), Zlv2(s) и семь нелинейных

элементов - *,(/,), x0(uj, r0(Um), •*ои(Vi)> >0,1 (О. xovi\svî)' royïisyi}-

Аналитический обзор методов моделирования ПЭД в составе нефтепромысловых электротехнических комплексов и систем электроснабжения, а также методов моделирования общей теории электрических машин приводит к следующим выводам. В составе моделей нефтепромысловых электротехнических комплексов и систем электроснабжения используются упрощенные Г-образные и Т-образные схемы замещения. Использование в данных условиях уточненных моделей, естественно, способствует совершенствованию теоретических исследований и внедрению новых прогрессивных технологий. Общая теория электрических машин располагает значительным набором методов, способов и приемов моделирования асинхронных электрических двигателей. Они основаны на фундаментальных работах электромеханики и сохраняют свою актуальность. Вместе с тем применение данных методов к решению поставленных в данной диссертации задач в готовом виде не представляется возможным и требует своего дальнейшего развития.

Во второй главе предлагается обобщенная методика моделирования асинхронного электрического двигателя применительно к обобщенной схеме замещения (рис.1). Методика базируется на введении обобщенных параметров схемы замещения; выражении всех переменных состояния (токов и напряжений) и энергетических показателей (коэффициент полезного действия, коэффициент мощности, момент двигателя, полные, активные и реактивные мощности на элементах схемы замещения) через обобщенные параметры; применении методов оптимизации с целевой функцией - достижение минимума среднеквадратичного отклонения одного из энергетических параметров от располагаемых экспериментальных данных - на интервале скольжения s -[0,1].

В качестве обобщенных параметров принимаются А-, (/, ), кг (/, , t/0 ), ¿3, к4(ио) и полиномы четных степеней скольжений s, svi, sv2 - <2r(s2),

аи a m р(л qm\ afc). afà). ^fckfë). afô). afe).

связанные с параметрами схемы замещения (рис.1) посредством следующих соотношений:

*,(Л) = -(п2 + *?(/,))+2г1, Ж.и^-Л-М +х12(/1))+2х1(А),

'о *о1уо,7

к3 = 2 г0-', Л4(С/0)=2хо1(С/0). = — + У*^). С5!-! ) = + ), ^21-2 С5!/2 ) = + ^2^2(^г) •

ъМ-аИ^И. *2(*)=а(*2М4 3(,)=4егИМ4

Как полиномы обобщенные параметры содержат соответствующие коэффициенты q, у = 5, , 5„2:

ОгН-1ч*Уи.&И=1.Я*Уи,вгИ= ЪгУ, -

4=0 ЫО ¿=0 ¿=0

которые в свою очередь зависят от физических параметров двигателя.

Через обобщенные параметры выражаются все интересующие величины. Например, для механической и электромеханической характеристик получено:

М(5) = Ш,2 , /,ч,--5—ГГ\ ; (!)

,( ) ' (2)

где ¿1 = Гд + Хд, = г,2 + д:2. Если параметры схемы замещения нелинейны, их фактические значения находятся в зависимости от значений переменных состояния в процессе расчета. Добавочные моменты, вызванные действием зубцовых гармоник, формально имеют такие же выражения, как и выражения (1)и(2).

Поскольку коэффициенты обобщенных параметров двигателя зависят от его физических параметров, скомпонованных в векторы Я и X, решаемая в данной работе задача моделирования сводится к определению компонент векторов Л и X на основе решения оптимизационной задачи с целевой функцией - минимума среднеквадратичного отклонения между теоретически заданной функцией, например, моментом двигателя Мд (з, ¿у^ = М(я) + + и набором его экспериментальных значений (или набором

иных известных значений) на всем интервале скольжений з- [0,1] и соответствующих ему интервалах изменения скольжений зубцовых гармоник Сформулированная задача в отличие от задач анализа (прямые задачи) относится к более сложным обратным задачам - синтеза и идентификации.

В третьей главе на основании стратегии моделирования асинхронных электрических двигателей (глава 2) разрабатывается методика моделирования погружных асинхронных электрических двигателей с учетом их электромеханических, электрических и магнитных свойств, систематизированных ранее (глава 1). Методика доведена до программного продукта. Ее применение позволяет определить параметры двух-, трех- и четырехконтурных схем замещения; параметры, задающие характеристики намагничивания по путям главного потока и штоков рассеяния; зависимость параметров ротора от скольжения с учетом зубцовых гармоник. Осуществляется проверка адекватности предлагаемой методики, проводится оценка ее точности и качественное соответствие реальным физическим процессам, протекающим в погружном электрическом двигателе.

Учет насыщения по путям главного потока и потоков рассеяния основывается на универсальных характеристиках короткого замыкания и холостого хода х0=/(ио), известных из технической литературы для погружных асинхронных электрических двигателей. Чтобы они были применимы во всем диапазоне изменения скольжений я, они аппроксимировались экспоненциальными функциями

х* = А10 + А, .е""'7' + Апе+ ;

х0 = А00 + А0]е-г°>и° + А^е-'^ + А03е-*"и°, где Атп, гт„, т = 0, 1, п = 0, 1,2,3 - аппроксимирующие коэффициенты.

Учет насыщения магнитопроводов статора и ротора осуществляется зависимостью параметров от переменных состояния двигателя - и (70. Учет влияния вихревых токов и эффекта вытеснения токов осуществлен введением многоконтурных схем замещения ротора с зависящими от скольжения параметрами. Компонентами векторов К и X в этом случае будут следующие параметры (например, для 4-контурной схемы замещения):

^ = (л> г01> г21» Г22» Г23>Г21'Г2\ >Г22'Г23 ' Г2А > Г2\ ' Г22 > Г2Ъ > Г24 ) ! О)

X = (*1> *01> х2\> *22 > -^З' *24 > 1 > *22 > ^гЗ > х24' Х2\ > Х22 < Х23 ' Х24 )• №

Учет влияния зубцовых гармоник, наиболее отчетливо заметного на суммарном моменте ПЭД Мд (5, $„/, ^ = М(з) + М^^) + М^^, базировался на результатах работы Б. Геллера и В. Гаматы, согласно которым между основным моментом и добавочным асинхронными моментами от зубцо-

вых гармоник действует отношение пропорциональности 1(£„]/Vi)2 ~ /v2)2, где ' обмоточные коэффициенты зубцовых

гармоник.

Для реализации методики оптимизации (глава 2) и определения параметров схемы замещения использовалась функция FindFit пакета Mathemati-са 5.0:

FindFit [data, expr, pars, vars]. Здесь data - совокупность экспериментальных значений момента на валу ПЭД, и соответствующих им скольжений, ехрг - механическая характеристика ПЭД, заданная обобщенным выражением (1) для основной и зубцовых гармоник, pars - компоненты векторов (3) и (4), vars - независимая переменная - скольжение s. Функция FindFit определяет параметры схемы замещения ПЭД (рис.1) (parsj, обеспечивающие наилучшее среднеквадратичное приближение предлагаемой механической характеристики (ехрг) к экспериментальным значениям (data) как функции скольжения (vars).

Применение разработанной методики моделирования погружных асинхронных электрических двигателей, например, для ПЭДН32-117-1000 приводит к результатам представленным в (табл. 1) и на (рис. 2 и 3).

