Многополюсный магнитоэлектрический двигатель с дробными зубцовыми обмотками для электропривода погружных насосов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.01, кандидат технических наук Салах Ахмед Абдель Максуд Селим

• Салах Ахмед Абдель Максуд Селим
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Салах Ахмед Абдель Максуд Селим

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДНИЕ

1. Основные виды электрических погружных насосов (ЭПН) и двигателей для ЭПН и основы теории синхронных двигателей с дробной зубцовой обмоткой

1.1. Обзор и устройство существующих установок электроцентробежных насосов (УЭЦН)

1.2. Обзор и устройство существующих установок электровинтовых насосов (УЭВН)

1.3. Обзор существующих погружных электродвигателей и их сравнительная характеристика

1.3.1. Асинхронные двигатели погружных насосов

1.3.2. Вентильные двигатели с постоянными магнитами

1.4. Магнитоэлектрические синхронные двигатели с дробными зубцовыми обмотками

1.4.1. Особенности конструкции двигателя

1.4.2. Магнитодвижущие силы дробных зубцовых обмоток

1.4.3. Анализ магнитного поля в воздушном зазоре и электромагнитного

момента

Магнитное поле, электромагнитный момент и индуктивные параметры магнитоэлектрического двигателя погружного насоса с дробными зубцовыми обмотками

2.1. Математическая модель для исследования электромагнитного момента и индуктивных параметров

2.1.1. Метод конечных элементов

2.1.2. Принципа построения модели

2.2. Исследование влияния конструктивного исполнения ротора на магнитное поле и электромагнитный момент электродвигателя

2.2.1. Исследование влияния конструктивного исполнения ротора на магнитное поле и электромагнитный момент двигателя с радиально-ориентированными магнитами

2.2.2. Исследование влияния конструктивного исполнения ротора на магнитное поле и электромагнитный момент двигателя с тангенциально расположенными

магнитами на магнитное поле и электромагнитный момент

2.3. Индуктивные параметры погружного магнитоэлектрического двигателя с дробными зубцовыми обмотками

2.3.1. Общий анализ индуктивных параметров

2.3.2. Продольные и поперечные индуктивности обмотки статора

2.3.2.1. Расчёт продольной и поперечной индуктивностей двигателя с тангенциально-ориентированными магнитами

2.3.2.2. Расчёт продольной и поперечной индуктивностей двигателя с

радиально-ориентированными магнитами

3.3. Режимы работы магнитоэлектрического двигателя для погружных насосов

3.1. Математическая модель магнитоэлектрического двигателя как объекта векторного управленипя

3.1.1. Система дифференциальных уравнений двигателя с постоянными магнитами

3.1.2. Векторное управление магнитоэлектрическим двигателем

3.2. Режим работы при постоянстве электромагнитного момента

3.3. Работа магнитоэлектрического двигателя в установившемся режиме

3.4. Режим ослабления поля

3.5. Характеристики магнитоэлектрических двигателей

4. Исследование процесса пуска магнитоэлектрического двигателя

погружного насоса

4.1. Структурная схема электропривода (ЭП) с погружным электродвигателем и управление погружным электродвигателем

4.2. Структурные схемы и модели элементов электропривода погружного насоса

4.2.1. Структурная схема системы бездатчикового векторного управления магнитоэлектрическим двигателем

4.2.2. Инвертор

4.2.3. Широтно-импульсный модулятор регулятора тока

4.2.4. Структурная схема магнитоэлектрического двигателя

4.2.5. Структурная схема блока оценки частоты вращения ротора и угла положения ротора

4.2.6. Структурная схема блока задания тока, ШИМ регулятора тока и инвертора

4.3. Результаты моделирования режима пуска магнитоэлектрических двигателей погружных насосов

4.3.1. Результаты моделирования двигателя с радиально-ориентированными магнитами

4.3.1.1. Результаты моделирования двигателя при частоте вращения - 2000 об / мин

4.3.1.2. Результаты моделирования двигателя при повышенной частоте вращения - 2600 об / мин

4.3.2. Результаты моделирования двигателя с тангенциально-ориентированными магнитами на роторе

4.3.2.1. Результаты моделирования двигателя при частоте вращения - 2000 об / мин

4.3.2.2. Результаты моделирования двигателя при повышенной частоте

вращения - 2600 об / мин

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Многополюсный магнитоэлектрический двигатель с дробными зубцовыми обмотками для электропривода погружных насосов»

Введение

Актуальность работы. Разработка бесштанговых насосов в России началась еще до революции. Когда A.C. Артюнов вместе с В.К. Домовым разработали скважинный агрегат, в котором центробежный насос приводился в действие погружным электродвигателем. Советские инженеры, начиная с 20-х годов, предлагали разработку поршневых насосов с поршневым пневматическим двигателем. Одним из первых такие насосы разработал М.И. Марцишевский. Разработка скважинного насоса с пневмодвигателем была продолжена в «Азинма-ше» В.И.Документовым. Скважинные центробежные насосы с электроприводом разрабатывались в предвоенный период А.А.Богдановым, A.B. Крыловым, Л.И. Штурман. Промышленные образцы центробежных насосов с электроприводом были разработаны в особом конструкторском бюро по бесштанговым насосам. Эта организация вела все работы по скважинным бесштанговым насосам, в том числе и по винтовым, диафрагменным и др [1].

Нефтегазодобывающая промышленность с открытием новых месторождений нуждалась в насосах для отбора из скважины большего количества жидкости. Естественно, что наиболее рациональным оказался лопастной насос, приспособленный для больших подач. Из лопастных насосов получили распространение насосы с рабочими колесами центробежного типа, поскольку они давали большой напор при заданных подачах жидкости и габаритах насоса [1].

Широкое применение скважинных центробежных насосов с электроприводом обусловлено многими факторами. При больших отборах жидкости из скважины установки электроцентробежных насосов (УЭЦН) наиболее экономичны и наименее трудоемки при обслуживании, по сравнению с компрессорной добычей и подъёмом жидкости насосами других типов. При больших подачах энергетические затраты на установку относительно невелики. Обслуживание УЭЦН просто, так как на поверхности размещаются только станция управления и трансформатор, не требующие постоянного обслуживания. Монтаж оборудования УЭЦН прост, так как станция управления и трансформатор не

нуждаются в устройстве фундаментов. Эти два узла УЭЦН размещают обычно в легкой будке. Кроме того, УЭЦН обладают более высокими техническими и экономическими характеристиками, в частности, высоким коэффициентом полезного действия, высоким коэффициентом мощности и удельной мощности на единицу массы установки в целом, что, собственно, и обусловило столь быстрое развитие УЭЦН и их масштабное применение [1].

При добыче жидкостей повышенной вязкости, с высоким содержанием механических примесей и газа, применение УЭЦН и традиционных механизированных способов малоэффективно. Поэтому для добычи нефти из скважин с осложненными условиями и малодебитных скважин разработаны установки электровинтовых насосов с погружным электродвигателем (УЭВН) [2]. Использование в этих условиях УЭВН по сравнению с УЭЦН обеспечивает более высокий КПД, уменьшение габаритов и снижение затрат на тонну добываемой нефти [3]. При всех достоинствах УЭВН высокая частота вращения погружного двигателя накладывает дополнительные риски по эксплуатации в малодебитных скважинах вследствие перегрева и износа обоймы. Для повышения эффективности работы УЭВН необходимо создать двигатель с регулируемой частотой вращения в диапазоне 250-1000 об/мин [4].

Таким образом, оптимизация отбора продукции достигается за счет регулирования частоты вращения вала погружного электродвигателя. Суммируя требования, изложенные в различных источниках, можно заключить, что электропривод (ЭП) нефтедобывающих насосов должен обладать следующими основными качествами [5, 6, 7, 8, 9]:

1. Быть регулируемым в широком диапазоне частот вращения (1:8) и нагрузок (1:10);

2. Работать с ослаблением поля при частотах вращения выше номинальной скорости;

3. Регулировать частота вращения электродвигателя;

4. Иметь плавный разгон электродвигателя с заданным темпом;

5. Иметь высокие КПД и коэффициент мощности при всех основных режимах эксплуатации;

6. Обеспечивать длительную работу при минимальных частотах вращения и минимальных расходах охлаждающей (пластовой) жидкости;

7. Иметь малые потери в длинной силовой линии связи погружного электродвигателя с поверхностью;

8. Обеспечивать возможность автоматической адаптации к изменяющимся условиям функционирования для оптимизации режима работы насосной установки;

9. Уменьшить количество датчиков и использование встроенных оптических датчиков положения в современных приводах и получение скорости путем дифференцирования положения является приемлемым путем решения данной проблемы. Однако следует отметить, что бездатчиковые алгоритмы более чувствительны к разбросу параметров.

10. Обладать свойствами, позволяющими применить достаточно простые, но эффективные алгоритмы управления.

До настоящего времени в большинстве случаев в составе ЭП для погружного электронасоса используются погружные асинхронные двигатели серии (ПЭД). Этому типу привода присущи невысокие КПД и коэффициент мощности, большие пусковые токи, относительно большая длина электродвигателя, а также сложность реализации алгоритма эффективного управления. Асинхронные двигатели приводов нефтедобывающих насосов обладают неудовлетворительными массогабаритными показателями. Хотя можно повышать эффективность традиционных асинхронных двигателей, но это сложно сделать без увеличения размера двигателя.

Таким образом, в связи с возрастающими требованиями в повышении эффективности добычи нефти, используемые в настоящее время погружные асинхронные двигатели, не удовлетворяют запросам потребителей, поэтому необходима и актуальна разработка нового ЭП насосов с погружными электродвигателями, отвечающего современным требованиям.

Развитие новых типов электрических машин с постоянными магнитами и электронной коммутацией тесно связано с достижениями в микро - и энергоэлектронике, информатике и материаловедении. За последние годы электродвигатели с постоянными магнитами заняли прочное положение в производственных программах ведущих зарубежных электромашиностроительных компаний («Сименс», «ДженералЭлектрик», «Фанук» и др.). Это связано с созданием современных постоянных магнитов на основе соединения ШБеВ, которые могут обеспечить высокие значения остаточной магнитной индукции (до ВТ=1Л4 Тл) и имеют температурную стабильность при температурах до 200° С. Современные редкоземельные постоянные магниты способны обеспечить максимальную индукцию в воздушном зазоре без концентрации потока на уровне 0.6-0.8 Тл [Ю].

