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潜油变频电机的动态仿真及性能分析

作　者: 王晓琪
导　师: 温嘉斌
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 电机与电器
关键词: 潜油电机空间矢量脉宽调制变频调速损耗过电压
分类号: TM921.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

现在，在石油勘探开采工作中，潜油电机作为潜油电泵的动力驱动，是工作在地下几千米深的油井中的十分重要的装备。因此，现在世界规模内的各种不同类型的油田大多已经普遍使用潜油电机。采用变频器为潜油电机供电，可以节省作业经费，省略起、下井的过程，使系统自动调节排量，充分匹配电机特性和油井产能，以达到提高整个潜油电泵机组的运行效率的目的。然而它也存在对电机的负面作用。常见的如由于高次谐波的存在会造成额外的铜损耗、铁损耗；潜油电机温升的加剧；此外还有用长线电缆来运输电能的过程中将会发生端部的过电压现象，损坏电泵系统的绝缘结构。此篇文章首先系统地阐述了感应电动机变压变频调速的基本原理，对恒功率和恒转矩的重要理论概念作了介绍，并从变频器作为电源供电的角度，分析了变频器对电动机的影响，并以此为基础解析变频调速下潜油电机的负载特性。其次，详细阐述了SVPWM控制技术的基本原理，应用MATLAB/Simuli-nk软件，建立SVPWM逆变器模型，并在此基础上分短电缆和长电缆两种情况建立潜油电机采用矢量控制的仿真模型，进行仿真分析。增设滤波装置来抑制在长电缆情况下的过电压现象，削弱其对电机的不良影响。简化了谐波的等效电路，使谐波电流的计算更为简单，然后计算脉动电磁转矩及谐波电流对电机铜耗、铁耗的影响。分析了电机端过电压现象的形成及其对电机的作用并探讨改进对策。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-15
  1.1 潜油电机概述  9-11
    1.1.1 潜油电机的发展概述  9-10
    1.1.2 潜油电泵系统构成  10-11
  1.2 异步电动机的交流调速  11-13
    1.2.1 变极调速  12
    1.2.2 改变转差率调速  12
    1.2.3 变频调速  12-13
  1.3 课题研究目的意义及主要内容  13-15
    1.3.1 课题研究目的与意义  13-14
    1.3.2 本文主要研究内容  14-15
第2章变频调速对潜油电机的影响  15-23
  2.1 变频调速的基本原理  15-17
    2.1.1 基频以下调速控制  15-16
    2.1.2 基频以上调速控制  16-17
  2.2 变频器对电机的影响  17-19
  2.3 变频调速下潜油电机的负载特性  19-21
  2.4 本章小结  21-23
第3章基于 SVPWM 的潜油变频电机仿真  23-44
  3.1 MATLAB/Simulink 简介  23-24
  3.2 SVPWM 原理  24-29
    3.2.1 基本电压矢量及磁矢量  24-27
    3.2.2 空间电压矢量控制算法  27-28
    3.2.3 零矢量的作用  28-29
  3.3 SVPWM 的实现  29-36
    3.3.1 判断扇区  29-30
    3.3.2 计算作用时间 T_1和 T_2  30-32
    3.3.3 开关切换时间分配  32-33
    3.3.4 建立 SVPWM 仿真模型  33-36
  3.4 基于 SVPWM 技术的潜油变频电机动态仿真  36-43
  3.5 本章小结  43-44
第4章谐波对电机损耗的影响及过电压现象分析  44-56
  4.1 谐波对电机损耗的影响  44-51
    4.1.1 谐波等效电路及谐波电流  44-46
    4.1.2 脉动电磁转矩的分析与计算  46-49
    4.1.3 谐波电流对潜油电机转子铜耗的影响  49
    4.1.4 谐波电流对潜油电机铁耗的影响  49-51
    4.1.5 实例计算  51
  4.2 潜油电机端过电压分析  51-55
    4.2.1 电机端过电压的产生及对电机的影响  51-54
    4.2.2 电机端过电压解决方案探讨  54-55
  4.3 本章小结  55-56
结论  56-57
参考文献  57-61
攻读硕士学位期间发表的学术论文  61-62
致谢  62

潜油变频电机的动态仿真及性能分析

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