TM – электромеханическая постоянная времени, с.

где sн – номинальное скольжение АД;

α = f/fн – относительная частота напряжения питания.

где - относительное напряжение задания ПЧ;

Tп – постоянная времени ПЧ, Tп = 0,01 с, согласно [15].

где J = Jдв. + Jн. – суммарный момент инерции АД и насоса, кг.м2;

Mкр. н = Mmax/0,8 – номинальный критический момент АД.

Так как мы увеличиваем скорость АД относительно номинальной на 11% (скорость ЦН – на 10%), то относительное напряжение задания при этой частоте будет равно = 1,11. С другой стороны необходимо осуществлять плавное линейное изменение частоты при пуске, поэтому напряжение задания будем менять следующим образом:

где t – время, прошедшее с начала пуска, с;

kз – коэффициент задания.

где tп – время пуска электродвигателя, tп = 5,5 с.

При данных требованиях tп задаётся из условия, чтобы момент электродвигателя при пуске незначительно превышал номинальный.

Давление на нагнетании станции pнс при регулировании частоты вращения ЦН изменяется в соответствии с уравнением (1.4). Давление на всасывании НПС pвс изменяется в соответствии с (Q – H)-характеристикам центробежных насосов и гидравлической сети до станции по ходу нефти.

Графики зависимостей относительной частоты напряжения, момента АД, скорости вращения и давления от времени при переходных процессах построены в среде MathCAD 2000 Professional с использованием подпрограммы rkfixed (метод Рунге-Кутта). Графики динамических процессов при пуске приведены на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Графики динамических процессов разомкнутой системы управления электропривода при пуске

На начальном этапе пуска, пока скорость вращения равна нулю, момент двигателя очень резко, практически скачкообразно, возрастает до момента холостого хода, затем начинает увеличиваться по параболе (вентиляторный момент практически пропорционален квадрату скорости вращения). Когда разгон двигателя завершён, момент опять же практически скачкообразно снижается до статического. При этом броски момента на порядок ниже бросков при прямом пуске, скорость двигателя плавно нарастает на всём протяжении пуска. Перерегулирование по моменту АД составляет σ = 30%. Перерегулирования по скорости и давлению незначительны.

Рассмотрим теперь повышение давления на нагнетании НПС. Согласно [15] надёжность применяемой системы регулирования давления можно оценить при переходном процессе, протекающем в трубопроводе при остановке МНА на следующей по ходу нефти НПС. При отключении насосного агрегата давление на всасывании возрастает, а давление на нагнетании снижается. При этом в сторону предыдущей станции со скоростью звука (1000 – 1100 м/c) распространяется фронт снижения расхода и повышения давления, которое может достигать 0,6 МПа. Учитывая, что скорость распространения фронта большая, повышение давления можно считать скачкообразным.

Так как нефти по трубопроводу после отключения одного из магистральных агрегатов будет перекачиваться меньше, нагрузка на электродвигатель снизится. Это снижение также можно считать скачкообразным.

Графики переходных процессов при повышении давления на выходе НПС на 0,6 МПа (на 10% выше максимального) при относительном давлении на всасывании станции равном 0,18 приведены на рис. 2.3.

Разумеется, разомкнутая система не может автоматически компенсировать повышение давления на нагнетании станции. Для автоматической стабилизации давления необходимо использовать замкнутую систему управления.

Рис. 2.3. Графики динамических процессов разомкнутой системы управления электропривода при повышении давления на нагнетании НПС

Столь малое изменение скорости вращения АД и давления, создаваемого насосом связано с тем, что величина sн составляет всего 0,009. Следовательно, влияние возмущающего воздействия на АД незначительно.

Графики переходных процессов при снижении давления на всасывании НПС на 20% приведены на рис. 2.4. Снижение давления может произойти вследствие изменения режима работы предыдущей станции, либо при переходных процессах в сети нефтепровода. К примеру, давление на всасывании НПС снижается при пуске МНА, производительность станции и, следовательно, нагрузка на валу ЦН, при этом повышается.

Рис. 2.4. Графики динамических процессов разомкнутой системы управления электропривода при снижении давления на всасывании НПС

Как видно из графиков, разомкнутая система управления электропривода не способна автоматически компенсировать снижение давления на всасывании НПС.

На рис. 2.5 приведены графики переходных процессов плавного останова магистрального насосного агрегата. Как видно из графиков, частота вращения асинхронного двигателя плавно снижается на всём протяжении останова, броски момента электродвигателя незначительны.

Рис. 2.4. Графики динамических процессов разомкнутой системы управления электропривода при плавном останове магистрального насосного агрегата

Таким образом, разомкнутая система управления электропривода не способна удовлетворить требованию стабильности давления в сети нефтепровода, так как не может устранить возмущающее воздействие на гидравлическую сеть. Следовательно, необходимо использовать систему автоматического регулирования давления.