Преимущества этих двигателей позволяют применять их в различных устройствах, в том числе в безредукторных электроприводах непосредственного действия с повышенной надежностью. Одним из приоритетных направлений совершенствования погружных насосов является оптимизация их электропривода, одним из вариантом которого является электропривод с магнитоэлектрическими двигателями [11].

Магнитоэлектрические двигатели с постоянными магнитами можно разделить на два типа. Двигатель первого типа по принципу действия представляет собой обращенную машину постоянного тока с магнитоэлектрическим индуктором на роторе и обмоткой якоря на статоре, функции щеточно-коллекторного узла в которой выполняет полупроводниковый коммутатор, питающий обмотку якоря и переключающийся в функции положения ротора. Идеальная ЭДС фаз двигателя имеет трапециевидную форму. Такие двигатели называются бесконтактными (бесщеточными) электроприводами постоянного тока (БДПТ). Механические и электромеханические (скоростные) характеристики БДПТ полностью аналогичны характеристикам классической машины постоянного тока с независимым или магнитоэлектрическим возбуждением. Поэтому и системы автоматического управления скоростью БДПТ обычно строятся по классиче-

скому принципу подчиненного регулирования координат электропривода постоянного тока с контурами тока якоря и частоты вращения. Момент БДПТ образуется вследствие реакции двух магнитных потоков - статора и ротора. Магнитный поток статора всегда стремится так развернуть ротор с постоянными магнитами, чтобы поток последнего совпал с ним по направлению. При этом с помощью датчика положения ротора электрический угол между двумя потоками в БДПТ всегда сохраняется в диапазоне 90±30°, что соответствует максимальному вращающему моменту. Известно, что при прямоугольных напряжениях на фазах статора электромагнитный момент БДПТ существенно пульсирует (амплитуда пульсаций может достигать до 25% от номинального момента двигателя, что вызывает неравномерность вращения, ограничивающую диапазон регулирования скорости снизу. Поэтому целесообразно формировать в фазах статора близкие к прямоугольным токам, для чего используются замкнутые контуры регулирования [12].

Двигатели второго типа называются синхронными электродвигателями с постоянными магнитами (СДПМ). Синхронные двигатели с синусоидальной формой ЭДС вращения и, соответственно, с синусоидально распределенными по расточке статора трехфазными обмотками якоря сложнее в изготовлении. Однако они превосходят БДПТ по массогабаритным показателям, обеспечивают минимальные пульсации вращающего момента. В отличие от БДПТ, питание обмотки якоря СДПМ переменного тока осуществляется трехфазно-симметричной системой токов (напряжений), при этом используется ставшая уже стандартной силовая схема преобразователя электрической энергии на базе транзисторного ЮВТ-инвертора напряжения [12].

В синхронном двигателе переменного тока с постоянными магнитами используется непрерывный способ управления положением результирующего вектора МДС статора относительно вектора МДС вращающегося ротора на основе информации, получаемой от датчика положения ротора (ДПР) в виде эн-кодера или резольвера. При непрерывном способе управления положением вектора МДС статора на выходе инвертора формируется трехфазная симметричная

система синусоидального тока (по первым гармоникам), строго синхронная с положением ротора. В каждый момент времени в инверторе открыты три силовых ключа и по всем трем фазам обмотки статора протекает ток. Синусоидальные токи в обмотке статора формируются за счет применения пространственной ШИМ и векторного управления СДПМ. Для удобства расчета характеристик и показателей СДПМ трехфазный вентильный двигатель переменного тока преобразуется в эквивалентный двухфазный двигатель. Эти преобразования имеют свои особенности, которые следует учитывать при рассмотрении модулей СДПМ в выбранной системе координат [13].

Существует два способа уменьшения частоты вращения ротора двигателя

[14]:

1. Снижением частоты питания;

2. Увеличением числа полюсов.

Снижением частоты питания асинхронного двигателя можно добиться требуемых частот вращения насоса. Однако при этом резко снижается коэффициент мощности, коэффициент полезного действия и в целом эффективность асинхронного привода. Особенно это актуально при частотах вращения 100-500 об/мин [15]. В отличие от асинхронного двигателя характеристики магнитоэлектрических двигателей остаются приемлемыми и при снижении частоты вращения. Поэтому последние широко применяются в подобных приводах. Снижение частоты вращения путём увеличения числа полюсов технологически невозможно как в асинхронных двигателях, так и в магнитоэлектрических двигателях с классическими обмотками. Это связано с ограничением внешнего диаметра статора двигателя (80-160 мм).

Решением этой проблемы является применение в погружных насосах многополюсных синхронных электродвигателей с возбуждением от постоянных магнитов на роторе с дробными зубцовыми обмотками. Многополюсные магнитоэлектрические синхронные машины с зубцовыми обмотками появились сравнительно недавно и широкому кругу потребителей малоизвестны. В Росси первые публикации по этим двигателям принадлежат кафедре электромеханики

Новосибирского электротехнического института в середине 80-х годов прошлого века [16,17], некоторые модификации этих двигателей за рубежом появились несколько раньше. Развитие таких двигателей в первую очередь связано с появлением новых постоянных магнитов с большими удельными энергиями и стремительным развитием полупроводниковой и микропроцессорной техники.

В России в теорию и практику магнитоэлектрических машин большой вклад внесли A.A. Афанасьев, В.А. Балагуров, А.И. Бертинов, Д.А. Бут, Ф.Ф. Галтеев, A.A. Дубенский, Ю.Б. Казаков, А.Н. Ларионов, В.К. Лозенко, И.Е. Овчинников, И.Л. Осин, А.Ф. Шевченко и др. Результатом активного исследования этих машин явилась разработка и введение в эксплуатацию большого числа различных типоисполнений, различающихся положением ПМ на роторе, явно-нополюсностью (или ее отсутствием), положением ротора относительно статора, а также типом обмотки якоря.

Рассматриваемый двигатель не имеет пусковой обмотки, поэтому он может работать только от полупроводникового частотного преобразователя. Но для этого требуется знать точное положение ротора в любой момент времени. Задача решается либо с помощью выносного датчика положения ротора, либо определением положения ротора путем вычислений по другим параметрам двигателя. В качестве этих параметров используются токи и напряжения статорных обмоток.

Для таких машин целесообразно применение векторного управления током статора. В статье [18] была дана краткая характеристика современного алгоритма контроля момента (FOC) для синхронного двигателя с постоянными магнитами. За последние десять лет синхронные электродвигатели с постоянными магнитами, или вентильные заняли прочное положение в производственных программах ведущих зарубежных электромашиностроительных компаний (Siemens, Bosch Rexroth, General Electric, Ansaldo, Fanucu). Синхронные двигатели имеют практически неограниченный диапазон регулирования частоты вращения (1:10000 и более) и возможность ее регулирования по различным законам. Крутящий момент на валу любого двигателя переменного тока зависит

от угла между полями статора и ротора. Момент образуется при взаимодействии магнитодвижущей силы, которая создается токами в обмотках статора с магнитным потоком в воздушном зазоре, создаваемым ротором. Этот крутящий момент стремится выровнять магнитный поток ротора с намагничивающим полем статора и достигает максимума, когда вектор намагничивающего тока статора сдвинут по фазе на 90° относительно вектора потока ротора. В машине постоянного тока магнит находится в фиксированном положении, но переключение коммутатора и щеток обеспечивает правильную ориентацию намагниченности якоря к статору. В машинах переменного тока поле в воздушном зазоре вращается, но постоянный крутящий момент создается до тех пор, пока частоты полей статора и ротора синхронизированы. В синхронных двигателях переменного тока поле ротора создается постоянными токами в его обмотках или постоянным магнитом. Для создания постоянного крутящего момента токи статора должны быть синхронизированы по частоте и по угловому положению ротора. Синхронные машины с постоянным магнитом на протяжении многих лет используются в промышленных серво приложениях. Благодаря наличию постоянных магнитов, этот двигатель очень эффективен, поскольку позволяет получить более высокий постоянный крутящий момент по сравнению с асинхронным двигателем с аналогичными габаритами. Для упрощения расчетов трехфазная модель преобразуется в эквивалентную двухфазную модель с помощью преобразования Кларка. Алгоритм управления включает в себя значение текущего угла поворота для входа в синхронизм вентильной машины. Для этого требуется измерять угловое положение вала с помощью датчика положения, такого как датчик Холла или датчик углового положения. Ранее это требование, касающееся датчика углового положения ротора, ограничивало области применения двигателей, но благодаря развитию «бездатчиковых» алгоритмов управления в последние годы наблюдается рост использования этих двигателей в различных областях техники.

В синхронных двигателях переменного тока поле ротора создается постоянным током в обмотке возбуждения или постоянным магнитом. Для создания

постоянного крутящего момента токи статора должны быть синхронизированы по частоте и по угловому положению ротора. Использование магнитоэлектрического двигателя как альтернативы ДПТ в регулируемом приводе стало возможным с появлением соответствующей преобразовательной и цифровой вычислительной техники. Прежде всего, это связано с внедрением преобразователей на транзисторах с изолированным затвором (Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT)), использованием принципов широтно-импульсной модуляции (ШИМ) [19, 20,21,22].

