基于转子槽谐波分析的潜油电机温度软测量方法研究

论文摘要

本文以国家自然科学基金“基于网络热力学建模的潜油电泵机组温度软测量方法研究”(50877016)为基础,针对我国各大油田开采后期普遍存在的高温高压问题,基于潜油电机的无传感器温度辨识,进行高含沙高含气条件下潜油电机的智能配电研究。通过推导转子槽谐波与潜油电机温升之间的数学机理,为构建潜油电机实时温度监测系统奠定了理论分析基础。设计辨识温度与变频器供电闭环控制系统,为实现潜油电机节能及稳定高效运行智能配电控制提供了理论参考。本文的主要内容如下:研究基于快速傅立叶变换获取潜油电机定子电流频谱的方法,给出转子槽谐波与潜油电机转速之间的变化机理。根据三相感应电机在ABC坐标系和αβ坐标系下的电机定转子模型以及二者之间的转换关系,为无传感器温度辨识系统奠定了理论基础。建立了ABC坐标系转化到αβ坐标系的三相感应电机数学模型,利用辅助渐消记忆最小二乘递推算法完成潜油电机的参数辨识,通过仿真验证快速傅立叶分析结果的精度;为实现基于转子槽谐波分析的潜油电机温度辨识奠定了算法分析基础。设计以工控机和数据采集卡为核心的硬件平台,对电机进行了不同转速、不同负载下的电机温度辨识。搭建了以DSP2812为控制中心的辨识系统,并用其实现了在线温度辨识与过热保护控制,验证高温过热条件下潜油电机温度辨识与变频降速控制系统的正确性性。应用SolidWorks软件建立了潜油电机及其铠装电缆的三维模型,基于Ansys Workbench中,实现了潜油电机温度场的数学推导,并在一定程度上对长线铠装电缆温度场摄动进行研究;有限元计算温度与实验平台实测温度相印证,可验证本潜油电机温度辨识系统的准确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 软测量技术
• 1.2 课题的背景和意义
• 1.3 感应电机参数辨识的国内外现状
• 1.3.1 空载短路试验
• 1.3.2 频域响应法
• 1.3.3 PI 自适应法
• 1.3.4 模型参考自适应法
• 1.3.5 卡尔曼滤波法
• 1.3.6 最小二乘法
• 1.3.7 神经网络法
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 潜油电机温度辨识系统原理
• 2.1 三相感应电机电机模型及运动方程
• 2.1.1 ABC 坐标系下的感应电机模型及运动方程
• 2.1.2 αβ坐标系下的感应电机模型及运动方程
• 2.2 快速傅立叶变换原理
• 2.3 基于转子槽谐波的感应电机转速辨识原理
• 2.4 最小二乘原理
• 2.4.1 最小二乘法
• 2.4.2 递推最小二乘法
• 2.4.3 渐消记忆最小二乘递推算法
• 2.5 潜油电机渐消记忆最小二乘递推算法公式推导
• 2.6 本章小结
• 第3章 潜油电机温度辨识系统仿真分析
• 3.1 快速傅立叶变换（FFT）算法仿真分析
• 3.2 感应电机模型的建立
• 3.3 渐消记忆最小二乘递推算法仿真分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 基潜油电机温度辨识系统实验平台及结果
• 4.1 潜油电机温度辨识系统实验平台介绍
• 4.1.1 系统实验及检验装置介绍
• 4.1.2 信号调理、控制电路印制电路板设计
• 4.2 实验结果
• 4.2.1 普通三相感应电机转速辨识
• 4.2.2 普通三相感应电机转子温度辨识
• 4.2.3 普通三相感应电机变频变载参数辨识
• 4.2.4 潜油电机参数辨识
• 4.2.5 基于 TMS320F2812 的潜油电机温度辨识
• 4.2.6 潜油电机过热保护
• 4.3 本章小结
• 第5章 潜油电机温度场建模及仿真
• 5.1 热分析的概述
• 5.2 三维模型建立
• 5.2.1 铠装电缆三维模型建立
• 5.2.2 SolidWorks 潜油电机模型建立
• 5.3 温度场热分析
• 5.3.1 铠装电缆温度场分析结果
• 5.3.2 潜油电机温度场计算基本假设
• 5.3.3 电机模型导入与网格划分
• 5.3.4 对流系数与边界条件的确定
• 5.3.5 潜油电机温度场分析结果
• 5.4 本章小结
• 结论
• 附录1
• 附录2
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