Рис. 2. Механическая характеристика Рис. 3. Электромеханическая харак-

ПЭДН32-117-1000 теристика ПЭДН32-117-1000 -- расчет, * * * - эксперимент 1 -/;, 2 -Ь, 3 - 1т

Сравнение расчетных и экспериментальных данных проведено в табл. 2. Экспериментальные данные получены на стенде приемосдаточных и периодических испытаний ПЭД ОАО «Новомет-Пермь» (http://www.novomet.ru.). Из сравнительных данных (табл. 2) вытекает количественное соответствие разрабатываемой методики экспериментальным данным, поскольку наблюдается хорошая степень совпадения между ними на всех участках механической характеристики - в зонах номинального, критического, минимального и пускового скольжений (среднеквадратичное отклонение составляет величину 3 %). Исключение составляет пусковой момент, где отклонение составляет

10, 76 %. Все в целом показывает достаточную степень адекватности предлагаемой модели физическим процессам.

Таблица 1. Математическая модель погружного асинхронного двигателя ПЭДН32-117-1000

1. Параметры двигателя

Линейное напряжение (7, =1000 В, частота питающей сети /, =50, количество фаз т, = 3, число пар полюсов р = 1, число пазов статора Zi=18,

2. Физические параметры модели двигателя

Параметр Значение Параметр Значение Параметр Значение

гх, Ом 1,015 г22, Ом 10,409 г2уП, Ом 2,405

я,, Ом 2,409 г2Ъ, Ом 6,025 *2И7>°М 1,292

С-Ом 2,632 х21, Ом 2,838 ^19. ОМ 2,405

Хд"С , ОМ 56,897 х22, Ом 2,854 *2И9> Ом 1,292

гГ\Ом 1232,582 х23, Ом 12,845 •*ои7> ОМ 4,013

х™р, Ом 68,428 г2„,Ои 0,987 *ои9> Ом 3,590

г2,, Ом 1,331 х2п, Ом 1,930 к, о.е. 0.0095

3. Обобщенные параметры модели двигателя

Параметр Значение Параметр Значение

*>(*„). Ом 2,0411 вМ),Оы6 7137,18

(.$„)> Ом 5,0587 оМ)> Ом6 13948,2

к3, См 0,0016 вМ), Ом7 7104,76

¿4(*„), См 0,0351 Ом5 7227,69

4. Характеристики модели двигателя

х0(*) = 71,552-11,709е-8'2401 -10,618<Г°'4655 + 6,386е-°'346*

= 2,032 + 0,002,^(5), (5) = 2х{(5) + (2,06 + 2х,2(я ))*о1М > к} =0,0016, к4 = 1 («)

Таблица 2. Результаты моделирования

Параметр Модель Эксперимент Д,% В четвертой

з„ , о,е, 0,046 0,04597 0,07 главе рассматривается

/.„.А 25,911 25,9 0,04 влияние технологиче-

Ри, ^ 37,372 37,3 0,19 ского разброса пара-

Р2„,кВт 32,220 32,0 0,69 метров отдельного па-

а квдр 24,851 24,548 1,23 кета ротора (г2, х2 - ак-

кВА 44,880 44,860 0,04 тивные и индуктивные

М„, Нхм 107,505 107,6 0,09 сопротивления ротора, приведенные к статору) на характеристики ПЭД. Необходимость в исследовании данного

^твх.Нхм 330 334,3 1,29

Л^ып.Нхм 138 140 1,43

*тах.°>е> 0,337 0,333 1,2

0,93 0,933 0,32 вопроса возникает

^тах' °>е> 3,070 3,107 1,19 вследствие того, что

*пт > °>е> 1,284 1,301 0,01 главные размеры ПЭД,

соэ <рп, о,е, 0,833 0,837 0,48 как это отмечалось в

86,216 85,9 0,37 главе 1, имеют сущест-

Лп соэ^.о.е, 0,718 0,718 0,0 венные характерные

V А (115°С) 141,9 145 2,14 соотношения, не свойственные асинхронным двигателям общепромышленного исполне-

к, , о,е, 5,476 5,598 2,18

Мр, Нхм 234 262,2 10,76

кр, о,е, 2,177 2,436 10,63 ния. Наличие несколь-

ких пакетов (от 3 до 50)

приводит к тому, что на наиболее «слабое звено» приходится максимальная токовая и тепловая нагрузка, которая может привести к недопустимому перегреву данного пакета ротора и выходу ПЭД из строя в целом.

Для решения указанной задачи были разработаны, спроектированы и созданы специализированные стенды - стационарный и переносной, при помощи которых определяются параметры схем замещения погружных асинхронных электрических двигателей. Стационарный стенд - для проведения испытаний в лабораторных условиях. Переносной стенд - для проведения испытаний как в лабораторных условиях, так и в цеховых непосредственно на погружных электрических двигателях. В результате можно качественно и количественно оценить разброс параметров ротора и выработать конкретные рекомендации по учету указанного явления.

Принцип действия стендов основан на экспериментальном определении переходной характеристики - тока статора ПЭД ¡¡(^ - в функции време-

ни основан на обработке экспериментальных данных при помощи функции Оепйфс, у, С, Б) пакета МаШСАГ) 14; решении системы нелинейных алгебраических уравнений (для случая трех- и четырех экспоненциальных составляющих характеристики ПЭД приводятся решения данных систем в замкнутой символьной форме) относительно параметров схемы замещения ПЭД при известных значениях коэффициентов затухания и постоянных интегрирования экспоненциальных функций переходной характеристики ПЭД.

Рис. 4. Упорядоченное по убыванию значений активных сопротивлений г2, o.e. в функции номера исследуемого пакета ротора

Рис. 5. Упорядоченное по убыванию значений индуктивных сопротивлений х2, o.e. в функции номера исследуемого пакета ротора

Основные конструктивные элементы стационарного стенда: входной модуль, стойки шкафа управления с панелью и источника постоянного тока,

механизм автоматического извлечения исследуемого пакета ротора из входного модуля. Входной модуль представляет собой часть ПЭД 117 габарита магнитопровода статора и перемотанной статорной обмоткой в пазах магни-топровода. Переносной экспериментальный стенд вместо стойки шкафа управления содержит переносный модуль, при помощи которого можно проводить исследование как на входном модуле стационарного стенда, так и непосредственно на погружных электрических двигателях в цеховых условиях.

Экспериментальные исследования осуществлялись на пакетах роторов ПЭД, предоставленных для этой цели предприятиями, эксплуатирующими погружное оборудование. Всего исследованию подвергались свыше 500 пакетов ротора. Выполненные исследования позволили установить, что разброс параметров отдельных пакетов ротора имеет существенный диапазон. Отклонение сопротивлений активного и индуктивного сопротивлений ротора от номинальных значений в меньшую сторону составляет 25 % в большую сторону 34 % (рис. 4 и 5).Выполненный анализ показывает так же, что соответствующим выбором пакетов ротора можно получить повышение коэффициента полезного действия до 3-х процентов. Кроме того, весьма опасным для эксплуатации ПЭД оказывается наличие в его роторе пакета с активным сопротивлением, отклоняющимся в меньшую сторону от номинальных значений. В этом случае указанный пакет оказывается под максимальной токовой и тепловой нагрузками и может привести к выходу из строя ПЭД.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Систематизированы свойства ПЭД, обусловленные его назначением для работы в составе УЭЦН и оказывающими определяющее влияние на его параметры и характеристики, что позволило разработать структуру математической модели ПЭД (рис. 1), содержащую в обобщенном варианте 3(ЛЧ) активно-индуктивных ветвей и 7 нелинейных элементов, а в рабочем варианте при трехконтурной схеме замещения ротора (N=4) 9 активно-индуктивных ветвей и 7 нелинейных элементов. В рабочем варианте схема замещения ПЭД содержит 18 параметров, 7 из которых нелинейные. Данные схемы замещения относятся к весьма сложным объектам моделирования и требует соответствующих методов расчета.

