潜油电机设计方法研究及验证

潜油电机是一种立式工作的特殊三相异步电动机,其结构细长,定转子采用分段结构,每两段定转子之间分别装有隔磁段和扶正轴承.显然普通三相异步电机的设计方法难以适用于潜油电机.修正了潜油电机端部漏抗和隔磁段漏抗的计算方法,并采用流体力学的基本理论,推导出了转子与润滑油之间的油摩损耗的计算公式,计算了扶正轴承中的涡流损耗,改进了潜油电机的设计方法.设计制造了两台样机,一台装有隔磁段,另一台没有隔磁段,旨在考核分段处结构对电机电磁参数和性能指标的影响.实验结果验证了所改进设计方法的正确性,同时得到隔磁段对电磁参数和性能存在较大影响,设计时应充分考虑.     

六极永磁式潜油电机技术问题及CAD软件开发

结合永磁同步电机设计原理,对六极永磁式潜油电机重要技术问题进行了分析.根据潜油电机特殊的分段结构,分别对端部漏抗的计算和斜极方法进行了研究,提出永磁式潜油电机转子倒装的分段斜极式方法并开发了CAD软件.通过建立六极永磁式潜油电机有限元模型,对齿槽定位力矩进行分析,验证该方法对降低电机齿槽定位力矩起到了一定的作用.     

大功率潜油电机的设计及模拟实验样机的制造

针对潜油电机的特殊结构,研究其定转子分段的特点对电机设计及性能的影响.通过求解三维磁场得出隔磁段所引起的漏抗,对转子冲片巧妙设计以起到斜槽的作用,在电机局部的设计计算上采用了辛普森算法和分层算法等方法,改进了潜油电机的设计方法并在此基础上设计制造了模拟实验样机,分析实验结果表明改进后的设计方法正确可行,对于提高此类电机的设计精度具有重要意义.     

考虑分段处电磁影响的潜油电机端部漏抗

针对隔磁段和扶正轴承处漏抗对潜油电机起动转矩倍数、最大转矩转矩倍数和起动电流倍数等性能指标有较大影响的问题,研究了其有限元求解方法.结合潜油电机特殊结构建立了部分铁心、半个隔磁段和半个扶正轴承电机的三维数学模型,通过求解其磁场储能得到漏磁引起的漏抗并将其计入电机的常规端部漏抗中.采用YQY114P型31 kW潜油电机,进行实验验证,数据对比表明考虑分段处电磁影响后的电机性能指标更接近实验结果,相对误差在7%以内.在此基础上,通过大量计算得到潜油电机端部漏抗曲线族.     

绕组电阻随温度变化对高温潜油电机性能的影响

在油田生产中潜油电泵的工作环境温度较高,对潜油电机性能提出更高要求。研制了外径为116 mm的小直径耐高温潜油电机。针对高温潜油电机的各项性能指标随温度明显变化的问题,依据异步电机原理与设计的基本知识,结合异步电机定转子绕组材料的高温特性,建立数学模型,利用MATLAB软件,计算分析不同环境温度下潜油电机的性能,从而得出电阻变化对高温潜油电机性能的影响。利用Simulink软件建立SPWM变频调速系统,对定转子电阻随温度变化对电机的起动性能的影响进行仿真分析,为高温潜油电机的设计制造提供参考。     

基于热力学参数摄动分析的潜油电机温度辨识

为有效提高无传感器温度辨识方法的计算精度,将热力学参数摄动分析理论应用于潜油电机的温度辨识。基于潜油电机的网络热力学建模,给出潜油电机热参数,尤其是定、转子间耦合电阻参数摄动对电机温度变化的规律性。通过对所推导热力学方程进行频域根轨迹分析,可验证所取热力学参数的稳定性与合理性。仿真与实验结果表明,依据本文所提方法给出的潜油电机定、转子间耦合电阻等热力学参数得到的电机辨识温度可与实测结果相印证。     

六极潜油电机定转子绕组的研究

因潜油电机工作空间狭小,使得设计六极潜油电机十分困难,特别是确定定转子槽数及绕组的形式。通过运用电机绕组设计理论,确定定子槽数,并绘出定子穿线图,进而确定合理的定转子槽数配合,并在文中对分数槽绕组在六极潜油电机上的应用做一探讨。     

开槽实心转子电机转子端部系数的计算与比较

开槽实心转子异步电机转子的三维非线性涡流场计算量大,常采用二维有限元结合光滑实心转子端部系数的方法简化计算。但在转差率增大时,采用光滑转子端部系数仿真计算的误差明显增大。根据开槽实心转子涡流分布随转差率变化的规律,提出适用于全转差率范围的开槽转子端部系数。依据该端部系数修正转子电阻率,并采用非线性有限元计算开槽实心转子电机电磁场,可考虑转子端部效应以及定、转子铁心磁路饱和的影响。在不同工况下,对两台不同转子槽数的开槽实心转子样机分别采用不同转子端部系数进行仿真计算,并与实验结果比较。该文提出的开槽转子端部系数的仿真与实验结果较吻合,且在转差率较大时,开槽转子端部系数随转子槽数增多而增大。可为准确计算开槽实心转子电机参数及其设计优化提供依据。     