Развитие принципов управления обуславливается развитием аппаратной базы привода: параметрами самого двигателя и его качествами, наличием датчиков угла поворота и (или) скорости, типом преобразователя, вычислительной мощностью контроллера. Реализация управления СДПМ с учётом этих требований позволяет судить об эффективности используемых алгоритмов. На протяжении последних 20 лет представление уравнений СДПМ в роторной системе координат стало основным способом описания его работы. Уравнения машины во вращающихся координатах обеспечивают большую наглядность протекающих в обмотках статора процессах. Действительные токи и напряжения статора в приведенной двухфазной неподвижной системе координат связаны с роторными величинами с однозначным преобразованием. Эти преобразования основаны на предположении о симметричности электрических и магнитных цепей всех обмоток. Кроме роторной системы координат иногда применяется статор-ная, при этом значение индуктивности обмоток статора связано тригонометрическими зависимостями с углом поворота ротора. Для реализации управления СДПМ по стандартным схемам (с использованием ПИ-регулятора) необходим тахогенератор и (или) датчик положения ротора. Вычисляя производную от положения ротора, можно определить скорость. Эта величина используется в уравнениях двигателя во вращающейся системе координат, а также в уравнениях перехода из статорной системы в роторную систему. При питании СДПМ угол поворота необходим для определения времени коммутации транзисторов или тиристоров [23].

В современной литературе в ряде работ [24, 25, 26] отчетливо просматривается тенденция к отказу от использования датчиков механических величин (Sensorless Control) и восстановления вектора состояния системы с помощью различных оценивающих моделей. Это обусловлено тем, что эти датчики снижают надежность всей системы, увеличивают стоимость привода, ухудшают массогабаритные показатели. Кроме этого, при определении скорости путем дифференцирования угла поворота на процесс управления могут существенно повлиять помехи. Несмотря на то, что современные коммерчески распространяемые приводы выпускаются со встроенными датчиками положения ротора, перспектива управления электродвигателям без датчиков механических величин остается очень заманчивой.

Большой вклад в решение задач исследования и разработке многих вариантов систем векторного управления ЭП переменного тока внесли выдающиеся отечественные и зарубежные ученые - Г.Г. Соколовский, Г.Б. Онищенко, В.И. Ключева, В.А. Шубенко, О.В. Слежановского, H.J1. Архангельского, И.И. Эп-штейна, А.Д. Поздеева, А.Е. Козярука, В.А. Дартау, В.В. Рудакова, В.В. Слепцова, Н.И. Мищенко, Панкратов В. В., А.Б. Виноградова, К. Hasse, F. Blaschke, R. H. Park, P. Pillay, R. Krishnan, H. Ripperger, G. Pfaff, A. Wick, G. Kaufman, L. Garces, T. Barton, Novotny, T. Lipo, Y. Stefanovic, R. Gabriel, Nordby С., С. Schauder, D. Naunin, К. Nordin, К. Bayrer, W. Leonhard, R. Lorenz, M. Depenbrock, T. Matsuo, M. Matsumoto, Katsuo Kobary, Hiroshi Ishida, S. Morimoto, T. Ohtami и др.

Таким образом, можно сформулировать следующие цели и задачи диссертационного исследования

Целью работы является разработка и исследование магнитоэлектрических синхронных двигателей с дробными зубцовыми обмотками с радиальными и тангенциальными магнитами на роторе для электропривода погружных насосов.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

1. Разработка расчетной математической модели для моделирования и исследования магнитного поля, электромагнитного момента и индуктивных параметров магнитоэлектрических двигателей с дробными зубцовыми обмотками с учётом реальной геометрии зубцовой зоны и насыщения магнитной системы;

2. Исследование влияния конструктивного исполнения ротора на магнитное поле и электромагнитный момент двигателей при различных значениях коэффициента полюсного перекрытия;

3. Исследование влияния размеров активного ядра (статора и ротора), их соотношений и конструктивного исполнения ротора (с радиально и тангенциально расположенными магнитами) с учётом реальной геометрии зубцовой зоны и насыщения магнитной системы на характеристики погружных магнитоэлектрических двигателей с дробными зубцовыми обмотками (на индуктивные параметры, на электромагнитный момент, на объём и размеры магнитов);

4. Разработка математической модели «магнитоэлектрические двигатели в системе координат (¿/-д), связанной с ротором - управляемый инвертор - система управления - адаптивная система с настраиваемой моделью»;

5. Исследование характеристик магнитоэлектрических двигателей с дробными зубцовыми обмотками в различных скоростных режимах;

6. Разработка имитационных моделей магнитоэлектрических двигателей в программной среде Ма^аЬ 7.5 - БигшИпк для исследования процесса пуска двигателей с бездатчиковым векторным управлением.

Объектом исследования являются многополюсные синхронные двигатели с постоянными магнитами и дробной зубцовой обмотками (ц<1) с двумя конструкциями индуктора: с тангенциально и радиально ориентированными магнитами.

Методы исследования. При решении поставленных задач в диссертации использовались методы математической физики, теории поля, электромеханики, методы теории электропривода, теории автоматического управления, тео-

рии пространства состояний, теории матричной алгебры и дифференциальных уравнений, математического и имитационного моделирования. Моделирование электромагнитного поля выполнено с помощью программы конечно-элементного анализа FEMM (Finite Element Method Magnetics). Для разложения коэффициентов само - и взаимоиндуктивности контуров обмотки используется функция быстрого разложения в ряд Фурье fft(V, встроенная в Mathcad. Реализация алгоритма датчикового и бездатчикового управления вектором тока статора двигателей осуществляется методом цифрового моделирования в пакете программ MatLab 7.5 - Simulink.

Научная новизна заключается в следующем:

1. Обоснована целесообразность применения многополюсных магнитоэлектрических двигателей с дробными зубцовыми обмотками для электропривода погружных насосов;

2. Разработана математическая модель для исследования магнитного поля с учётом реальной геометрии, конструктивного исполнения ротора и особенностей дробной зубцовой обмотки, обеспечивающая требуемую достоверность результатов;

3. На основе разработанной математической модели впервые выполнены исследования магнитного поля в погружных двигателях с дробными зубцовыми обмотками и возбуждением от постоянных магнитов, позволяющие выявить влияние геометрических размеров статора и ротора, их соотношения, модификаций ротора, насыщения магнитной системы и других факторов на объём магнитов, индуктивные параметры и электромагнитный момент;

4. Результаты моделирования двигателей показывают, что система бездатчикового векторного управления двигателями на основе адаптивной системы с настраиваемой моделью имеет высокую реакцию скорости при низких и высоких скоростях, позволяет обеспечить необходимое качество процесса пуска и обеспечивает эффективность управлять двигателями и плавный разгон двигателей.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Численные модели погружных магнитоэлектрических двигателей с радиальными и тангенциальными расположениями магнитов на роторе и дробной зубцовой обмоткой на статоре для исследования магнитного поля;

2. Результаты исследований с использованием разработанной математической модели влияния геометрических размеров статора и ротора, их соотношений, особенностей дробной зубцовой обмотки, конструктивного исполнения ротора и других факторов на электромагнитный момент, индуктивные параметры, объём магнитов и других характеристик, позволяющих оптимизировать технико-экономические показатели как погружного двигателя с дробной зубцовой обмоткой, так и системы электропривода в целом;

3. Результаты исследований процесса пуска бездатчикового векторного управления магнитоэлектрическими двигателями погружного насоса на основе адаптивной системы с настраиваемой моделью.

Практическая значимость работы.

1. Совокупность полученных в диссертационной работе результатов создает объективные предпосылки для внедрения в практику рекомендаций по конструированию и проектированию синхронных двигателей с постоянными магнитами с дробными зубцовыми обмотками. Предложенные рекомендации по выбору геометрии постоянных магнитов для получения электромагнитного момент позволяют повысить массогабаритных и энергетических показателей этих машин;

2. Разработанная математическая модель погружного двигателя с дробными зубцовыми обмотками и возбуждением от постоянных магнитов позволяет повысить точность результатов исследования распределения магнитного поля с учётом реальной геометрии зубцовой зоны и насыщения магнитной системы;

3. Результаты исследований влияния реальной геометрии статора и ротора, конструктивного исполнения ротора, особенностей дробной зубцовой обмотки и других факторов на электромагнитный момент, индуктивные пара-

метры, объём магнитов и т.д. позволяют разработать инженерные методики расчёта, обеспечивающие высокую точность и комплекс конкретных рекомендаций по обеспечению оптимальных технико-экономических показате-

о /— О Г" О V/ V

леи при разработке погружных двигателеи с дробной зуоцовои обмоткой и возбуждением от постоянных магнитов, а также системы электропривода в целом;

4. Разработаны подробные имитационные модели электропривода с магнитоэлектрическим двигателем с бездатчиковым векторным управлением в программной среде МаиЬаЬ/БтиНпк, которые могут быть использованы при расчёте как установившихся, так и переходных режимов магнитоэлектрических двигателей, применяющихся не только для погружных насосов, но и для машин общего применения;

5. Доказано, что синхронный электродвигатель с возбуждением от постоянных магнитов при оптимальных алгоритмах бездатчикового векторного управления обладает наилучшей энергетической эффективностью по сравнению с другими видами электромеханических преобразователей.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на различных российских и международных конференциях. На Всероссийской научной конференции молодых ученых "Наука. Технологии. Инновации" (г. Новосибирск, 2010, 2011 г.). На Всероссийской научно-практической конференции «Научная инициатива иностранных студентов и аспирантов российских вузов» (г. Томск, 2010, 2011 г.). На XVII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых "Современные техника и технологии" СТТ-2011(г. Томск, 2011 г.). На Международной молодежной конференции "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика " РЭЭиЭ -2011(г. Томск, 2011 г.).

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедре «Электромеханика» Новосибирского государственного технического университета при курсовом и дипломном проектировании.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 11 печатных работ, в том числе 3 статьи входящих в перечень, рекомендованный ВАК РФ, 1 публикация в сборнике научных трудов, 7 статьей в материалах международных и всероссийских конференций.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 106 наименований и приложений. Работа выполнена на 184 страницах основного текста, включая 105 рисунка и 15 таблиц.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность, изложены цели и задачи диссертационной работы, методы решения поставленных задач. Описаны состав и структура работы, показана научная новизна и практическая ценность работы, сформулированы положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен обзор литературы, посвященной устройствам, типам и предпосылкам существующих электрических погружных насосов (ЭПН) и погружных электродвигателей, и приводится их сравнительная характеристика. Рассматриваются конструктивные исполнения магнитоэлектрического двигателя с постоянными магнитами. Рассматриваются методы построения, устройство дробных зубцовых обмоток с q < 1, магнитодвижущие силы зубцовой дробной обмотки и анализ магнитного поля в воздушном зазоре и электромагнитного момента по методу гармонических проводимостей.

