Ключові слова
borehole pump
solid core
weakly coupled circuit-field mathematical model асинхронний двигун
свердловинний насос
суцільне осердя
слабкозв’язана коло польова математична модель
Як цитувати
Анотація
Представлено результати оптимізаційного параметричного синтезу асинхронного двигуна з суцільним осердям зануреного свердловинного насосу за подвоєної частоти живлення. Запропонована методологія синтезу, що базується на слабкозв’язаній коло‑польовій математичній моделі з ітераційною параметризацією результатів польового аналізу, яка дає змогу врахувати нелінійні магнітні властивості, наведені струми в роторі, додаткові втрати в масивному ферромагнітному роторі, взаємодію усіх елементів електромеханічної системи. За критерієм максимуму ККД асинхронного двигуна з суцільним осердям зануреного свердловинного насосу визначено оптимальні значення варіюємих конструктивних параметрів з урахуванням величини навантаження за частоти живлення 50 і 100 Гц. Результати дослідження свідчать про суттєве покращення ефективності системи: збільшення продуктивності водопідйому у 2,2 раза, підвищення ККД двигуна на 4 %, скорочення терміну окупності свердловини у 1,9 раза та зменшення кількості робочих коліс насоса у 3 рази. Обґрунтовано конструктивні рішення для АД із суцільним масивним ротором‑валом та розбірним статором з порошкового матеріалу і закритими пазами, що сприяють зниженню втрат у міді, сталі та рідині. Запропоновані технічні рішення створюють передумови для проєктування оптимізованих ЕМС занурених свердловинних насосів із покращеними показниками капітальних та експлуатаційних витрат. Бібл. 20, рис. 3, табл. 2.
Посилання
1. Popovych O.M., Golovan I.V. Complex design tools for improvement of electromechanical systems with induction motors. Tekhnichna Elektrodynamika. 2022. No 2. Pp. 52–59. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2022.02.052.
2. Bo Zhang. Soft Magnetic Composites in Novel Designs of Electrical Traction Machines Paperback. Dissertation. 2017. 294 p. DOI: https://doi.org/10.5445/KSP/1000064348.
3. Khayatzadeh F., Ghafouri J. Dynamical modeling of frequency controlled variable speed parallel multistage centrifugal pumps. Archive of Mechanical Engineering. 2015. Vol. 62. No 3. Pp. 347–361. DOI: https://doi.org/10.1515/meceng-2015-0020.
4. Shang L., Cao J., Wang Z., Liu X. Hydraulic Characterization of Variable-Speed Pump Turbine under Typical Pumping Modes. Processes. 2023. Vol. 11(10). Article no: 2903. DOI: https://doi.org/10.3390/pr11102903.
5. Schastlivy G.G., Semakov V.G., Fedorenko G.M. Submersible Induction Electric Motors. Moskva: Energoatomizdat, 1983. 178 p. (Rus)
6. Golovan I., Popovych O. Circuits-Field Aproach to Mathematical Modeling of Induction Motors for the Purposes of Optimal Design. IEEE 5th International Conference on Modern Electrical and Energy System (MEES), Kremenchuk, Ukraine, 27-30 September 2023. Pp. 1–4. DOI: https://doi.org/10.1109/MEES61502.2023.10402409.
7. Popovych O.M., Golovan I.V. Determination of equivalent circuit parameters of an induction motor and their nonlinear dependencies based on field analysis results. Pratsi Instytutu elektrodynamiky NAN Ukrainy. 2012. Vyp. 31. Pp. 38–48. (Ukr)
8. Bibik O.V., Popovych O.M., Shevchuk S.P. Energy-efficient operation modes of the electromechanical system of a multi-storey building pumping unit. Tekhnichna Elektrodynamika. 2016. No 5. Pp. 38–45. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2016.05.038. (Ukr)
9. Szafraniec A. Mathematical model of asynchronous pump drive with distributed mechanical parameters. Przegląd elektrotechniczny. 2018. No 6. Article no: 114182. DOI: https://doi.org/10.15199/48.2018.06.32.
10. Bordeașu D., Proștean O., Filip I., Drăgan F., Vașar C. Modelling, Simulation and Controlling of a Multi-Pump System with Water Storage Powered by a Fluctuating and Intermittent Power Source. Mathematics. 2022. Vol. 10(21). Article no: 4019. DOI: https://doi.org/10.3390/math10214019.
11. Sperlich A., Pfeiffer D., Burgschweiger J., Campbell E., Beck M., Gnirss R., Ernst M. Energy Efficient Operation of Variable Speed Submersible Pumps: Simulation of a Ground Water Well Field. Water. 2018. Vol. 10(9). Article no: 1255. DOI: https://doi.org/10.3390/w10091255.
12. Incropera F.P., DeWitt D.P., Bergman T.L., Lavine A.S. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. 6th ed. John Wiley&Sons, 2007. 1070 p.
13. Klíma J., Vítek O. Analysis of high-speed induction motor. Proceedings of the 16th International Conference on Mechatronics – Mechatronika 2014, Brno, Czech Republic, 03-05 December 2014. Pp. 85–91. DOI: https://doi.org/10.1109/MECHATRONIKA.2014.7018240.
14. Hong D.-K., Choi J.-H., Han P.-W., Chun Y.-D., Woo B.-C., Koo D.-H. Analysis of high speed induction motor for spindle made by copper die casting process. Int. J. Precis. Eng. Manuf. 2012. No 13. Pp. 2251–2257. DOI: https://doi.org/10.1007/s12541-012-0299-5.
15. Bordeasu D., Prostean O., Filip I., Vasar C. Adaptive Control Strategy for a Pumping System Using a Variable Frequency Drive. Machines. 2023. Vol. 11(7). Article no: 688. DOI: https://doi.org/10.3390/machines11070688.
16. Lishchenko A.I., Lesnik V.A. Induction Machines with a Massive Ferromagnetic Rotor. Kyiv: Naukova Dumka, 1984. 167 p. (Rus)
17. Bose B.K. Modern Power Electronics and AC Drives. Prentice Hall, 2001. 738 p.
18. MATLAB. The Language of Technical Computing. Getting Started with MATLAB. The Math Works, Inc. USA, 2005.
19. Liao W., Zhang Q., Meng H. An SQP Algorithm for Structural Topology Optimization Based on Majorization–Minimization Method. Appl. Sci. 2022. Vol. 12(13). Article no: 6304. DOI: https://doi.org/10.3390/app12136304.
20. Somaloy5P. Material data. URL: https://www.hoganas.com/globalassets/downloads/libary/somaloy_somaloy-5p-material-data_2274hog.pdf (accessed at 25.06.2025).
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Авторське право (c) 2026 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА