分布式绕组开关磁阻电机的研究

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我国大多数油田为低渗透的低能、低产油田,需要靠人工举升方法把石油从井下提出到地面上,潜油泵作为其中一种人工举升方法广泛应用于油田。目前,潜油泵电机主要有异步电机和永磁同步电机,前者低速运行转矩性能差,后者需要永磁体存在高温退磁现象。开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,简称SRM)调速系统是一种先进的机电一体化装置,不需要永磁体,启动转矩大,可靠性高,适合于井下潜油泵应用。但是,传统三相SRM调速系统需要6根电缆连接功率变换器和电机绕组,电缆根数较多、成本较高,限制了其井下潜油泵应用。本文提出新型的分布式绕组开关磁阻电机,功率变换器到电机绕组两端仅需要3根电缆,很大程度上节约了驱动系统成本。论文系统研究了该新电机的基本结构、运行原理、数学建模以及控制策略等问题。最后,加工制作了试验样机,并进行了试验分析和验证。论文主要研究内容及成果包括以下几个方面:1、提出新型的分布式绕组开关磁阻电机,论述了新型电机的工作原理,以及在标准桥式功率变换器驱动下的控制策略。2、对该电机进行有限元分析,分别对其磁场分布、磁通密度、自感、互感以及输出转矩等电磁特性进行计算,并和传统型SRM对比。3、提出新型电机磁网络模型,推导其线性和非线性静态模型,线性模型用于快速分析该分布式绕组SRM的特性,非线性模型用于精确计算电机电磁特性,并将非线性模型计算的结果和有限元法对比,验证提出的非线性数学模型的有效性。4、应用状态空间法,建立新型SRM的动态仿真模型。通过新型SRM驱动系统的场路耦合联合仿真,验证提出的新电机状态空间模型的正确、有效,并对比分析了传统SRM和新型SRM的输出转矩以及转矩脉动等特性。所建立的动态模型,可用于动态仿真,比场路耦合联合仿真节约大量时间。5、对传统SRM的光电编码器进行改进,提出新型SRM的转子位置检测装置,制作新型SRM的试验样机,构建以TMS320F2812为控制芯片的驱动控制系统。6、实验测量该新型SRM的静态特性,并对新电机驱动系统进行了电流斩波控制、角度位置控制以及动态性能等试验,以验证该新型SRM的基本原理和控制策略,以及数学模型,为该新型电机实用化提供理论和试验基础。
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