Во второй главе проведены исследования влияния конструктивного исполнения ротора на магнитное поле и угловые характеристики магнитоэлектрических двигателей с тангенциально - и радиально-ориентированными магнитами на роторе. Приведены результаты моделирования двигателей при изменении величины полюсного перекрытия и объёма магнитов. Алгоритм расчёта был принят следующий. При неизменной высоте магнита проводились расчёты при разных коэффициентах полюсного перекрытия. При этом изменялся и объём магнитов. Затем эти расчёты повторялись при других значениях высоты магнита. Представляет теоретический и практический интерес решение еле-

дующей задачи - определение зависимости максимального момента двигателя от объёма магнитов на роторе при различных значениях коэффициента полюсного перекрытия а§ = Ьм / т для двигателей с радиальным расположением магнитов и при различных значениях отношения Ъм / км для двигателей с тангенциальным расположением магнитов. Проведены исследования индуктивных параметров магнитоэлектрических двигателей с двумя конструкциями ротора. Модели электродвигателей были созданы для расчёта в программе БЕММ, использующей численный метод расчёта - метод конечных элементов.

В третьей главе рассматривается работа многополюсного магнитоэлектрического двигателя в различных режимах, характерных для электропогружных насосов. Для этого разработана математическая модель магнитоэлектрического двигателя в основе, которой лежит система дифференциальных уравнений, записанных в системе координат ротора (¿/-д) и преобразованных для реализации векторного управления. Исследуется принцип векторного управления магнитоэлектрическими двигателями в режиме постоянства электромагнитного момента и ослабления магнитного поля. Исследованы характеристики магнитоэлектрических двигателей погружных насосов в различных скоростных режимах.

В четвертой главе представлены результаты исследования процесса пуска магнитоэлектрического двигателя погружного насоса. Особенностью погружного двигателя является то, что он по ряду причин не имеет датчика положения ротора. Поэтому информация об угловом положении ротора получается косвенным путём. Для анализа процесса пуска разработаны подробные модели электропривода с магнитоэлектрическим двигателем с бездатчиковым векторным управлением в следующем составе: «магнитоэлектрический двигатель -управляемый инвертор - регулятор скорости (ПИ-регулятор) - широтно-импульсная модуляция (ШИМ) регулятора тока - адаптивная система с настраиваемой моделью ». Модели составлены для двух типов двигателей - с радиальным и тангенциальным расположением магнитов. Бездатчиковое векторное управление смоделировано на основе адаптивной системы с настраиваемой

моделью в соответствии с современными требованиями для погружных насосов. Адаптивная система с настраиваемой моделью включает основную модель (магнитоэлектрический двигатель), настраиваемую модель и механизм адаптации. Механизм адаптации настроит влияние настраиваемой модели, чтобы получить действительную частоту вращения двигателя. Для исследования процесса пуска двигателя было применено численное моделирование в среде Ма^аЬ 7.5 - БипиИпк. Реализовано моделирование режима пуска двигателей в режиме постоянства момента и повышенной частоты вращения, обеспечиваемой путём ослабления магнитного потока.

В заключении представлены основные результаты проделанной работ.

1. Основные виды электрических погружных насосов (ЭПН) и двигателей для ЭПН и основы теории синхронных двигателей с дробной зубцовой обмоткой

Одной из главных задач, стоящих перед нефтедобытчиками, является задача рационального использования истощенных месторождений и залежей с тяжело добываемой нефтью. В связи с этим все более значимыми являются вопросы научно обоснованного создания и эксплуатации более надежного нефтепромыслового оборудования, обладающего улучшенными выходными характеристиками, эффективность которого, в том числе экономическая, определяет эффективность всего процесса эксплуатации нефтяного месторождения [27].

В подавляющем числе случаев добыча нефти не обходится без специального оборудования и такой его важной составляющей, как насосная установка. Перспективными для добычи нефти в России являются только погружные насосные установки с регулируемым электроприводом: установка электроцентробежных насосов (УЭЦН) и электровинтовых насосов (УЭВН). За последние годы изготовителями проделана большая работа по повышению качества традиционных погружных насосных установок. Однако и сегодня они нуждаются в дальнейшем техническом совершенствовании, которое позволило бы удовлетворить возросшие требования потребителей и обеспечить рост эффективности их использования [28].

С учетом современного состояния и тенденций развития нефтедобывающей отрасли России, можно прогнозировать, что области применения будут поделены между центробежными и винтовыми погружными насосными установками следующим образом [29].

Высокодебитные скважины (Ож > 80 м3/сут) преимущественно эксплуатируются с УЭЦН с регулируемым электроприводом в непрерывном режиме работы. Среднедебитные (80 м3/сут > СЫ > 20 м3/сут) и малодебитные скважины (5 м3/сут < СЬс < 20 м3/сут) в основном эксплуатируются с УЭЦН работающими в кратковременном режиме работы. Всего с УЭЦН будут эксплуатиро-

ваться 70 - 80 % всех Российских скважин и ими будет добываться около 90 % всей нефти. УЭВН эксплуатируются, прежде всего, в скважинах с вязкой нефтью. Кроме того, УЭВН целесообразно использовать в скважинах со сверхнизким дебитом (Ож < 5 м3/сут). Другие способы механизированной добычи нефти будут использоваться менее чем на 5% скважин [29].

До настоящего времени для привода нефтедобывающих насосов, как правило, используются погружные асинхронные электродвигатели серии ПЭД. Этому типу привода присущи невысокие КПД и коэффициент мощности, большие пусковые токи, относительно большая длина электродвигателя, а также сложность реализации алгоритма эффективного управления. Поэтому необходима и актуальна разработка нового электропривода насосов с погружными электродвигателями, отвечающего современным требованиям [30].

1.1. Обзор и устройство существующих установок электроцентробежных насосов (УЭЦН)

Установка ЭЦН, как правило, состоит из погружного насосного агрегата (электродвигателя с гидрозащитой и насоса), кабельной линии (круглого или плоского кабеля с муфтой кабельного ввода), оборудования устья скважины и наземного электрооборудования: трансформатора и станции управления (комплектного устройства) (см. рис. 1.1). Трансформаторная подстанция преобразует напряжение промышленной сети до оптимальной величины на зажимах электродвигателя с учетом потерь напряжения в кабеле. Станция управления обеспечивает управление работой насосных агрегатов и их защиту при нештатных режимах [30, 31].

Погружной насосный агрегат, состоящий из насоса и электродвигателя с гидрозащитой и компенсатора, опускается в скважину. Кабельная линия обеспечивает подвод электроэнергии к электродвигателю. Над секциями насоса устанавливаются обратный и сливной клапаны. Насос откачивает жидкость из скважины и подает ее на поверхность по колонне [30, 31].

V--

Оборудование, входящее в ком-шектный привод

Узлы и оборудование, применяемые $ серийных УЭЦН

Рисунок 1.1- Установка ЭЦН 1 - Двигатель 2 - станция управления 3 - гидрозащита 4 - насос 5 - кабельная линия 6 - трансформатор

Принцип действия установки следующий. Электрический ток из промышленной сети через трансформатор и станцию управления по бронированному кабелю поступает к электродвигателю 1. Вращая вал насоса 4, электродвигатель приводит его в действие. Всасываемая насосом водо-нефтяная жидкость проходит через фильтр и нагнетается по подъемным трубам на поверхность. Чтобы жидкость при остановке агрегата не сливалась из подъемных труб в скважину, в трубах над насосом смонтирован обратный клапан [30, 31].

Выпускаемые для нефтяной промышленности погружные насосы содержат от 415 до 1300 ступеней. Секции насоса, связанные фланцевыми соединениями, представляют собой металлический корпус, изготовленный из стальной трубы длинои несколько метров. Длина насоса определяется числом рабочих ступеней, число которых, в свою очередь, определяется основными параметрами насоса - расходом и напором. Подача и напор ступеней зависят от поперечного сечения и конструкции проточной части (лопаток), а также от частоты вращения. В корпусе секций насоса вставляется пакет ступеней представляющих собой собрание на валу рабочих колес и направляющих аппаратов [32].

Несмотря на то, что монтаж погружных насосных станций значительно проще, чем монтаж штанговых установок, производство работ по установке, тем не менее, остается весьма трудоемким и в связи с этим к насосному оборудованию предъявляются довольно высокие требования по надежности работы станции в целом и приводного электрического двигателя в частности. Именно по этим причинам на сегодняшний день первоочередной задачей для конструкторов, занимающихся, проектированием погружных двигателей является создание надежного двигателя, способного длительное время без сервисного обслуживания, а зачастую вплоть до вывода из эксплуатации работать без отказов, не создавая простоя в разработке скважины [32].

1.2. Обзор и устройство существующих установок электровинтовых насосов (УЭВН)

Наиболее распространённым в Российской Федерации механизированным способом добычи нефти в малопродуктивных скважинах являются штанговые скважинные установки (УСШН) и низкодебитные установки электроцентробежных насосов (УЭЦН), зачастую работающие с остановками на приток [33].

Основной проблемный вопрос эксплуатации малопродуктивного фонда скважин, оборудованных УЭЦН, заключается в более высоком уровне затрат на тонну добываемой нефти. Применение УСШН не всегда позволяет сохранить текущий уровень добычи в связи с ограничениями по вязкости добываемого флюида и нагрузок по глубине спуска насоса. При добыче жидкостей повышенной вязкости, с высоким содержанием механических примесей и газа, применение традиционных механизированных способов малоэффективно.

Для добычи нефти из скважин с осложненными условиями разработаны установки электровинтовых насосов с погружным электродвигателем (УЭВН) и винтовые насосы с поверхностным приводом (УВНП), обладающие целым рядом преимуществ по сравнению с насосами других типов. Также внедрение УЭВН позволяет сократить потребление энергии.

