無(wú)刷直流鉆井電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)驗(yàn).pdf

1、在油田的勘探、建井、采油等幾個(gè)階段都需要大量的鉆井工作，提高鉆井效率能有效縮短開(kāi)采周期、降低開(kāi)采成本。無(wú)刷直流電機(jī)(BLDC)具有體積小、效率高、調(diào)速范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，將多極無(wú)刷直流電機(jī)直接與鉆頭相連，不僅具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過(guò)載能力強(qiáng)、輸出轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)，還能省去高溫下易損壞的減速機(jī)構(gòu)，有效的提高了系統(tǒng)的負(fù)載應(yīng)變能力，減小了系統(tǒng)體積，提高了系統(tǒng)效率。
　　無(wú)刷直流電機(jī)的極對(duì)數(shù)越多，一個(gè)電角度周期對(duì)應(yīng)的機(jī)械角度也就越小，轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)的精度要

2、求也就越高，對(duì)傳統(tǒng)的位置傳感器的安裝精度要求也就越苛刻。即極對(duì)數(shù)越多，安裝誤差對(duì)換相的影響越大，另一方面，位置傳感器在井內(nèi)高溫下易損壞，使用受限。因此，研究適用于多極直驅(qū)式無(wú)刷直流鉆井電機(jī)的無(wú)位置傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法具有重大意義。
　　本文以多極直驅(qū)式無(wú)刷直流鉆井電機(jī)無(wú)位置傳感器高精度換相為研究目標(biāo)，在低轉(zhuǎn)速、高溫、高壓、泥沙、負(fù)載多變的工況條件下進(jìn)行了以下研究工作。
　　針對(duì)電機(jī)低轉(zhuǎn)速域的換相問(wèn)題，采用理論上與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)的

3、磁鏈函數(shù)法進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)。主要分析了磁鏈函數(shù)法的原理，基于線(xiàn)反電對(duì)勢(shì)磁鏈函數(shù)換相點(diǎn)的特征變化進(jìn)行了定性分析。為了降低磁鏈函數(shù)對(duì)電機(jī)固有參數(shù)的依懶性，對(duì)磁鏈函數(shù)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。針對(duì)簡(jiǎn)化后的磁鏈函數(shù)波形存在換相干擾脈沖的問(wèn)題，提出對(duì)磁鏈函數(shù)分子分母電壓項(xiàng)進(jìn)行濾波處理，消除換相干擾脈沖的優(yōu)化方案。分析了由濾波帶來(lái)的相位滯后的影響，得出在低轉(zhuǎn)速域，由濾波帶來(lái)的換相延遲可以忽略不計(jì)的結(jié)論。為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高精度換相，設(shè)計(jì)了基于非換相相電流的換相

4、閾值閉環(huán)控制。通過(guò)檢測(cè)非換相相電流換相前后的誤差，將其反饋給換相閾值，在線(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)整換相閾值，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的換相誤差補(bǔ)償。最后在仿真環(huán)境中進(jìn)行驗(yàn)證，得出以下結(jié)論:直接采用簡(jiǎn)化磁鏈函數(shù)法會(huì)使電機(jī)產(chǎn)生誤換相、停轉(zhuǎn);采用優(yōu)化磁鏈函數(shù)法可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的準(zhǔn)確換相，無(wú)誤換相現(xiàn)象發(fā)生;加入換相閾值閉環(huán)控制后，電機(jī)的非換相相電流在換相前后波動(dòng)減小，間接的證明了電機(jī)換相誤差得到補(bǔ)償。
　　為了驗(yàn)證電機(jī)采用優(yōu)化磁鏈函數(shù)法在井內(nèi)高溫、高壓、泥沙、負(fù)載多變的環(huán)境