2. Осуществлен сравнительный анализ методов моделирования ПЭД как асинхронной электрической машины и как элемента нефтепромысловых электротехнических комплексов и систем электроснабжения, что позволило выделить те методы, которые в наибольшей степени подходят под решае-

мую в работе основную задачу моделирования (и связанные с ней задачи синтеза и идентификации) ПЭД.

3. Разработаны обобщенные методы учета физических эффектов и свойств ПЭД, основанные на использовании обобщенных параметров ПЭД и допускающие на единой основе выполнять моделирование ПЭД с различными схемами его замещения и различной степенью адекватности получаемых моделей, что позволило уточнить значения параметров схемы замещения ПЭД относительно их значений, известных из технической литературы, на 25 - 30 %.

4. Разработана обобщенная методика моделирования ПЭД, основанная на обобщенных методах (п.З) и позволяющая по заданному набору экспериментальных данных найти параметры и характеристики ПЭД, включая нелинейные параметры многоконтурных схем замещения и параметры схем замещения для зубцовых гармоник, что позволило определить параметры и переменные состояния ПЭД с отклонением относительно экспериментальных данных не превышающим 10,8 %.

5. Выполнены экспериментальные исследования влияния технологического разброса параметров пакета на характеристики ПЭД с многопакетной конструкцией роторов, что позволило на основании исследования более чем 500 пакетов роторов установить фактический разброс активного и индуктивного сопротивлений отдельных пакетов. Разброс составил 25 % от номинального значения в меньшую сторону и 34 % - в большую сторону. Среднее квадратичное отклонение составило 9,8 %.

6. Созданы экспериментальные стенды- стационарный и переносной. Технические решения и технологические рекомендации подтверждены патентами на изобретения, что позволило предложить способ сборки ротора, основанный на учете фактического технологического разброса параметров отдельных пакетов ротора. Комплектация ротора из пакетов, отклоняющихся от номинального значения в сторону увеличения активного сопротивления г2 приводит к снижению коэффициента полезного действия по отношению к номинальному значению на величину до 3 %. Комплектация роторов из пакетов, отклоняющихся от номинального в сторону уменьшения г2, приводит к увеличению коэффициента полезного действия по отношению к номинальному значению на величину до 4 %.

В целом разработанная автором обобщенная методика моделирования ПЭД и возможность построения на ее основе современных математических моделей создает условия для: совершенствования проектирования и теоретических.исследований в области нефтепромысловых электротехнических комплексов и систем электроснабжения, выработки эффективных режимов авто-

матического управления, внедрения энергосберегающего оборудования, повышения энергетических характеристик ПЭД.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Андреева Е.Г., Ковалев А.Ю. Разложение механической характеристики асинхронного электрического двигателя по формулам Клосса // Омский научный вестник. - 2009. - №3 (83). - с. 191-193.

2. Ковалев В.З., Щербаков А.Г., Ковалев А.Ю. Идентификация параметров и характеристик математических моделей электротехнических устройств: Монография-Омск: Изд-во ОмГТУ, 2005. -108 с.

3. Ковалев А.Ю., Ковалева H.A., Хамитов Р.Н. Моделирование глу-бокопазных роторов асинхронных электрических двигателей // Динамика систем, механизмов и машин: материалы VII междунар. науч.техн. конф.- Омск: Изд-во ОмГТУ, 2009, Кн. 1, - с. 158 - 164.

4. Ковалев А.Ю., Мальгин Г.В. Алгоритм и программа расчета динамики электропривода постоянного тока // Динамические задачи электромеханики. Омск, 1990. - с. 51-55.

5. Ковалев А.Ю., Ермак Р.В. Идентификация параметров схемы замещения асинхронного двигателя // Динамика систем, механизмов и машин: материалы VI менедунар. науч.техн. конф.-Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007, Кн. 1, - с. 151 - 153.

6. Ковалев А.Ю., Ковалев Ю.З. Математическая модель электромеханических процессов погружных электродвигателей // Омский научный вестник, ОмГТУ, 2006. - с. 90-93.

7. Ковалев А.Ю., Кузнецов A.A., Кузнецов Е.М., Аникин В.В. Методика аппроксимации кривой затухания тока статора при исследовании машин переменного тока // Динамика систем, механизмов и машин: материалы VII междунар. науч.техн. конф,- Омск. Изд-во: ОмГТУ 2009, Кн. 1, - с. 183 - 187.

8. Ковалев А.Ю., Кузнецов Е.М., Аникин В.В. Анализ методов экспериментального определения индуктивности рассеяния статора электрических машин // Динамика систем, механизмов и машин: материалы VII междунар. науч.техн. конф. -Омск: Изд-во ОмГТУ, 2009, Кн. 1, - с.180 -182.

9. Ковалев А.Ю., Кузнецов Е.М. Способ измерения электромагнитного момента погружного асинхронного электродвигателя // Дина-

мика систем, механизмов и машин: материалы VII междунар. науч.техн. конф. -Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007, Кн. 1, - с. 153 - 156.

10. Ковалев А.Ю., Хамитов Р.Н., Старостин С.Г., Ермак Р.В. Схема замещения энергоэффективных асинхронных электрических двигателей // Динамика систем, механизмов и машин: материалы VII междунар. науч.техн. конф. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2009, Кн. 1, - с. 172 -180.

11. Ковалев В.З., Ковалев А.Ю., Чертов P.A. Математическое моделирование электропогружных установок как электротехнических комплексов // Динамика систем, механизмов и машин: материалы V междунар. науч.техн. конф. -Омск: Изд-во ОмГТУ, 2004, Кн.1, - с. 251-253.

12. Ковалев В.З., Ковалев А.Ю., Чертов P.A. Стенд для испытания электропогружных установок нефтегазодобывающих предприятий // Динамика систем, механизмов и машин: материалы V междунар. науч.техн. конф. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2004, Кн.1, - с. 253-254.

13. Ковалев Ю.З., Ковалев А.Ю. Моделирование асинхронных электрических двигателей: препринт.- Омск: Изд-во ОмГТУ, 2009. - 44 с.

14. Ковалев Ю.З., Ковалев А.Ю., Воденников Д.А. Построение электромеханической характеристики глубокопазных, асинхронных электродвигателей // Динамика систем, механизмов и машин: материалы VII междунар. науч.техн. конф. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2009, Кн. 1, -с. 168-172.

15. Ковалев Ю.З., Ковалев А.Ю., Ковалева H.A., Щербаков А.Г. Моделирование электротехнических комплексов и систем с позиции системного анализа: препринт,- Омск: Изд-во ОмГТУ, 2006. - 38 с.

16. Ковалев Ю.З., Ковалев А.Ю., Ковалева H.A., Щербаков А.Г. Построение математических моделей электротехнических комплексов и систем в системном анализе: препринт.- Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. - 44 с.