При всех достоинствах УЭВН высокая частота вращения погружного двигателя накладывает дополнительные риски по эксплуатации в малопродуктивных скважинах вследствие перегрева и износа обоймы. Применение винтовых насосов с поверхностным приводом ограничивается высоким уровнем потерь на вязкое трение и большим количеством отказов штанговой колонны при работе на повышенных частотах вращения, в связи с этим наибольший практический интерес представляет решение задач по оптимизации их работы в малопродуктивных скважинах.

Большинство насосов приводится от погружного асинхроннного электродвигателя с частотой вращения 1500 об/мин. С целью увеличения долговечности и расширения области применения УЭВН при эксплуатации малодебитных скважин наметилась тенденция снижения частоты вращения приводного вала. Винтовой насос может эффективно работать на низкой скорости и её оптимальная величина лежит в диапазоне 100-500 об/мин. Существующие погружные двигатели не могут быть применены в винтовых насосах непосредственно из-за высокой частоты вращения. И применение понижающих редукторов для повышения эффективности работы системы, невозможно в узких нефтяных скважинах. Таким образом, разработка и исследование погружного электродвигателя с низкой частотой вращения и высоким крутящим моментом является в настоящее время одной из важных задач [34].

И, наконец, повышение эффективности работы установки УЭВН достигается за счет регулирования частоты вращения электродвигателя в диапазоне 250-1000 об/мин. Это позволяет экономить электроэнергию и повысить ресурс УЭВН. Однако создание погружных асинхронных двигателей с частотой вращения менее 1000 об/мин практически невозможно [14].

1.3. Обзор существующих погружных электродвигателей и их сравнительная характеристика

Погружной электродвигатель (ПЭД) - это один из основных узлов установки электроцентробежных насосов (УЭЦН) и электровинтовых насосов (УЭВН) для добычи нефти. От его конструкции, надежности, качества зависит долговечность всей установки в целом.

В настоящее время в нефтедобывающей промышленности взамен нерегулируемых ПЭД на основе асинхронных двигателей все более широкое применение находят регулируемые приводы с преобразователями частоты (ПЧ). Среди указанного вида оборудования можно выделить приводы с использованием асинхронного (АД) и вентильного (ВД) двигателей. Применение ПЧ в приводе с асинхронным двигателем позволяет решить вопрос регулирования частоты вращения насоса, однако не может повысить его эффективность по сравнению с вентильным двигателем. Кроме того, при эксплуатации насосных установок с асинхронным двигателем в определённых режимах отбора жидкости из скважины возникают некоторые технологические проблемы, которые приводят к существенному снижению энергетической эффективности работы насосных установок [35].

1.3.1. Асинхронные двигатели погружных насосов

До последнего времени в большинстве случаев в составе электропривода для погружного электронасоса используются погружные асинхронные двигатели (АД) серии ПЭД. Основных недостатков у асинхронных ПЭД два. Первый -это относительно невысокие КПД (83.5 - 84.5%) и большие значения рабочих и пусковых токов (IПуска =5/н), что оборачивается повышенным расходом электроэнергии, перегревом двигателя и соответствующим снижением ресурса установки. Второй состоит в недостаточном диапазоне регулирования частоты вращения вала с сохранением стабильного момента, что не позволяет использо-

вать асинхронные ПЭД в качестве привода для установок винтовых насосов (УЭВН) с диапазоном регулирования частоты вращения до 700 об/мин [36].

Двигатель специальной конструкции представляет собой асинхронный двухполюсный двигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором. Двигатель заполнен маловязким маслом, которое выполняет функцию смазки подшипников ротора и отвода тепла к стенкам корпуса двигателя, омываемого потоком скважинной продукции. Ротор двигателя секционный; секции собраны на валу двигателя, изготовлены из пластин электротехнической стали и имеют пазы, в которые вставлены медные или алюминиевые стержни, закороченные с обеих сторон секции токопроводящими кольцами. Между секциями вал опирается на подшипники скольжения, которые фиксируются относительно внутренней поверхности статора. Фиксация ротора в осевом направлении в рабочем положении двигателя обеспечивается подпятником, расположенном в верхней части двигателя. По всей длине вал электродвигателя имеет отверстие для циркуляции масла внутри двигателя, осуществляемой также через паз статора. В нижней части двигателя имеется масляный фильтр. Секции статора разделены немагнитными пакетами, в которых расположены опорные радиальные подшипники. Нижний конец вала также закреплен в подшипнике [37].

Погружные асинхронные электродвигатели стандартного исполнения являются широко известными и привычными для нефтяников двигателями. Выпускается несколько серий данных двигателей, отличающихся напряжениями и потребляемым током. Выпускаемые двигатели имеют мощность от 22 до 200 кВт в габарите 117 мм и от 16 до 100 кВт в габарите 103 мм [38, 39]. Двигатели используются для привода центробежных насосов для откачки пластовой жидкости из нефтяных скважин (табл. 1.1).

Таблица. 1.1

Технические данные двигателей серии ПЭД

Тип Электродвигателя Номинальная мощность, кВт Напряжение номинальное, В Номинальный ток, А Количество пакетов, щт ч: с Коэффициент мощности Скольжение, % Скорость охлаждающей жидкости, м/с, не менее Масса, кг, ±0,5%

Односекционные

ХПЭДМТ 12-117 В5 12 380 26 3 84,5 0,85 5 0,05 126

ХПЭДМТ16-117В5 16 750 18 4 84,5 0,85 5 0,05 157

ХПЭДМТ22-117 В5 22 750 24 6 84,5 0,85 5 0,05 210

ХПЭДМТ28-117 В5 28 900 26 7 84,5 0,84 5 0,08 239

ХПЭДМТ32-117 В5 32 1000 26 8 85 0,86 5 0,08 268

ХПЭДМТ40-117 В5 40 1200 27 10 84,5 0,86 5 0,08 297

ХПЭДМТ45-117 В5 45 1400 26 11 85 0,86 5 0,08 355

ХПЭДМТ 50-117 В5 50 1400 28 12 84,5 0,86 5,2 0,10 384

ХПЭДМТ56-117 В5 56 1400 32 13 84,5 0,86 5,2 0,12 413

ХПЭДМТ63-117 В5 63 2000 25 15 85 0,85 5,2 0,12 470

ХПЭДМТ70-117 В5 70 2000 28 16 83 0,85 5,6 0,3 495

ХПЭДМТ90-117 В5 90 2000 37,3 18 84 0,83 5 0,3 570

ХПЭДМТ 100-117 В5 100 2000 40 18 84 0,83 5 0,33 570

Двухсекционные

ХПЭДМТ 80-117 В5 80 2000 34 18 84,5 0,83 5,2 0,3 569

ХПЭДМТ90-117 В5 90 2000 41 20 85,0 0,83 5,2 0,3 625

ХПЭДМТ 100-117 В5 100 2000 38,5 22 84,5 0,83 5,2 0,3 681

ХПЭДМТ 125-117 В5 125 2000 51,5 30 85,0 0,85 5,2 0,3 905

Продолжение табл. 1.1

Тип Электродвигателя Номинальная мощность, кВт Напряжение номинальное, В Номинальный ток, А Количество пакетов, щт кпд% Коэффициент мощности Скольжение, % Скорость охлаждающей жидкости, м/с, не менее Масса, кг, ±0,5%

Двухсекционные

ХПЭДМТ 140-117 В5 140 2000 56 32 84,5 0,85 5,2 0,5 965

ХПЭДМТ 160-117 В5 160 2250 59 34 84,0 0,83 5,2 0,5 1048

ХПЭДМТ 180-117 В5 180 2500 60 36 83,5 0,83 5,2 0,6 1101

ХПЭДМТ220-117 В5 220 2700 69,2 38 83,5 0,83 5,2 0,6 1157

Асинхронные приводные двигатели обладают рядом несомненных преимуществ перед вентильными двигателями [34]:

11.просты и технологичны в изготовлении;

12.способны работать непосредственно от сети;

13.не требуют установки дорогостоящих станций управления и промежуточных трансформаторов;

14.не имеют в своём составе дорогостоящих магнитов.

Но нельзя однозначно утверждать, что асинхронный тип двигателей является идеальным вариантом для погружных двигателей. Ряд вышеупомянутых преимуществ является неоднозначным, поскольку в случае отсутствия в составе установки ЭЦН станции управления исключается возможность управления интенсивностью выкачивания нефти, что является значительным недостатком, особенно если установка эксплуатируется в малодебитной скважине и, безусловно, в этом случае повышается риск выхода из строя электродвигателя установки ЭЦН.

Таким образом, в связи с возрастающими требованиями в повышении эффективности добычи нефти, используемые в настоящее время погружные асинхронные двигатели, не удовлетворяют запросам потребителей. Поэтому необходима и актуальна разработка нового электропривода насосов с погружными электродвигателями, отвечающего современным требованиям.

1.3.2. Вентильные двигатели с постоянными магнитами

Возможности дальнейшего повышения параметров энергетической эффективности погружных асинхронных двигателей практически исчерпаны, поэтому около десяти лет назад по техническому заданию ОАО «ЛУКОЙЛ» были начаты работы по созданию приводов погружных центробежных насосов на основе вентильных электродвигателей с постоянными магнитами на роторе. Помимо улучшения, по сравнению с ПЭД, энергетических характеристик возможность регулирования частоты вращения вентильных электродвигателей существенно повышает технологические возможности при эксплуатации центробежных и винтовых погружных насосов [40].

Вентильные двигатели (ВД) сочетают в себе преимущества машин постоянного тока, имея разнообразные механические характеристики, хорошие регулировочные свойства и бесконтактность асинхронных машин. Поэтому ВД также называют бесконтактными двигателями постоянного тока с системой возбуждения от постоянных высококоэрцитивных магнитов, в котором вместо электромеханического коммутатора (коллектора) используется электронный преобразователь постоянного тока в переменный (инвертор). В качестве ключей (вентилей) в инверторе используются силовые полупроводниковые элементы -транзисторы или тиристоры. Так, выпрямитель и инвертор устанавливаются в станции управления и выполняются на низкое напряжение. Там же устанавливается цифровой вычислительный блок, который выполняет функцию датчика положения ротора [41, 42, 43].

