分布式绕组开关磁阻电机的研究

【摘要】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(SwitchedReluctanceMotor,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。
【作者】马庆庆；
【导师】葛宝明；
【作者基本信息】北京交通大学，电气工程，2014，博士
【关键词】开关磁阻电机；分布式绕组；有限元分析；磁路；电路瞬态联合建模；状态空间法建模；

【参考文献】
[1]楚信强.膝下动脉球囊扩张成形术联合通络疽愈方治疗糖尿病足的临床观察[D].河北医科大学,中西医结合临床（专业学位）,2014,硕士.
[2]鞠颂东,徐杰.物流网络理论及其研究意义和方法[J].中国流通经济,2007,08:10-13.
[3]双伟.川北低热值煤矸石循环流化床燃烧技术研究[D].重庆大学,动力工程及工程热物理,2014,硕士.
[4]张晓瑞,王振波.基于PP-DEA模型的区域城镇化发展差异的综合评价[J].中国人口.资源与环境,2012,02:130-135.
[5]李大伟,王均宏*,何显时.受限空间中天线产生的电波覆盖研究[J].北京航空航天大学学报.
[6]王菲.网络环境下金融舆情研究[D].西南大学,传播学,2014,硕士.
[7]蒲文胜.政治参与的价值浅议——历史唯物主义视域中的政治参与[D].贵州师范大学,马克思主义哲学,2004,硕士.
[8]张之武.大气压低温等离子体疗法在小鼠伤口愈合过程中的实验研究[D].中国科学技术大学,机械电子工程,2014,硕士.
[9]刘桂静.基于（氧化）石墨烯/聚吡咯复合材料的非对称电容器[D].华侨大学,2014.
[10]田艳红.柯文中国历史研究述评[D].华东师范大学,中国古代文学,2004,硕士.
[11]孙奕,陈性元,杜学绘,陈亮,徐建.一种用于流交换的代理重签名方案[J].软件学报,2015,01:129-144.
[12]石银光.项目风险过程科学化管理研究[D].天津大学,高级工商管理,2013,硕士.
[13]刘羽.基于MVC高校挑战杯作品信息系统的设计与实现[D].南昌大学,计算机技术（专业学位）,2012,硕士.
[14]张业鹏.声学法三维温度场测量系统研究[D].沈阳工业大学,检测技术与自动化装置,2013,硕士.
[15]何炎祥,李峰,宋志凯,张戈.神经网络技术在库存管理中的应用[J].计算机工程与应用,2002,15:182-184.
[16]毛昕影.基于GIS的智能手机旅游信息服务系统的研究与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[17]吴晓峰,张晓军.棒材/轻型材轧机生产线计算机集成制造系统[J].冶金自动化,2002,01:71.
[18]曾杰.法庭庭审中话语标记语语用功能的研究[D].湖北工业大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[19]马建军,郑志强,胡德文.包含执行器动力学的子空间预测动态控制分配方法[J].自动化学报,2010,01:130-138.
[20]秦克诚.对大学物理系计算物理课程和教材的设想[J].教材通讯.1992(02)
[21]夏全平.路基悬锚式挡土墙结构测试分析与稳定性验算[D].长安大学,交通运输工程（专业学位）,2014,硕士.
[22]杨玥霞.高技术企业组织学习对创新活动关系调节作用研究[D].哈尔滨工业大学,企业管理,2014,硕士.
[23]汤飞.固体火箭发动机空空导弹高抛弹道优化设计[D].哈尔滨工业大学,飞行器设计,2014,硕士.
[24]郭蕊.水润滑橡胶合金轴承振动噪声刚柔耦合分析[D].重庆大学,机械电子工程,2014,硕士.
[25]任建辉.中西部地区产业承接的重点行业选择研究[D].兰州商学院,区域经济学,2013,硕士.
[26]王双明,黄庆享,范立民,杨泽元,申涛.生态脆弱矿区含(隔)水层特征及保水开采分区研究[J].煤炭学报,2010,01:7-14.
[27]陶磊.纳米增强木塑复合材料制备与性能研究[D].浙江大学,材料工程（专业学位）,2013,硕士.
[28]彭玲琳.休闲体育旅游缓解铁路一线职工心理压力效应的实验研究[D].扬州大学,运动人体科学,2012,硕士.
[29]孙佰申.红曲霉发酵及某些生理活性物质的研究[D].浙江工业大学,生物化工,2004,硕士.
[30]张红岩纪呈承本报记者邵晶岩.萝北抓机遇逆势而上干实事强县惠民[N].黑龙江日报,2014-04-12006.
[31]杨洪安.数字化颅底外科的可行性研究[D].山东大学,2010.
[32]王洪凯.社会自治视角下的我国地方政府执行力研究[D].南京大学,行政管理,2013,硕士.
[33]高晓飞.Sigma-1受体的激动剂对电压门控型钠离子通道Na_v1.2的调节作用研究[D].复旦大学,生物物理学,2012,博士.
[34]赵琪,臧晓韵,胡海峰.马黛茶多酚加压毛细管电色谱法的定量分析方法[J].食品与发酵工业.
[35]杨强.列车制动盘温度场和应力场仿真与分析[D].北京交通大学,2009.
[36]薛乃玉.基于Bayes估计和Contourlet变换的图像去噪算法研究[D].曲阜师范大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[37]陈亚琦.手办玩偶的移情设计[D].华中师范大学,设计艺术学,2013,硕士.
[38]胡江平.宋代民间武术组织初探[D].华中师范大学,民族传统体育学,2013,硕士.
[39]姚春梅.含银PLA纳米纤维复合过滤材料的制备及性能研究[D].江南大学,纺织工程,2012,硕士.
[40]傅希,杨子江.湘钢1号高炉炉体中部温度监控操作实践[J].炼铁.2000(01)
[41]陈欢.碳纳米管信号放大技术与组装型高灵敏度生物传感器的研究[D].浙江大学,2012.
[42]刘玲玲,刘允芬,温学发,王迎红.千烟洲红壤丘陵区人工针叶林土壤CH_4排放通量[J].植物生态学报,2008,02:431-439.
[43]吴婷.吡唑啉酮金属配合物抗肿瘤抗菌活性及其诱导肿瘤细胞凋亡机制的研究[D].新疆大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[44]李阳.基于公务车辆管理终端的设计与开发[D].河南科技大学,机械电子工程,2014,硕士.
[45]梁爽.基于工程建设领域预防腐败的系统研究[D].天津大学,公共管理,2013,硕士.
[46]周会兴.童装设计中的图案运用研究[D].河北科技大学,设计艺术学,2014,硕士.
[47]肖静.基于DIgSILENT的逆变型分布式电源建模及其对配电网的影响研究[D].北京交通大学,电气工程（专业学位）,2013,硕士.
[48]李志斌.全数字直流伺服系统参数自整定研究[D].华中科技大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[49]张睿.防治黄瓜霜霉病高效药剂的筛选及防控机理的初步研究[D].山东农业大学,农药学,2013,硕士.
[50]江兴.IBM研发出超越硅材料极限的最快石墨烯晶体管[J].半导体信息,2009,05:8.