17. Ковалев Ю.З., Ковалев А.Ю., Ковалев В.З., Кузнецов Е.М. Методика контроля параметров электромагнитного состояния погружных электродвигателей // Россия молодая: передовые технологии в промышленности: материалы всерос. науч.техн. конф. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2008, Кн.З, - с. 58 - 62.

18. Ковалев Ю.З., Ковалев А.Ю., Меланченко Ф. П., Ермак Р.В. Моделирование глубокопазных роторов энергоэффективных асинхронных двигателей // Электроэнергетика и электротехника проблемы и перспективы: VII междунар. науч.техн. конф. Труды симпозиума. Москва, 2009, Т1, - с. 144-148.

19. Ковалев Ю.З., Ковалев А.Ю., Солодянкин A.C., Ряхина Е.Ю. Построение электромеханической характеристики асинхронных двигателей. //

Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. Пенза: Изд-во «Академия Естествознания». - 2009. - № 5. - с. 10-16.

20. Ковалев Ю.З., Ковалев А.Ю., Солодянкин A.C., Ряхнна Е.Ю. Условие согласования каталожных данных из условий физической реализуемости // Омский научный вестник. Серия Приборы, машины и технологии. - 2009. - № 2(80). - с. 162 -164.

21. Ковалев Ю.З., Ковалев А.Ю., Солодянкин A.C., Ряхина Е.Ю. Условия физической реализуемости математических моделей асинхронных двигателей // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. Пенза: Изд-во «Академия Естествознания». - 2009. - № 4. - с. 10-13.

22. Щербаков А.Г., Ковалев А.Ю. Математическая модель электромеханических процессов погружных электродвигателей (ПЭД) // Динамика систем, механизмов и машин: материалы VI междунар. на-уч.техн. конф.- Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007, Кн.1, - с. 186 -189.

23. Патент на изобретение. Способ контроля магнитного состояния статора погружного асинхронного электродвигателя (ПЭД). Свидетельство регистрации № 2319160. Регистрационный № 2005130112. Приоритет регистрации 27.09.2005г. Ковалев Ю.З., Ковалев В.З., Ковалев А.Ю., Ковалева H.A., Кузнецов Е.М.

■ 24. Патент на изобретение. Способ сборки электрической машины. Свидетельство регистрации № 2320063. Регистрационный № 2005109602. Приоритет регистрации 04.04.2005г. Ковалев Ю.З., Ковалев В.З., Ковалев А.Ю., Ковалева H.A., Кузнецов Е.М., Щербаков А.Г.

25. Свидетельство государственной регистрации программ. Выбор наземного и погружного оборудования для обеспечения оптимального дебита нефтяных скважин. Свидетельство регистрации № 2009615271. Регистрационный № 2009614763. Приоритет регистрации 23.09.2009г. Соловьев A.A., Ковалев Ю.З., Ковалев А.Ю., Письменский М.В.

Личный вклад автора в работах, написанных в соавторстве, заключается в следующем: [1] - предложено представление механической характеристики суммой простейших дробей, [2, 5] - разработка способа идентификации параметров асинхронных электрических двигателей, [3, 10,13, 14, 18,19, 20, 21] - разработка способов формирования математической модели через обобщенные параметры, [4] - разработка динамической модели электрической машины и тиристорного преобразователя, [6, 11, 22] - разработка методик расчетных параметров схем замещения, [7, 8, 9,12, 17] - методика экспериментального определения параметров схемы замещения через параметры затухающего тока статора, [15, 16] - разработка методики учета взаимодействия электрической, магнитной и механической подсистем в моделях элек-

трооборудования, [23] - разработка структурной схемы экспериментального стенда, [24] - разработка программной реализации методики определения параметров схемы замещения ПЭД, [25] - разработка программного модуля для ПЭД.

Печатается в авторской редакции Подписано в печать 09.02.2010 г. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Тираж 100 экз., заказ 743. Отпечатано в МУП г. Нижневартовска «НТ». ул. Менделеева, 11

ВВЕДЕНИЕ.

1. КОНСТРУКЦИЯ, СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОГРУЖНЫХ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ

В СОСТАВЕ УСТАНОВОК ЭЛЕКТРОЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ.

1.1. Введение.

1.2. Установки погружных электроцентробежных насосов.

1.3. Погружные асинхронные электрические двигатели.

1.4. Электротехнические комплексы технологических установок насосной эксплуатации скважин.

1.5. Проблемы моделирования асинхронных электрических двигателей.

1.6. Выводы к главе 1.

2. ОБОБЩЕННЫЕ МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ.

2.1. Введение.

2.2. Схема замещения асинхронных электрических двигателей.

2.3. Обобщенный метод построения механических характеристик асинхронных электрических двигателей.

2.4. Механические характеристики для классической Т-образной схемы замещения.

2.5. Механические характеристики для двухконтурной схемы замещения.

2.6. Механические характеристики для трехконтурной схемы замещения.

2.7. Обобщенный метод построения электромеханических характеристик асинхронных электрических двигателей.

2.8. Разложение механической характеристики асинхронного электрического двигателя по формулам Клосса.

2.9. Идентификация параметров схем замещения асинхронных электрических двигателей.

2.10. Выводы к главе 2.

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОГРУЖНЫХ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ.

3.1. Введение.

3.2. Методика учета насыщения по путям главного магнитного потока.

3.3. Методика учета насыщения по путям потоков рассеяния.

3.4. Методика учета эффекта вытеснения тока.

3.5. Методика учета зубцовых гармоник.

3.6. Методика расчета обобщенных параметров схемы замещения погружных асинхронных электрических двигателей.

3.7. Методика расчета переменных состояния погружных асинхронных электрических двигателей.

3.8. Методика идентификации параметров и построения математической модели погружных асинхронных электрических двигателей.

3.9. Проверка адекватности расчетной методики реальным физическим процессам.

3.10. Исследование влияния насыщения, вытеснения токов в стержнях обмотки ротора, зубцовых гармоник на параметры и характеристики погружных асинхронных электрических двигателей.

3.11. Выводы к главе 3.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОГРУЖНЫХ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТИРЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ.

4.1. Введение.

4.2. Экспериментальные стенды исследования погружных асинхронных электрических двигателей.

4.3. Методика обработки экспериментальных переходных характеристик.

4.4. Анализ разброса параметров пакетов ротора погружных асинхронных электрических двигателей.

4.5. Выводы к главе 4.

Актуальность темы. Объектом исследования данной работы являются погружные асинхронные электрические двигатели установок электроцентробежных насосов для извлечения пластовой жидкости из нефтепромысловых скважин.

В зависимости от решаемых задач ПЭД может рассматриваться с общих позиций как асинхронная электрическая машина (Беспалов В.Я., Бру-скин Д.Э., Вольдек А.И., Данилевич Я.Б., Домбровский В.В., Иванов-Смоленский A.B., Казовский Е.Я., Копылов И.П., Радин В.И., Сорокер Т.Г.), как элемент электротехнического комплекса технологических установок насосной эксплуатации нефтяных промысловых скважин (Ершов М.С., Ивановский В.Н., Ковалев Ю.З., Меньшов Б.Г., Сидельников Б.В., Яризов А.Д.), как потребитель электрической энергии в нефтепромысловых системах электроснабжения (Абрамович Б.Н., Гамазин С.И., Меньшов Б.Г., Нурбосынов Д.Н., Суд И.И., Сушков В.В.), как приводной двигатель в системах автоматического управления и регулирования режимами нефтедобычи (Браславский И.Я., Ведерников В.А., Зюзев A.M., Ковалев В.З., Масандилов Л.Б.). Во всех перечисленных случаях возникает общая проблема - моделирование ПЭД, отвечающее современным требованиям: энергосбережения и энергоэффективности, автоматизации и регулирования, внедрения нового прогрессивного оборудования.