Высокая энергоэффективность вентильных электродвигателей определяется изначально заложенной в конструкцию их роторов высококоэрцитивных постоянных магнитов из сплавов редкоземельных металлов с высокими удельными показателями энергии. Потери на возбуждение в таких двигателях отсутствуют, КПД на 3-5% выше, а массогабаритные показатели в 1.5 раза выше по сравнению с асинхронными двигателями [44]. В последние годы разработаны и освоены промышленностью постоянные магниты с высокой энергией на базе композиций самарий-кобальт и неодим-железо-бор (КеБеВ). Основные параметры таких магнитов достигают следующих значений: остаточная индукция Вг= 1.4-5-1.5 Тл, коэрцитивная сила Нс= 9004-1000 кА/м, максимальная энергия

(ВН) = 390-И-00 кДж/мЗ, рабочая температура ¿= 180^-200 °С [45].

По сравнению с асинхронным двигателем, питаемым от преобразователя частоты, вентильный двигатель обладает следующими преимуществами [41]:

1. отсутствие токовых потерь в роторе;

2. более высокий КПД в сравнении с асинхронным ЭД;

3. более низкие значение рабочего тока;

4. высокая перегрузочная способность;

5. управляемый пуск;

6. возможность изменения частоты вращения ротора с помощью станции управления с частотным преобразователем;

7. меньший вес активных материалов.

Основные недостатки вентильного электродвигателя:

1. высокая стоимость магнитных материалов;

2. высокая стоимость изготовления и доводки роторов с постоянными магнитами, организации текущего ремонта;

3. низкая коррозионная стойкость магнитных материалов на основе сплавов КеБеВ;

4. снижение магнитных свойств при температурах более (150-180)°С;

5. высокая пульсация момента на валу.

В настоящее время освоен выпуск односекционных вентильных электродвигатели в габарите 81 мм, 103 мм, и 117 мм. Электродвигатели выполняются трехфазными маслозаполненными. Полюса на роторе образуются постоянными магнитами из магнитотвердых спеченных материалов, которые устанавливаются в шихтованные пакеты ротора из электротехнической стали [46].

Односекционные вентильные электродвигатели для ЭЦН габарита (диаметра) 117 отличаются широким диапазоном мощностей - от 18 до 200 КВт при 3000 об/мин, при напряжении от 560 до 2300 В. Технические характеристики вентильных электродвигателей представлены в таблице 1.2 [47].

Таблица. 1.2

Односекционные вентильные электродвигатели для ЭЦН с диапазоном регули-

рования частоты вращения 500...3500 об/мин габарита 117 мм

Тип электродвигателя Номинальная мощность, кВт Напряжение номинальное, В Номинальный ток, А КПД% Коэффициент мощности Длина, мм Масса, кг, ±0,5%

1ВЭДБТ18-117В5 18 560 23,0 91,0 0,955 1615 97

1ВЭДБТ26-117В5 26 560 23,0 91,0 0,955 1995 126

1ВЭДБТ36-117В5 36 1120 23,5 91,5 0,960 2375 155

1ВЭДБТ45-117В5 45 1400 23,5 92,0 0,960 2755 184

1ВЭДБТ54-117В5 54 1680 23,5 92,0 0,960 3135 184

1ВЭДБТ63 □ 117В5 63 1960 23,5 92,0 0,960 3515 240

1ВЭДБТ72-117В5 72 1790 29,5 92,0 0,960 3895 271

1ВЭДБТ110-117В5 110 2000 40,0 92,0 0,960 5415 387

1ВЭДБТ128-117В5 128 2400 40,0 93,0 0,960 6175 445

Продолжение табл. 1.2

Тип электродвигателя Номинальная мощность, кВт Напряжение номинальное, В Номинальный ток, А КПД% Коэффициент мощности Длина, мм Масса, кг, ±0,5%

1ВЭДБТ180-117В5 180 2070 65,5 93,0 0,960 7695 561

1ВЭДБТ200-117В5 200 2300 65,5 93,0 0,960 8455 619

Основные характеристики односекционных вентильных электродвигателей производства завода «Борец» для ЭВН с диапазоном регулирования частоты вращения 250... 1500 об/мин и мощностями в диапазоне от 10 до 70 КВт при 1000 об/мин, при напряжении 320...2150 приведены в таблице 1.3[47].

Таблица. 1.3

Односекционные вентильные электродвигатели для ЭВН с диапазоном регулирования частоты вращения 250... 1500 об/мин габарита 117 мм

Тип

электродвигателя

н

А Н О

о к

в

о

3

к

А

И

к §

о Щ

ю

Заключение диссертации по теме «Электромеханика и электрические аппараты», Салах Ахмед Абдель Максуд Селим

Основные выводы по диссертационной работе:

1. Проведенный анализ литературы показал, что магнитоэлектрические двигатели обладают рядом положительных качеств, которые позволяют успешно применять их в составе электропривода погружных насосов. В качестве объекта исследования выбран синхронный двигатель с дробными зубцовыми обмотками с возбуждением от постоянных магнитов с двумя типами роторов. Первая модель - ротор коллекторного типа с тангенциальным расположением магнитов. Вторая модель - ротор с радиальным расположением магнитов. Многополюсного синхронного электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов на роторе с дробными зубцовыми обмотками имеет ряд преимуществ, как перед асинхронными, так и перед вентильными двигателями с классическими обмотками.

2. Разработана математическая модель двигателей для исследования магнитного поля с учётом реальной геометрии, конструктивного исполнения ротора и особенностей дробной зубцовой обмотки, обеспечивающая требуемую достоверность результатов.

3. Исследовано и количественно оценено влияние геометрических размеров статора и ротора, их соотношения, модификаций ротора, насыщения магнитной системы и других факторов на значение электромагнитного момента и величину индуктивных параметров магнитоэлектрических двигателей с дробными зубцовыми обмотками.

4. Подробно проведены исследования влияния конструктивного исполнения ротора на магнитное поле и угловых характеристик магнитоэлектрических двигателей с тангенциально - и радиально-ориентированными магнитами. Проведённый теоретический и практический интерес зависимости максимального момента двигателей от объёма магнитов на роторе при различных значениях коэффициента полюсного перекрытия позволяет сделать: сопоставление двигателей с различной конструкцией ротора при одинаковых объмах магнитов на роторе; определение объёма и размеров магнитов, обеспечивающих максимальный электромагнитный момент двигателя; для двигателей с ротором коллекторного типа поиск таких соотношений между шириной и высотой магнита и объема магнитов, которые бы обеспечивали одинаковое значение электромагнитного момента с двигателем с радиально-ориентированными магнитами. А также следует отметить, что полученные зависимости позволяют оптимально производить выбор объёма магнитов, необходимых для обеспечения заданного момента двигателя. Варьируя отношением Ьм I т можно обеспечить получение необходимого момента при минимальном расходе магнитов.

5. Разрабтнная модель и результаты исследования влияния геометрии и конструктивного исполнения ротора для погружных электродвигателей с постоянными магнитами с дробными зубцовыми обмотками выполнены впервые и позволят повысить технические экономические показатели.

6. Проведенные расчеты и анализ конструкции показали, что двигатель с ротором «коллекторного» типа создает больший вращающий момент с единицы объёма ротора по сравнению с двигателем, у которого магниты закреплены на поверхности ротора и тем самым появляется возможность значительно повысить использование активного объёма машины.

7. Проведён сравнительный анализ индуктивных параметров магнитоэлектрических двигателей с двумя конструкциями ротора. Отметим, что индуктивности фазных обмоток магнитоэлектрических машин с ротором с тангенциальным размещением магнитов являются периодическими функциями угла между осью фазы и продольной осью ротора ¿/. Индуктивности двигателей с радиальным расположением магнитов с ненасыщенной магнитной системой являются постоянными. Однако современные магнитоэлектрические машины выполняются с высокой степенью насыщения, и это приводит к разнице индуктивностей по осям й ж q.

8. Приведена математическая модель трехфазного синхронного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов, которая используется при моделировании и построении системы бездатчиковото управления электроприводом на основе адаптивной системы с настраиваемой моделью.

9. Приведена математическая модель адаптивной системы с настраиваемой моделью, которая используется при моделировании и построении системы управления электроприводом без датчика положения ротора. Разработана адаптивная система с настраиваемой моделью, позволяющая упростить реализацию алгоритма векторного управления двигателями без датчика положения ротора.

Ю.Исследованы характеристики магнитоэлектрических двигателей в различных скоростных режимах, характерных для электропогружных насосов. Полученные характеристики магнитоэлектрических двигателей в различных скоростных режимах отвечают необходимым условиям для погружных насосов.

11. С использованием разработанной математической модели исследованы магнитоэлектрические двигатели с бездатчиковым способом управления током статора двигателя, отвечающие современным требованиям для электропривода погружных насосов.

12,Обоснована целесообразность применения многополюсных магнитоэлектрических двигателей с дробными зубцовыми обмотками для электропривода погружных насосов.

13.Разработанные математические модели, а также результаты исследований и полученные рекомендации использованы при проектировании и исследовании магнитоэлектрических двигателей, применяющихся для электропривода погружных насосов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Салах Ахмед Абдель Максуд Селим, 2012 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Установки погружных центробежных насосов (УЭЦН) // mixzona.rU/r/get_referat/36952/

2. Шенгур Н.В., Маслак Е.П. Повышение эффективности и долговечности работы установок электроприводных винтовых насосов для добычи нефти с пусковыми муфтами. // Журнал «Рынок Электротехники». - 2006. - №.1.

3. Винтовые насосы - выбор или необходимость // vestnik.kazntu.kz/files/newspapers/33/903/903.pdf

4. Сухотеплый Вадим Петрович. Приводы на основе вентильных электродвигателей в составе УЭЦН при эксплуатации малодебитного фонда скважин // Журнал «Рынок Электротехники». - 2010. - №. 7. - С. 91-95.

