無刷直流鉆井電機關(guān)鍵技術(shù)研究與實驗.pdf

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

2、求也就越高，對傳統(tǒng)的位置傳感器的安裝精度要求也就越苛刻。即極對數(shù)越多，安裝誤差對換相的影響越大，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)式無刷直流鉆井電機的無位置傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測方法具有重大意義。
　　本文以多極直驅(qū)式無刷直流鉆井電機無位置傳感器高精度換相為研究目標，在低轉(zhuǎn)速、高溫、高壓、泥沙、負載多變的工況條件下進行了以下研究工作。
　　針對電機低轉(zhuǎn)速域的換相問題，采用理論上與轉(zhuǎn)速無關(guān)的

3、磁鏈函數(shù)法進行轉(zhuǎn)子位置檢測。主要分析了磁鏈函數(shù)法的原理，基于線反電對勢磁鏈函數(shù)換相點的特征變化進行了定性分析。為了降低磁鏈函數(shù)對電機固有參數(shù)的依懶性，對磁鏈函數(shù)進行了適當?shù)暮喕?。針對簡化后的磁鏈函?shù)波形存在換相干擾脈沖的問題，提出對磁鏈函數(shù)分子分母電壓項進行濾波處理，消除換相干擾脈沖的優(yōu)化方案。分析了由濾波帶來的相位滯后的影響，得出在低轉(zhuǎn)速域，由濾波帶來的換相延遲可以忽略不計的結(jié)論。為了實現(xiàn)電機的高精度換相，設(shè)計了基于非換相相電流的換相

4、閾值閉環(huán)控制。通過檢測非換相相電流換相前后的誤差，將其反饋給換相閾值，在線實時調(diào)整換相閾值，實現(xiàn)電機的換相誤差補償。最后在仿真環(huán)境中進行驗證，得出以下結(jié)論:直接采用簡化磁鏈函數(shù)法會使電機產(chǎn)生誤換相、停轉(zhuǎn);采用優(yōu)化磁鏈函數(shù)法可以實現(xiàn)電機的準確換相，無誤換相現(xiàn)象發(fā)生;加入換相閾值閉環(huán)控制后，電機的非換相相電流在換相前后波動減小，間接的證明了電機換相誤差得到補償。
　　為了驗證電機采用優(yōu)化磁鏈函數(shù)法在井內(nèi)高溫、高壓、泥沙、負載多變的環(huán)境