Вместе с тем решение проблемы моделирования ПЭД наталкивается на существенные трудности, связанные с присущими в своей совокупности только ПЭД их специфическими свойствами: особенные соотношения главных размеров; выполнение магнитопровода статора единого для всего двигателя, а ротора - дискретным, состоящим из отдельных пакетов, разделенных подшипниками скольжения; однослойная протяжная обмотка статора и медная короткозамкнутая клетка ротора; малое число пазов статора; закрытые пазы статора и ротора; отсутствие скоса и укорочении шага обмоток; объединение в агрегат двигателя, компенсатора и гидрозащиты от агрессивных сред.

Эти особенности конструктивного исполнения ПЭД по-существу выделяют их в отдельный сегмент из общего набора асинхронных электрических машин, выпускаемых отечественной и зарубежной промышленностью; требуют индивидуального подхода к моделированию на основе комплексного учета основных физических эффектов: насыщения по путям главного потока и потоков рассеяния, вытеснения токов в стержнях обмотки ротора, зуб-цовых гармоник, влияния технологического разброса параметров отдельного пакета в многопакетной конструкции ротора.

Целью диссертационной работы является моделирование ПЭД как асинхронного двигателя специфической конструкции, которая определяется его работой в составе установок электропогружных насосов и которая приводит к специфическому сочетанию параметров и характеристик, присущих в своей совокупности только ПЭД.

Задачи исследования. Для реализации цели работы необходимо решение следующих задач.

1. Систематизировать набор параметров и характеристик ПЭД, связанный с его конструкционным исполнением.

2. Осуществить анализ методов, способов и приемов моделирования ПЭД как асинхронной электрической машины и как элемента нефтепромысловых электротехнических комплексов и систем электроснабжения.

3. Предложить обобщенную методику моделирования, включающую в себя методы учета специфических свойств ПЭД, определяемых его работой в составе УЭЦН.

4. Предложить методику учета влияния технологического разброса параметров отдельных пактов в многопакетной конструкции роторов на характеристики ПЭД.

5. Создать экспериментальные стенды - стационарный и переносной. Подтвердить технические решения и технологические рекомендации соответствующими патентами на изобретения.

Методы решения поставленных задач. Для создания обобщенной методики моделирования ПЭД применялись методы теории электрических машин, электромеханического преобразования энергии, теоретических основ электротехники, теории синтеза электрических цепей, математического анализа. Для создания методики экспериментального исследования применялись методы теории математического моделирования, обработки экспериментальных данных, системотехники. Для создания прикладных программ использовались пакеты Майюас!, Ма&етайса и их соответствующие функции.

Научная новизна работы. Научная новизна выносимых на защиту основных результатов работы заключается в следующем:

1. Разработаны обобщенные методы учета основных свойств ПЭД, характеризующих его работу в составе УЭЦН.

2. Разработаны обобщенные методы построения характеристик

ПЭД.

3. Разработан научный подход к исследованию пакетов роторов в многопакетной конструкции роторов ПЭД.

Практическая значимость. На основе теоретических результатов достигнуто следующее:

1. Разработана и реализована в форме программного продукта обобщенная методика моделирования ПЭД.

2. Разработана и реализована в форме программного продукта обобщенная методика построения основных характеристик ПЭД.

3. Осуществлены экспериментальные исследования технологического разброса параметров пакетов роторов.

4. Созданы экспериментальные стенды - стационарный и переносной, содержащие аппаратные и программные модули; выработаны технологические рекомендации по повышению энергоэффективности ПЭД; техни-- ческие и технологические решения подтверждены патентами на изобретения.

Достоверность результатов подтверждается корректным применением основных теоретических положений, используемых автором для доказательств научных результатов; сопоставлением теоретических результатов с экспериментальными данными, приведенными в технической литературе и полученными на экспериментальном стенде.

Реализация и внедрение результатов работы. Методика математического моделирования погружных асинхронных электрических двигателей может быть использована при решении задач нефтепромысловых электротехнических комплексов и систем электроснабжения, как повышающая их уровень моделирования. Методика внедрена на предприятии ЗАО «АЛНАС-Н» для повышения качества сборки погружных ПЭД после ремонта и введении энергосберегающих технологий. Результаты теоретических исследований внедрены в учебный процесс ГОУ ВПО «ОмГТУ» и НОУ ВПО «АИПЭ» при выполнении курсовых и дипломных проектов студентов электротехнических специальностей.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на следующих конференциях:

На VII международной научно-технической конференции «Электроэнергетика и электротехника. Проблемы и перспективы» - ЭЛМАШ 2009.

На V международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» г.Омск, 2004.

На VI международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» г.Омск, 2007.

На VII международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» г.Омск, 2009.

На всероссийской научно-технической конференции «Россия молодая: передовые технологии в промышленности» г. Омск, 2008.

По теме диссертации опубликованы 25 научных работ, в том числе 1 монография, 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 12 работ опубликованы в материалах всероссийских и международных конференций, получено 2 патента на изобретения и 1 свидетельство государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и библиографического списка из 135 наименований. Основная часть работы изложена на 157 страницах машинописного текста, содержит 52 рисунков и 5 таблиц.

Основные выводы и результаты работы

1. Систематизированы свойства ПЭД, обусловленные его назначением для работы в составе УЭЦН и оказывающими определяющее влияние на его параметры и характеристики, что позволило разработать структуру математической модели ПЭД (рис. 1-5), содержащую в обобщенном варианте 3(7У-1) активно индуктивных ветвей и 7 нелинейных элементов. В рабочем варианте схема замещения ПЭД содержит 18 параметров, 7 из которых нелинейные. В задачах анализа — расчет при заданных параметрах — данная схема замещения не является сложной. В задачах же синтеза и идентификации, о которых в основном и идет речь в данной работе, определение параметров по тестовым или экспериментальным данным, данная схема замещения относиться к весьма сложным объектам моделирования и требует соответствующих методов расчета.

2. Осуществлен сравнительный анализ методов моделирования ПЭД как асинхронной электрической машины и как элемента нефтепромысловых электротехнических комплексов и систем электроснабжения, что позволило выделить те методы, которые в наибольшей степени подходят под решаемую в работе основную задачу моделирования (и связанные с ним задачи синтеза и идентификации) ПЭД.

3. Разработаны обобщенные методы учета физических эффектов и свойств ПЭД, основанные на использовании обобщенных параметров ПЭД и допускающие на единой основе выполнять моделирование ПЭД с различными схемами его замещения и различной степенью адекватности получаемых моделей, что позволило уточнить значения параметров схемы замещения ПЭД относительно их значений, известных из технической литературы, на 25%-30%.