5. Нефтепромысловое оборудование системы управления // http://www.elekton.ru/pdf/cat2007.pdf

6. Автоматизированные насосные установки АНУ // http://www.Hnas-pump.ru/catalog/pdf-cat/linas_anu_0210.pdf

7. Anyuan Chen, Ravindra. В. Ummaneni, Robert Nilssen and Arne Nysveen. Review of electrical machine in downhole applications and the advantages // IEEE. - 2008. - P. 799-803.

8. Ведерников B.A., Лысова O.A., Лопатин P.P.. Исследование и анализ процесса «Расклинивания» погружных насосов установок добычи нефти // Вестник кибернетики. - Институт проблем освоения Севера СО РАН. -2010. -№. 9. - С. 28-36.

9. Еркеев Р.Ф. Перспективы развития моделирования частотно-регулируемых электроприводов для нефтегазопромыслового оборудования // ГОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет». -Участники международного конкурса Золотой резерв нефтегаза. - г. Уфа. -26 апреля 2010 г. - №. 34.- 5с.

Ю.Афонин А. А. Способ повышения магнитной индукции в зазоре электромеханических преобразователей энергии с постоянными магнитами // Доповиди НАН Украйни. - 2007. - №. 6. - С. 76-80.

11. Shehab Ahmed, Hamid A. Toliyat. Coupled field analysis needs in the design of submersible electric motors // Electric Ship Technologies Symposium, 2007. ESTS '07. - IEEE. - Arlington, VA. - 21-23 May 2007. - P. 231-237.

12. Панкратов В. В. Вентильный электропривод: от стиральной машины до металлорежущего станка и электровоза // Электронные компоненты. - 2007. -№. 2.-С. 68-77.

13. Фираго Б.И. Насчет характеристик и показателей трехфазных вентильных двигателей переменного тока // Вюник КДУ iMem Михайла Остроградського. - Випуск 3/2010 (62). - Частина 1. - С. 48-52.

14. Zhang Bingyi, Liang Bingxue, Feng Guihong, Zhuang Fuyu. Research of multipolar permanent magnet synchronous submersible motor for screw pump. // International Conference on Mechatronics and Automation. - Harbin. - China. -5-8 August. 2007.-P. 1011-1016.

15. Henneberger St., Van Haute S., Hameyer K., Belmans R. Submersible installed permanent magnet synchronous motor for a photovoltaic pump system // IEEE International Electric Machines and Drives Conference Record. - IEMDC. -1997.-PWB2 10.1-10.3.

16. Шевченко А.Ф. Новые многополюсные синхронные двигатели исполнительных электромеханизмов // В кн.: Автоматизированный электропривод. М.: Энергоатомиздат. - 1990.

17. Шевченко А.Ф. Синхронный электродвигатель А.с. №1345291 опубл. 15.10.87 Бюлл.-№. 38.

18. Виталий Шевченко. Использование контроллеров компании International Rectifier семейства IRMCF3xxb бытовой технике // Chip news Украина, октябрь. - 2007. - №. 8. - С. 2-5.

19. Kim D.H., Kang J.H., Kim S. Full digital controller of permanent magnet AC servo motor for industrial robot and CNC machine tool // IECON-94. - 1994. -Vol. 3.-P. 61-67.

20. Обухов H.A., Горбунов В.Г., Чуев П.В., Анучин А.С. Высокопроизводительные встраиваемые системы управления двигателями на базе сигнального микроконтроллера TMS320F241. // Chip news. - Май 2000. - С. 28-32.

21.Bose В. К. Power electronics and motion control-Technology status and recent trends. // IEEE Trans. Ind. Application. - Sept. /Oct. 1993. - Vol. 29. - P. 902909.

22.Der-Fa Chen, Tian-Hua Liu. Design and implementation for a novel matrix PMSM drive system. // IECON. - 1999. - PE-16.

23. Корельский Д. В., Потапенко Е. М., Васильева Е. В. Обзор современных методов управления синхронными двигателями с постоянными магнитами // Радюелектрошка. 1нформатика. Управлшня. - 2001. - С. 155-159.

24. P.sai Kumar, J.S.V. Siva Kumar. Model reference adaptive controlled application to the vector controlled permanent magnet synchronous motor drive // International Journal of Power System Operation and Energy Management (IJPSOEM). - Vol.1. - Issue-1. - 2011. - P. 35-31.

25.Lipeng Wang, Huaguang Zhang, Zhaobing Liu,Limin Hou, Xiuchong Liu. Research on the sensorless control of spmsm based on a reduced-order variable structure MRAS observer // ICIC Express Letters. - October 2010. - Vol. 4. - №. 5. - P. 1-ISII2010-000.

26.Makridenko L.A., Sarichev A.P., Portnoy Yu.T., Raskin L.Ya., Kovarsky M.E., Vidumkin E.M. Sensorless drive with synchronous machine and submersible inverter for oil drowned pump // 13th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE '09) - 8-10 Sept. 2009. - Barcelona. - P. 1-10.

27.0кунеева H. А. Разработка и исследование электропривода для нефтедобывающих насосов с погружным магнитоэлектрическим двигателем

// Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Москва. - 2008. -21с.

28. Владимир Павленко. Новый высокоэффективный привод для погружных центробежных и винтовых насосов // http ://www. oilcapitalru/edition/tec^

public/66798.shtml

29.Кузьмичев Н.П. Пути решения основных проблем механизированной добычи нефти. // Территория НЕФТЕГАЗ.- 2005.- № 9. www.neftegas.info/neftegaz_arhive.html

30.Колганова A.A. Автоматическое управление приводом погружного насоса нефтяной скважины в условиях Красноленинского месторождения // Дипломный проект. - ДП.00.000807.05. - Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г. В. Плеханова (технический университет). - 2005. - 119 с.

31. Центробежные скважинные насосы с электроприводом. Состав оборудования // http://www.referat.yabotanik.ru/download/135300/shtangi_nasosnie_ngpo.doc

32. Владимир Павленко. Новый высокоэффективный привод для погружных центробежных и винтовых насосов // http://www.bestreferat.ru/referat-3087.html

33.Тимашев Э.О. Повышение эффективности работы винтовых насосных установок в малопродуктивных скважинах при низких частотах вращения // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - 2009. - Уфа. - 23с.

34.Багазей Д.И. Моделирование электромагнитных и тепловых процессов вентильного двигателя погружного насоса // Магистерская диссертация. -НГТУ.- 2007. - №. 6.- 69с.

35. Владимир Павленко, Валерий Климов, Иван Климов. Сравнительный анализ электромагнитных процессов в структурах электроприводов

нефтедобывающей промышленности // Журнал «Силовая электроника». -2010.-№. З.-С. 30-65.

36.Ребенков Сергей Викторович. Энергетическая эффективность вентильных приводов УЭЦН и УЭВН // Журнал "Инженерная практика".- 2010. - №. 3. -С. 62-66.

37. Излучение устройства наземного и скважинного оборудования при эксплуатации скважин с применением УЭЦН // Лабораторная работа. - 2010. -№. 4. - Уфа. - 12с. stud24.ru/download/22622-64871/na6a4.doc

38. Производство и сервис электропогружного оборудования // http ://www. almaz-hmao.ru/Motor.html

39. Погружные электродвигатели // www.almaz-hmao.ru/Catalogue/2_motor_web.pdf

40. Камалетдинов P.C. Применение приводов УЭЦН на основе вентильных электродвигателей // http ://burneft .ru/docs/archived_docs/articles_tek/27

41. Калий Валерий Алексеевич. Проблемы проектирования и применения вентильных и асинхронных электродвигателей в установках центробежных погружных насосов для добычи нефти // www. alnas. ru/www/documents/fakt/kalii .doc

42. Частотно-регулируемые электроприводы с вентильным двигателем -Частотно-регулируемые // http://leg.co.ua/knigi/oborudovanie/chastotno-reguliruemye-elektroprivody-5.html

43.Пивкин Алексей Валерьевич. Применение ПВЭД на малодебитном фонде скважин // Журнал "Инженерная практика". - 2010. - №. 7. - С. 67- 69.

44.Макриденко Л.А., Сарычев А.П., Коварский М.Е., Магин В.В. Электрические машины для специальных применений // Вопросы электромеханики. - Т. 107. - 2008. - С. 16-20.

45.Бухгольц Ю.Г., Приступ А.Г., Шевченко А.Ф. Разработка отрезка серии магнитоэлектрических синхронных электродвигателей с дробными зубцовыми обмотками // Мехатроника. -№.11.

46. Погружные вентильные электродвигатели для винтовых и центробежных насосов // http://www.novomet.ru/production/permanent_magnet_motor/

47. Сагаловский В.И. Погружные установки с вентильными электродвигателями // http://www.borets.ru/img/pdf/Borets.pdf

48. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин // М.: Высш.шк. - 1987. - 248 с.

49. Шевченко А.Ф. Многополюсные синхронные машины с дробными q < 1 зубцовыми обмотками с возбуждением от постоянных магнитов // Электротехника. - 2007. - №. 9. - С. 3-8.

50. Вольдек А.И. Электрические машины // JI. - Энергия. - 1974.

51.3ахаренко А.Б., Авдонин А.Ф. Оптимизация проектирования тихоходного

вентильного двигателя с двумя индукторами для привода мотор-колеса // Электротехника. - 1999. - №. 12. - С. 6-13.

52. Шевченко А.Ф. и др. Автономные ветроэнергетические установки модульной конструкции // Тез. докл. Регионального семинара. Новые технологии и научные разработки в энергетике. - Новосибирск, 1994. -С.53-54.

53. Бертинов А.И., Варлей В.В. Электрические машины с катящимся ротором // М., Энергия. - 1969. - 200 с.

54. Бертинов А.И., Колосков Н.С. Волновой электродвигатель с " расщепленным" магнитным потоком фазы // Электричество. - 1972. - №. 1. - С.1-5.

55.Жуловян В.В., Шевченко А.Ф., Панарин А.Н. Синхронный редукторный двигатель с вентильным подмагничиванием для исполнительных электромеханизмов // Межвузовский сборник: Системы и устройства автоматики. - Красноярск. - 1980. - С.53-58.

56. Жуловян В.В., Шевченко А.Ф., Панарин А.Н. Исполнительный редукторный двигатель с вентильным подмагничиванием // Межвузовский сборник: Системы и устройства автоматики. - Томск, 1981.

