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潜油电机网络热力学建模及温度在线测试系统研究

作　者: 刘晓安
导　师: 王立国
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 感应电机热保护温度监测转子电阻转子槽谐波网络热力学
分类号: TM346
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 41次
引　用: 1次
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内容摘要

本课题以大庆力神泵业有限公司潜油电机的温度监测为研究背景,针对目前我国各大油田开采后期井况的日趋恶劣、深度采油带来的高温、高压等负面影响,侧重于潜油电泵机组的无传感器温度辨识及其实时状态监测研究。所做工作可为实现潜油电泵机组的高效安全运行、解决油田开采后期存在的高温负面效应问题提供理论研究基础。研究成果将直接应用于油田生产实际,促进我国大型石油装备骨干企业大庆力神泵业有限公司知识产权的自主创新。论文主要工作如下:基于异步电机在三相对称坐标系下的数学模型,给出静止两相坐标系下电机转子磁链的电压、电流方程。研究潜油电机在线温度辨识的在线电感系数估计方法,分析应用转子槽谐波辨识电机转速的过程;给出应用基2FFT快速Fourier变换获取异步电机电压、电流频谱的完整算法。给出潜油电机的网络热力学模型,建立简化转子热模型和定转子混合热模型,为潜油电机的无传感器温度辨识奠定了理论与模型基础。通过对电机定、转子相对于环境初始温度的温升及其损耗分析,研究潜油电机等效热力学电路;分析定、转子的热耗散能力及定、转子间气隙的热传导过程;仿真验证所提基于转子槽谐波进行潜油电机无传感器温度辨识方案的可行性和优越性。建立以TMS320LF2812为控制核心的硬件实验平台,设计数据采集电路、信号调理电路、主控制电路;通过对潜油电机的电压电流数据采样,给出基于转子槽谐波法辨识电机转速、实时监测电机转子电阻变化的完整计算程序,初步实现对电机转子温度变化的无传感器辨识与监测。实验结果与仿真分析验证所得结论的可行性与正确性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题的背景及意义  9-10
  1.2 潜油电机的主要故障及温升分析  10-14
  1.3 异步电机温度辨识国内外研究情况  14-16
  1.4 课题主要研究内容及安排  16-17
第2章感应电机模型及电机温度在线监测原理  17-36
  2.1 异步电机数学模型  17-21
    2.1.1 三相静止坐标系下的数学模型  18-20
    2.1.2 两相静止坐标系下的数学模型  20-21
  2.2 基于转子电阻变化的温度监测方案  21-27
    2.2.1 在线感应系数估计  22-25
    2.2.2 转子电阻及转子温度估计方案  25-27
  2.3 基于转子槽谐波的转速估计  27-31
    2.3.1 转子开槽产生磁导齿谐波  27-29
    2.3.2 转子槽谐波检测  29-30
    2.3.3 转子动态偏心率谐波对转速的影响  30-31
  2.4 快速傅里叶变换原理及应用  31-32
  2.5 网络热力学原理  32-35
    2.5.1 网络热力学的特点及意义  33-34
    2.5.2 网络热力学的方法  34-35
  2.6 本章小结  35-36
第3章仿真模型的建立与分析  36-53
  3.1 潜油电机的网络热力学模型建立  36-46
    3.1.1 潜油电机的简化转子热模型  36-40
    3.1.2 潜油电机的定转子混合热模型  40-46
  3.2 仿真分析  46-52
    3.2.1 基2FFT 程序仿真验证  46-49
    3.2.2 潜油电机实测数据仿真分析  49-52
  3.3 本章小结  52-53
第4章实验平台及实验结果  53-63
  4.1 硬件及软件实验平台  53-57
    4.1.1 硬件实物平台  54-55
    4.1.2 硬件电路设计  55-56
    4.1.3 DSP 结构与功能简介  56-57
  4.2 实验结果  57-62
    4.2.1 槽谐波分析  57-59
    4.2.2 槽谐波阶次的确定  59-60
    4.2.3 转速及温度的计算  60-62
  4.3 本章小结  62-63
结论  63-64
参考文献  64-68
附录1  68-69
附录2  69-70
附录3  70-71
攻读硕士学位期间发表的论文  71-73
致谢  73

潜油电机网络热力学建模及温度在线测试系统研究

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