4. Разработана обобщенная методика моделирования ПЭД, основанная на обобщенных методах (п.З) и позволяющая по заданному набору экспериментальных данных найти параметры и характеристики ПЭД, включая нелинейные параметры многоконтурных схем замещения и параметры схем замещения для зубцовых гармоник, что позволило определить параметры и переменные состояния ПЭД относительно экспериментальных данных с отклонением между ними не превышающим 10,8 %.

5. Выполнены экспериментальные исследования влияния технологического разброса параметров пакета на характеристики ПЭД с многопакетной конструкцией роторов, что позволило на основании исследования более чем 500 пакетов роторов установить фактический разброс активного и индуктивного сопротивлений отдельных пакетов. Разброс составил 25 % отклонений от среднего значения в меньшую сторону и 34 % - в большую сторону. Среднее квадратичное отклонение составило 9,8 %.

6. Созданы экспериментальные стенды - стационарный и переносной. Технические решения и технологические рекомендации подтверждены патентами на изобретения, что позволило предложить способ сборки ротора, основанный на учете фактического технологического разброса параметров отдельных пакетов ротора. Комплектация ротора из пакетов, отклоняющихся от среднего значения в сторону уменьшения активного сопротивления пакета ротора гг приводит к увеличению коэффициента полезного действия на величину до 4 %. Комплектация роторов из пакетов отклоняющихся от среднего в сторону уменьшения г2 приводит к уменьшению коэффициента полезного действия на величину до 3 %.

В целом разработанная автором обобщенная методика моделирования ПЭД и возможность построения на ее основе современных математических моделей создает условия для: совершенствования теоретических исследований в области нефтепромысловых электротехнических комплексов и систем электроснабжения, выработки эффективных режимов автоматического управления, внедрения энергосберегающего оборудования, повышения энергетических характеристик ПЭД.

1. Андреева Е.Г. Математическое моделирование динамических процессов электротехнических комплексов и систем на основе смешанной модели «цепь-поле»: дисс. докт. техн. наук. Омск, 2000. - 258 с.

2. Андреева Е.Г., Ковалев В.З. Математическое моделирование электротехнических комплексов: монография Под общ. ред. Ю.З. Ковалева. Омск: Изд-во ОмГТУ, 1999. 172 с.

3. Андреева Е.Г., Ковалев А.Ю. Разложение механической характеристики асинхронного электрического двигателя по формулам Клосса // Омский научный вестник. 2009. - №3 (83). - с. 191-193.

4. Автоматизация и приводы. Каталог СА01. 2001/ Siemens AG Automation and Drives Group.

5. Антонов В.А., Курилов Г.В. Некоторые вопросы динамики погруженных электродвигателей. Пермь: Пермский университет, 1983. 7 с.

6. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник / А.Э. Кравчик М.М., Шлаф В.И., Афонин Е.А., Соболевская М.: Энергоатомиздат, 1982. 504 с.

7. Асинхронные электроприводы с тиристорными преобразователями напряжения (современное состояние разработок) / И.Я. Браславский, A.A. Бурлаков, А.М. Зюзев и др. М.: Информэлектро, 1989.

8. Афанасьев Н.В., Нурбосынов Д.Н. Экспериментальные исследования самозапуска погружного электродвигателя // Нефть Татарстана. — 1999. -№(3-4).-с. 56-58.

9. Барри А.У. Анализ работы асинхронного двигателя при возмущении параметров электрической энергии: дис. канд. техн. наук. М., 2003.

10. Беспалов В.Я. Исследование асинхронных двигателей при несинусоидальном напряжении. М.: МЭИ, 1968г.

11. Беспалов В.Я., Зверев К.Н. Импульсные перенапряжения в обмотках асинхронных двигателей при питании от ШИМ-преобразователя // Электротехника. 1999. - № 9. - с. 56 - 59.

12. Беспалов В.Я., Котеленц Н.Ф. Электрические машины. М.: Издательский центр «Академия», 2008. —313 с.

13. Богданов A.A. Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти (расчет и конструкция). М.: Издательство «Недра», 1968. - 271 с.

14. Браславский И.Я., Ишиматов З.Ш., Барац Е.И. Принципы построения микропроцессорной системы управления частотно регулируемым асинхронным электроприводом насоса // Электротехника. 1998. - № 8. с. 6 — 10.

15. Буровые комплексы. Современные технологии и оборудование // Коллектив авторов; под общ. ред. A.M. Гусмана и К.П. Порожского. Екатеринбург: УГГГА, 2002. 592 с.

16. Важнов А.И. Электрические машины. Д.: Энергия, 1968. - 786 с.

17. Ведерников В.А. Модели и методы управления режимами работы и электропотреблением погружных центробежных установок: дисс. канд. техн. наук. Тюмень, 2006.

18. Вейц B.JL, Вербовой П.Ф., Кочура А.Е., Куценко. Динамика управляемого электромеханического привода с асинхронными двигателями. — К.: Наукова думка, 1988. 272 с.

19. Вольдек А.И. Электрические машины. JL: Энергия, 1974. - 839 с.

20. Вольдек А.И. Теория асинхронных машин с массивным ферромагнитным ротором. // Электричество. — 1974. № 1.-е. 77-78.

21. Геллер Б., Гамата В. Дополнительные поля, моменты и потери мощности в асинхронных машинах: Пер. англ.; под ред. Ф.М. Юферова. М.: Энергия, 1964.

22. Гучапшев Х.М. Идентификация параметров моделей асинхронных двигателей для систем электроснабжения по частотным характеристикам: дисс. канд. техн. наук. Краснодар, 1998.

23. Данилевич Я.Б., Домбровский B.C., Казовский Е.Я. Параметры машин переменного тока. — М. JI.: Наука, 1965. - 340 с.

24. Демирчан К.С., Нейман JT.P., Коровкин Н.В., Чечурин B.JI. Теоретические основы электротехники: в 3-х т. Учебник для вузов. Том 2. — 4-е изд. Спб.: Питер, 2003. - 576 с.

25. Жежеленко И.В., Саенко Ю.Л., Степанов В.П. Методы вероятностного моделирования в расчетах характеристик электрических нагрузок потребителей. М.: Энергоатомиздат, 1990.

26. Железеко Ю.С. Компенсация реактивной мощности и повышение качества электроэнергии. — М.: Энергоатомиздат, 1985.

27. Желтов Ю.П. Разработка нефтяных месторождений: Учебник для вузов. -М.: Недра, 1986.-332 с.

28. Зюзев A.M. Развитие теории и обобщение опыта разработки автоматизированных электроприводов, агрегатов нефтегазового комплекса: дисс. докт. техн. наук. Екатеринбург, 2004г.

29. Зюзев A.M. Технологический электропривод системы ТПН-АД для агрегатов нефтегазового комплекса // Электротехника. — 1998. № 8. - с. 45 -48.

30. Ивановский В.Н., Дарищев В.И., Сабиров A.A., Каштанов B.C., Пекин С.С. Скважинные насосные установки для добычи нефти. М.: ГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2002. - 824 с.

31. Иванов-Смоленский A.B. Электрические машины: Учебник для вузов, в двух томах. Том 1/3-е изд. М.: Издательский дом МЭИ, 2006. - 652(6) с.

32. Казовский Е.Я., Лернер Л.Г., Сидельников A.B. Синтез схем замещения машин переменного тока по переходным процессам и частотным характеристикам // Электротехника. 1979. - № 5. - с. 6-13.