57. Альпер Н.Я.,Терзян А.А. Индукторные генераторы // М.: Энергия. - 1970. -192 с.

58.Ивоботенко Б.А., Рубцов В.П., Садовский JI.A., Цаценкин В.К. Дискретный электропривод с шаговыми двигателями // М. - 1971.

59. Miller T.J.E. Synchronous and Switched Reluctance Motors // Proc. PCIM'92 Intelligent Motion. - Vol. 21. - April 1992. - P. 172-178.

60.Разников Ю.Н., Куликов В.П. О построении совмещенных обмоток электрических машин с одним комплектов выводов // Электротехника. -1987.-№.8.-С. 23-26.

61. Шевченко А.Ф. Магнитодвижущие силы однозубцовых дробных обмоток с q<l // Научный вестник НГТУ. - 1996. - №. 2. - С. 99-110.

62. Шевченко А.Ф. Новые многополюсные синхронные двигатели исполнительных электромеханизмов // В кн.: Автоматизированный электропривод. М.: Энергоатомиздат. - 1990.

63. Иванов Смоленский А.В. Электрические машины // М.: Энергия, 1980. 928 с.

64. Шевченко А.Ф. Исследование многополюсных синхронных машин с дробными обмотками с постоянными магнитами методом проводимостей зубцовых контуров // Сб. науч.тр. - Новосибирск: НГТУ. - 1997.

65.Вольдек А.И. Намагничивающие силы трехфазных дробных обмоток // Труды ЛПИ им. М.И. Калинина. - 1960. - №. 209.

66. Lidija Petkovska, Goga Cvetkovski. Steady state performance evaluation of a permanent magnet synchronous motor based on FEA // www.aedie.org

67. Ming Cheng, Qiang Sun, E. Zhou, К. T. Chau. New methods of measuring inductance of double salient permanent magnet synchronous motors // Electric Power Components and Systems. - Vol. 30. - Issue 11.- 2002. - P.l 127-1135.

68. И.Н Радимов, B.B. Рымша, Чан Тхи Txy Хыонг. Сопоставительный анализ конструктивных модификаций вентильных двигателей с постоянными магнитами // Вестник НТУ "ХПИ". - 2009. - №. 7. - С. 126-132.

69. Радимов И.Н, Рымша В.В. Параметры вентильного двигателя с постоянными магнитами // Электротехника. - 2008. - №. 6. - С. 40-43.

70. Anyuan Chen. Investigation of permanent magnet machines for downhole applications // Thesis for the degree of Philosophiae Doctor. - Norwegian University of Science and Technology. - Trondheim, January 2011. - 155c.

71. Радимов И. H., Рымша В. В., Чан Тхи Тху Хыонг. Сопоставительный анализ конструктивных модификаций вентильных двигателей с постоянными магнитами // Вестник НТУ "ХПИ". - 2009. - №. 7. - С. 126-132.

72. Буряк А. Д. Исследование процессов и обоснование системы автоматизированного электропривода шахтного электровоза на основе использования вентильного двигателя // http://www.masters.domitu.edu.ua/2006/fema/huryak/diss/index.htm

73.Боченков Б. М., Лютц С. В. Способы двухзонного регулирования электроприводов с синхронными двигателями магнитоэлектрического возбуждения // Автоматизированные электромеханические системы: Сб. научных трудов. - Новосибирск. Изд-во НГТУ. - С. 100-111.

74. Leonhard W. Adjustable speed ас drives // Proceedings of IEEE. - April. 1988. -Vol. 76.-C. 455-471.

75. Gabriel R., Leonhard W., Nordby C. Field oriented control of standard AC motor using microprocessor // IEEE Trans. Ind. Application. - 1980. - Vol. IA-16. - C. 186-192.

76.Harnefors L. Design and analysis of general rotor-flux oriented vector control systems. // IEEE Trans. Ind. Electron. - April. 2001. - Vol. 48. - C. 383-389.

77.Jahns Т. M., Blasko V. Recent advances in power electronics technology for industrial and traction machine drives // Proc. IEEE. - June 2001. - Vol. 89. - P. 963-975.

78. Thomas M. Jahns. Motion control with permanent - magnet ac machines. // in Proc. IEEE. - Aug. 1994. - Vol. 82. - P.1241-1252.

79.Боченков Б. M., Тюрин М. В. Классификация систем управления синхронными двигателями магнитоэлектрического возбуждения //

Автоматизированные электромеханические системы: сб. научных трудов; под общ. ред. В.Н. Аносова: Изд-во НГТУ. - 2008. - С. 46-55.

80. Дмитрий Горбунов. Погружное оборудование и системы ППД и сервис // Производство. - Арсенал нефтедобычи, июнь 2010. - №. 1 (09) - С. 19-21.

81. Нефтяная промышленность, серия «Машины и нефтяное оборудование», Регулируемое управление приводом установок погружных электронасосов // М: Министерство нефтяной промышленности. - 1981.

82. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием // Учебник для студ. высш. учеб. заведений. - М.: Издательский центр «Академия». - 2006. - 272 с.

83.Х. Junfeng, W. Fengyan, F. Jianghua, X. Jianping. Flux-weakening control of

permanent magnet synchronous motor with direct torque control consideration

th

variation of parameters // Industrial Electronics Society. - IECON 2004. 30 Annual Conference of IEEE. - 2004. - Vol. 2. - P. 1323-1326.

84. Bailey J. M., McKeever J. W. Fractional-slot surface mounted PM motors with concentrated windings for HEY traction drives // Engineering Science & Technology Division. - October 2005. - P. 1-34.

85. F. Magnussen, P. Thelin, C. Sadarangani. Performance evaluation of permanent magnet synchronous machines with concentrated and distributed windings including the effect of field weakening // IEEE. - Power Electronics & Machines and Drives. - 31 March-2 April 2004. - Vol. 2. - P. 679-685.

86. Ayman M. EL-Refaie, Thomas M. Jahns. Optimal flux weakening in surface PM machines using fractional slot concentrated windings // IEEE. - Transactions on industry applications. - May/June 2005. - Vol. 41. - №. 3. - P. 790-800.

87. Боченков Б.М. Бесконтактные двухзонные электроприводы с синхронными двигателями магнитоэлектрического возбуждения для металлорежущих станков // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Новосибирск: НЭТИ, 1988. -177с.

88. Механические характеристики электродвигателей и производственных механизмов // http ://electricalschool. info/spravochnik/maschiny/571-mekhanicheskie-kharakteristiki.html

89. Лебедев Г.М., Мешков Д.М. Электромеханические системы: учебное пособие // Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. - Кемерово, 2003. - 124с.

90. В. К. Bose. Power Electronics and Variable Frequency Drives // 1 ed: Wiley. -John & Sons. - 1996.

91. Uwe Vollmer, Uwe Schäfer. An at-all operating points highly efficient PMSM for HEV // The World Electric Vehicle Journal. - №. 2. - Issue 4. - 2008 - P. 99107.

92. Li Yongdong, Zhu Hao. Sensorless control of permanent magnet synchronous motor - a survey // IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC). -September 3-5. - 2008. - Harbin. - China. - P. 1-8.

93. Young Sam Kim, Sang Kyoon Kim, Young Ahn Kwon. MRAS based sensorless control of permanent magnet synchronous motor // SICE Annual Conference. - 46 august. - 2003. - Fukui University. - Japan. - Vol. 2. - C. 1632-1637.

94. Корельский Д.В., Потапенко E.M., Васильева E.B. Обзор современных методов управления синхронными двигателями с постоянными магнитами // Науковий журнал "Радюелектрошка. 1нформатика. Управлшня". -2001. - С. 155-159.

95. Zedong Zheng, Yongdong Li, Maurice Fadel. Sensorless control of PMSM based on extended kalman filter // Power Electronics and Applications European Conference. - IEEE. - 2007. - P. 1-8

96. A. Chbeb, M. Jemli, M. Boussak, O. Khlaief, M. Gossa, Sensorless speed control of permanent magnet synchronous motor drive using extended kalman filter with initial rotor position estimation // Journal of Electrical Systems (JES). - Vol. 5. -Issue 2.-June 2009.-P. 1-19

97.Meng Zhang, Yongdong Li, Tiefu Zhao, Zhichao Liu and Lipei Huang. A speed fluctuation reduction method for sensorless PMSM-compressor system // IEEE. -2005.-C. 1633-1637.

98. Fu Zhou, Jianguo Yang, Beizhi Li. A Novel speed observer based on parameter-optimized MRAS for PMSMs // ICNSC. - 2008. - P. 1708-1713.

99. Yingpei Liu, Jianru Wan, Guangye Li, Chenhu Yuan, Hong Shen. MRAS speed identification for PMSM based on fuzzy PI control // 4th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications. - 2009. - P. 1995-1998.

100. Yan Liang, Yongdong Li. Sensorless control of PM synchronous motors based on MRAS method and initial position estimation // Electrical Machines and Systems. - Vol. 1. - 2003. - P. 96-99.

101. Kazmierkowski M.P., Tunia H. Automatic control of converter-Fed drives // Elsevier Science & Technology - United Kingdom. - 1994.

102. Ned Mohan, Tore M. Undeland, William P. Robbins. Power Electronics, Converters, Applications and Design // Third Edition. - USA ISBN 0-471-226939. - Wiley & John Sons. Inc. - 2002.

103. R. Krishnan. Electric motor drives modeling, analysis, and control // 2001. - 626 p.

104. P. Pillay, R. Krishnan. Modeling, simulation, and analysis of permanentmagnet motor drives. Part I. The permanent-magnet synchronous motor drive // IEEE Transactions on Industry Applications. - Vol. 25. - №. 2. - 1989. - P. 265273.

105. Виноградов А.Б. Векторное управление электроприводами переменного тока // ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». - Иваново. - 2008. - 298 с.

106. P. Pillay, R. Krishnan. Modeling of permanent magnet motor drives // IEEE. - Transactions on Industry Electronics. - November 1988. - Vol. 35. - №. 4.-P. 537-541.