磁通屏障对潜油电机转矩特性的影响

转矩脉动是影响内置式潜油电机的重要因素，通过对电机转子内部磁通屏障的设计，进而达到降低转矩脉动的目的。以10极12槽内置式“一”字型潜油电机为基础模型，使用有限元法对潜油电机转子进行了二维瞬态场分析。基于磁通屏障效应对潜油电机气隙径向磁密的影响，得出了潜油电机转子在各种运转工况条件下的径向电磁特性分布的状况，并分别比较研究电机的齿槽转矩和电磁转矩等转矩特性。优化后，潜油电机的转矩脉动有了显著的降低。最后，采用砝码法验证磁通屏障的设计对潜油电机齿槽转矩具有较好的抑制效果。由于潜油电机的定子结构被限制，磁通屏障的优化设计具有非常大的意义。     

基于网络热力学建模的潜油电机温度辨识研究

鉴于对潜油电机温度监测的迫切需求及油井长线信号传输对经典电机温度监测方法的限制,将网络热力学建模理论应用于潜油电机的温度辨识,通过建立潜油电机的网络热力学模型,给出描述潜油电机温度变化过程的热力学方程组.基于在地面获取的电机定子采样电流进行机械化数学解析分析及稳态数值迭代求解,推导出潜油电机定、转子的辨识温度.对12 kW潜油电机进行温度辨识的实验结果表明,转子辨识温度与实测结果最大误差为5.59℃,验证了所提方法的正确性与可行性.     

用迭代最小二乘法辨识异步电动机漏抗

提出了迭代最小二乘寻优法辨识异步电动机漏抗的数学模型,采用ＭＡＴＬＡＢ语言编写了通用计算程序,估算鼠笼型异步电动机Ｔ型等效电路中的定、转子漏抗。该方法具有较高的计算精度、计算时间短及定、转子漏初值的变化对算法精度影响不大的特点。     

绕线型变极调速感应电动机设计中的特殊问题

本文阐述了绕线型变极调速感应电动机定子双绕组、转子绕组的接法以及定子双绕组槽漏抗计算问题分析;提出了正确选择绕组并联支路数和极相组联接方式、槽漏抗的计算公式和方法。     

远极比电机设计时应注意的问题

阐述远极比电机设计时定,转子谐波单位漏磁导,槽口,槽底节距漏抗系数,起动转矩,最大转矩,起动电流的计算方法。     

闭口槽充水式高压潜水电机的设计

针对充水式高压潜水电机的特殊结构,研究其定转子特殊闭口槽形对电磁性能影响,给出相应槽形对应槽比漏磁导计算公式;利用辛普森法改进了转子磁路计算公式;在对非矩形转子槽分块与分层处理的基础上,推导了电机起动时集肤效应作用下每层电流的数值计算公式,通过直接计算导条的损耗与漏磁场能量得出转子电阻增大系数和转子漏抗减小系数;同时采用插值法拟合出电磁计算曲线公式,以提高电机计算的准确度,供参考。     

十五相感应电机对称缺相运行时的定子漏抗计算

定子参数计算是应用等值电路进行多相感应电机对称缺相运行性能分析的基础。通过引入关联矩阵反映所缺相数,分别对定子槽漏抗、谐波漏抗、端部漏抗进行计算,得到了十五相感应电机缺一个五相、两个五相绕组对称工况下的定子漏抗。计算结果表明,对于整距集中绕组的十五相感应电机,缺少五相或十相后,每相槽漏抗不变,谐波漏抗增大,而端部漏抗减小,故对称缺相运行工况下的定子漏抗参数与正常工况下并无明确倍数关系。在正常工况及缺十相对称运行工况下对十五相感应电机原理样机进行了堵转试验,试验测得的短路电抗与计算值相互吻合,间接验证了计算结果的正确性。     

Saturation model for squirrel-cage induction motors

An induction motor model which includes stator leakage reactance saturation, rotor leakage reactance saturation and magnetizing reactance saturation is presented. This improved model is based on experimental data from 96 motors. The power range of the motors is between 11 and 90 kW. The effects on the torque–speed and current–speed curves of each kind of saturation have been studied. In addition, the parameters of magnetizing reactance saturation and stator leakage reactance saturation have been studied for each motor, and an average value and its dispersion for each parameter are given. This model is considerably more accurate than other models. In particular, it explains the significant differences between theoretical and experimental torque–speed curves in the braking regime (s > 1).     

一种高性能调速永磁同步电动机的设计

运用简化的等效磁路与同步电动机相量图相结合的方法,提出了表面式磁钢结构永磁同步电动机设计思路,并给出了设计程序流程图。对设计过程中两个重要参数———定子漏抗和电枢反应电抗进行了深入的分析计算,并用一台27.5kW永磁同步电动机的试验数据验证了该方法的可行性。