33. Кади-Оглы Е.Ф. Сравнительный анализ и оценка эффективности способов регулирования погружных асинхронных двигателей: дисс. канд. техн. наук. СПб, 2002.

34. Кади-Оглы Е.Ф. Систематизация параметров и характеристик некоторых погружных асинхронных двигателей с учетом насыщения // Вестник ХГПУ «Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика». Харьков, Украина, 1998. - с. 305 - 306.

35. Стенд приемосдаточных и периодических испытаний ПЭД с нагрузкой до 160 кВт. http://www.novomet.ru.

36. Каталог ОАО «Электон». М.: Международный выставочный центр, 2002.

37. Каталог ЗАО «Новомет-Пермь». Пермь.

38. Каталог ОАО «АЛНАС». Альметьевск: ОАО «АЛНАС»», 2002.

39. Каталог ОАО «Борец». М.: ОАО «Борец», 2002.

40. Конюхова Е.А., Михайлов В.И. Влияние параметров режимов работы асинхронных двигателей на их статические характеристики // Промышленная энергетика. 1990. - №10.

41. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин. -М.: Высшая школа, 1994. 318 с.

42. Ковалев А.Ю., Мальгин Г.В. Математическое моделирование электропривода постоянного тока // Динамические задачи электромеханики. Омск, 1990. с. 74-82.

43. Ковалев А.Ю. , Мальгин Г.В. Алгоритм и программа расчета динамики электропривода постоянного тока // Динамические задачи электромеханики. Омск, 1990. с. 51-55.

44. Ковалев В.З., Мальгин Г.В., Архипова О.В. Математическое моделирование электротехнических комплексов нефтегазодобычи в задачах энергосбережения: монография. Ханты-Мансийск: Полиграфист. - 222 с.

45. Ковалев В.З., Щербаков А.Г., Ковалев А.Ю. Идентификация параметров и характеристик математических моделей электротехнических устройств: Монография. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2005. 108 с.

46. Ковалев Ю.З., Ковалев А.Ю., Ковалева H.A., Щербаков А.Г. Моделирование электротехнических комплексов и систем с позиции системного анализа: препринт / Омск: Изд-во ОмГТУ, 2006. 38 с.

47. Ковалев Ю.З., Ковалев А.Ю., Ковалева H.A., Щербаков А.Г. Построение математических моделей электротехнических комплексов и систем в системном анализе: препринт / Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. 44 с.

48. Ковалев А.Ю., Ковалев Ю.З. Математическая модель электромеханических процессов погружных электродвигателей // Омский научный вестник, ОмГТУ, 2006. с. 90-93.

49. Ковалев А.Ю., Ермак Р.В. Идентификация параметров схемы замещения асинхронного двигателя // Динамика систем, механизмов и машин: мат. VI международной научно-технической конференции. Омск: Изд-во ОмГТУ,2007, Кн. 1, с. 151.

50. Ковалев А.Ю., Кузнецов Е.М. Способ измерения электромагнитного момента погружного асинхронного электродвигателя // Динамика систем, механизмов и машин: мат. VI Международной научно-технической конференции. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007, Кн. 1, с. 153.

51. Ковалев Ю.З., Ковалев А.Ю. Моделирование асинхронных электрических двигателей: препринт / Омск: Изд-во ОмГТУ, 2009. — 44 с.

52. Ковалев Ю.З., Ковалев А.Ю., Солодянкин А.С., Ряхина Е.Ю. Условие согласования каталожных данных из условий физической реализуемости // Омский научный вестник. Серия Приборы, машины и технологии.2009, -№ 2(80). с. 162.

53. Ковалев А.Ю., Ковалева H.A., Хамитов Р.Н. Моделирование глубоко-пазных роторов асинхронных электрических двигателей // Динамика систем, механизмов и машин: мат. VII международной научно-технической конференции. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2009, Кн. 1, с. 158.

54. Копылов И.П. Математические моделирование асинхронных машин / И.П. Копылов, Ф.А. Мамедов, В.Я. Беспалов. М.: Энергия, 1969. - 96 с.

55. Копылов И.П. Электрические машины: учеб. для вузов. — М.: Высшая школа; Логос, 2000. — 607 с.

56. Коризна A.C. Моделирование динамических режимов в автоматизированной системе проектирования асинхронных машин: дисс. канд. техн. наук. -М., 1983.

57. Коробейников Б.А., Ищенко А.И. Идентификация параметров математической модели глубокопазных асинхронных двигателей // Изв. вуз. сер. Электромеханика. 1989. с. 33-38.

58. Костенко. М.П., Пиотровский Л.М., Электрические машины. 4.2. Машины переменного тока. Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1973.

59. Кулизаде К.Н., Хайкин И.Е. Электроэнергетика насосной нефтедобычи. -М.: Недра, 1971.-208 с.

60. Лопухина Е.М., Семенчиков Г.А. Автоматизированное проектирование электрических машин малой мощности. М.: Высшая школа, 2002г.

61. Лопухина Е.М., Сомихина Г.С. Проектирование асинхронных микромашин с полым ротором. М.: «Энергия», 1968. - 328 с.

62. Макаров Е.Г. Инженерные расчеты в Mathcad. Учебный курс. СПб.: Питер, 2005.-448 с.

63. Макаров Л.Н. Разработка и освоение производства высокоэффективной конкурентоспособной серии асинхронных машин: дисс. докт. техн. наук. М., 2006.

64. Математическое обеспечение электронно-вычислительных машин для поискового расчета асинхронных короткозамкнутых двигателей. Своднаяматематическая модель. Под. ред. Т.Г. Сорокера. М.: ВНИИЭМ, 1983. - 160 с.

65. Мантуров О.В., Солнцев Ю.К., Сорокин Ю.И., Федин Н.Г., Толковый словарь математических терминов. — М.: изд. Просвещение, 1965. — 539 с.

66. Мартынов В.А. Математическое моделирование переходных процессов электрических машин на основе численного расчета электромагнитного поля: Автореферат дисс. докт. техн. наук. М., 1997. - 39 с.

67. Меньшов Б.Г., Ершов М.С., Яризов А.Д. Электрификация предприятий нефтяной и газовой промышленности. — М.: Недра, 2000.

68. Меньшов Б.Г., Суд И.И. Электротехнические установки и комплексы в нефтегазовой промышленности. — М.: Недра, 1984. — 416 с.

69. Меньшов Б.Г., Ершов М.С., Яризов А.Д. Электротехнические установки и комплексы в нефтегазовой промышленности: учеб. для вузов. — М.: ОАО «Издательство «Недра», 2000. 487с.

70. НПФ «Ирбис» Электронный ресурс.: Каталог продукции. Новосибирск. Режим доступа: ЬИр://\v\vw.кес!г.ис!т.ги/окЬпр.

71. Нурбосынов Д.Н. Минимизация потерь энергии в электротехнических комплексах предприятий нефтедобычи: Дисс. докт. техн. наук. Альметьевск, 2003.

72. Нурбосынов. Д.Н., Чернявская. И.А. Математическое моделирование режима напряжения при быстром изменении параметров сети и нагрузки // Экспресс-информация, серия «Автоматизация и телемеханизация в нефтяной промышленности», 1990, Выпуск 2.

73. ОАО «Борец» Электронный ресурс.: Каталог продукции. Москва. Режим доступа: И Ир ://уу\у\у. кес!г. ис!т .ги/ окЬпр.

74. ОАО «Электон» Электронный ресурс.: Каталог продукции. Москва. Режим доступа: http://www.kedr.udm.ru/okbnp.

75. ООО ОКБ НП Электронный ресурс.: Каталог продукции. Ижевск. Режим доступа: http://www.kedr.udm.ru/okbnp.

76. Окунеева H.A. Разработка и исследование электропривода для нефтедобывающих насосов с погружным магнитоэлектрическим двигателем: дисс. канд. техн. наук. М., 2008.

77. Патент на изобретение. Способ сборки электрической машины. Свидетельство регистрации № 2320063. Регистрационный № 2005109602. Приоритет регистрации 04.04.2005г. Ковалев Ю.З., Ковалев В.З., Ковалев А.Ю., Ковалева H.A., Кузнецов Е.М., Щербаков А.Г.

78. Петров Г.Н. Электрические машины: в 3 ч. М.: Энергия, 1974.- 4.1. -240 с.

79. Пиотровский J1.M. Электрические машины. — JL: ГЭИ, 1949. 528 с.

80. Постников В.И., Остапчук Л.Б., Химюк И.В. Многослойные электромагнитные модели электрических машин. К: Наук. Думка, 1988. - 158 с.

81. Радимов С.Н., Букили Хишам. Математическая модель частотного привода, представленная в естественных трехфазных осях // Вестник ХГПУ «Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика». Харьков, Украина, 2000. - с. 57 - 60.

82. Рогозин Г.Г., Ларин A.M. Расчет параметров эквивалентных роторных контуров синхронных машин по их экспериментальным частотным характеристикам // Электричество. 1974. - №6. - с. 10 — 13.

83. Сарапулов Ф.Н. Математические модели линейных индукционных машин на основе схем замещения / Ф.Н. Сарапулов, С.Ф. Сарапулов, П.

84. Тымчак. Екатеринбург: Изд-во Урал. Гос. Техн. Ун-та (УПИ), 2001. 236 с.

85. Сушков В.В.Разработка системы технических обслуживаний и ремонтов электрооборудования нефтегазодобывающих предприятий западной сибири по фактическому состоянию: Автореф. док. техн. наук — М: 2000 — 35с

86. Семак В.Г. Главные размеры погружного электродвигателя // Оптимизация и моделирование систем вентильного электропривода и асинхронных машин. Кишинев, 1983. - с. 28 - 32.

87. Семенко Л.П., Гайдов Б.Х., Иванюк В.А., Васильченко C.B. Методика электронного определения параметров схем замещения асинхронного двигателя с массивным ротором. Краснодар: Краснодарский политехнический институт, 1984.-7 с.

88. Сивокобыленко В.Ф., Костенко В.И. Математическое моделирование электродвигателей собственных нужд электрических станций. Донецк: ДПИ. 1979.- 110 с.

89. Сивокобыленко В.Ф., Костенко В.И. Определение параметров и характеристик машин переменного тока из опытов пуска и выбега // Изв. Вуз. СССР Энергетика. 1978. - № 3. - с. 44-48.

90. Сидельников Б.В. Исследование режимов работы электрических машин методом математического моделирования: дисс. докт. техн. наук. — Л., 1980.

91. Ш.Сипайлов Г.А., Лоос A.B. Математическое моделирование электрических машин: Учебное пособие для студентов вузов (ABM). М.: Высшая школа, 1980. - 176 с.

92. Счастливый Г.Г., Семаков В.Г., Федоренко Г.М. Погружные асинхронные электродвигатели. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 268с.

93. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных электродвигателей. ГЭИ, 1955.-65 с.

94. Таран В.П., Синельник A.B. Автоматический контроль погружных электродвигателей без подъема из скважин // Промышленная энергетика. — 1982.-№9.-с. 7-9.

95. Технические условия трансформаторов ТМПН, ТМПНГ.

96. Ткачук A.A. Расчет переходных режимов асинхронного частотно-управляемого электропривода центробежного насоса // Тезисы докладов к международной научной конференции «Проблемы энергетики Казахстана». Алматы, 1994. с. 36.118. ТУ 16-505.129-82.

97. ТУ 14-3-1941-94 «Трубы стальные бесшовные холоднотянутые особо высокой точности для корпусов погружных электродвигателей и насосов».

98. Фаттахов K.M. О характеристиках холостого хода погружных электродвигателей нефтедобычи при питании токами повышенной частоты // Информационная измерительная техника в нефтяной и нефтедобывающей промышленности. Уфа, 1983. с. 132- 136.

99. Чехет Э.М. Регулируемый электропривод переменного тока как эффективнейшее средство энерго ресурсосбережения // Техническая электродинамика. - 1997. - № 1. - с. 25 - 30.

100. Щербаков А.Г., Ковалев А.Ю. Математическая модель электромеханических процессов погружных электродвигателей (ПЭД) // Динамика систем, механизмов и машин: мат. VI международной научно-технической конференции. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007, Кн.1, с. 186.

101. Электродвигатели асинхронные погружные серии ПЭДН 96, 103, 117 и 130 габаритов. Технические условия ТУЗЗ81-003-12058737-2007.

102. Braslavsky I. Ya., Zuzev A. M., Kostylev A. V. Neural control system for induction motor drive // Eiectromotion'99: 3rd international symposium onadvanced electromechanical motion systems. Patras, Greece: University of Pa-tras. 1999. P. 321-324.

103. Braslavsky I.Ya., Zuzev A.M. Theory and principles of construction of multifunctional speed variable asynchronous electric drives with thyristor voltage.

104. Chalmers B. J., Hamd E.S. Coloq. Probl.Modell. Non-linear Materials // Prop. Electromagn., 8 Febr., 1983r. Science, Education and Technology. Div. Profess Group. S. 8. London, -1983.

105. Jarc Dennis A., Robechek John D. Static induction motor drive capabilities for the petroleum industry // IEEE Trans. Ind. Application: 1982, 18, №1, c. 41-45.

106. Krikor K.S., Hussin K.N. Flux distribution on the surface of the solid rotor // Proc. int.Conf. Elec. Mach., Budapest, 5-9 Sept., Budapest: 1982, Pt I, s.a., -P. 35-38.

107. Lipo T.A., Krause P.C., Jordan H.E. Harmonic Torque and Speed pulsations in a Rectifier-Inverter Induction Motor Drive // IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems. Vol. PAS-88, - 1969. - P. 579.

108. McConnel H.M., and Sverdrup E.F. The Induction Machine with Solid Rotor // IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems. Vol. PAS-74, - 1955. -P. 343-347.

109. Patel H.S., and Holf R.G. Generalized Techniques of Harmonic Elimination and Voltage Control in Thyristor Inverters: Part I Harmonic Elimination // IEEE Transactions on Industry Applications. - Vol. IA-9, - 1973. - 310 p.

110. Wood A. J., and Concordia C. An Analysis of Solid Rotor Machines: Part III, Finite Lenght Effects; Part IV, An Approximate Nonlinear Analysis // IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems. Vol. PAS-79, - 1960. - P. 2131.

111. Schieber D. Electrodynamics of Solid Rotor Induction Machines // Journal of the Franklin Institute. - Vol. 310, - № 3, Sept. 1980.