基于集中参数模型的潜油电机温度辩识方法技术

基于集中参数模型的潜油电机温度辩识方法，属于热力学建模和电机控制相结合的应用基础技术领域。它解决了采用温度传感器获取潜油电机的温度信息受井下环境的制约的问题。它首先采集所述潜油电机的三相定子电压和三相定子电流；通过信号调理电路对三相定子电压和三相定子电流分别进行处理，并将处理后的信号作为定子原始电流输入信号和定子原始电压输入信号；采用工控机根据定子原始电流输入信号和定子原始电压输入信号计算潜油电机的总发热量ｕ；将总发热量ｕ分配到潜油电机的各部件中，并组合潜油电机的等效电路，再建立集中参数热网络模型，求解集中参数热网络模型，获得潜油电机各部件的温度值。本发明专利技术用于对潜油电机进行温度辩识。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属于热力学建模和 电机控制相结合的应用基础

技术介绍
潜油电机一般在地下1. 0 3. 5km深处工作，通过铠装电缆与地面电源连接，井下 环境温度高达120°C，电机在井下工作时，势必会产生一定的热量引起电机发热，而井液由 离心泵排出时，又会带走热量使电机散热，不致使电机温升超过一定的限度，否则就会因温 升过高而烧毁电机。为了保证其安全、高效、稳定的运行，必须实施监测潜油电机井下温度 变化，以避免事故发生。为获取潜油电机的温度信息，最直接的方法是在电机上安装温度传感器，但由于 油井独特的高温高压特点，温度传感器的安装、信号传递等问题均制约着其在油井中的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决采用温度传感器获取潜油电机的温度信息受井下环境 的制约的问题，提供一种。本专利技术包括以下步骤步骤一采集所述潜油电机的三相定子电压和三相定子电流；步骤二 通过信号调理电路对三相定子电压和三相定子电流分别进行处理，并将 处理后的信号作为定子原始电流输入信号和定子原始电压输入信号；步骤三采用工控机根据定子原始电流输入信号和定子原始电压输入信号计算潜 油电机的总发热量U;步骤四在所述工控机内将所述潜油电机的总发热量U按照所述潜油电机中各部 件的几何尺寸及耗能比例分配到潜油电机的各部件中；同时将潜油电机的各部件等效电路 按照空间位置关系组合成整个潜油电机的等效电路，根据整个潜油电机的等效电路建立集 中参数热网络模型；步骤五求解集中参数热网络模型，获得潜油电机各部件的温度值。本专利技术的优点是本专利技术具有低成本、高可靠性的特点，它对电机参数信号的获取 是通过对电机定子电压、定子电流信号的检测以及相应计算来实现的。目前国内外关于无 传感器电机参数检测方法只限于地面工作电机的参数辨识，本专利技术通过对电机定子电压、 电流信号的检测及集中参数热网络模型的建立及分析，实现了对工作于地下1. 0 3. 5km 油井中潜油电机的温度的实时监测。集中参数热网络模型将经典热力学、非平衡热力学及 动力学理论通过电网络的结合，用于解决潜油电机温度辩识中的复杂非线性问题。集中参数热网络模型将网络热力学建模理论应用于潜油电机的热力学分析，实现 了网络热力学理论与电力电子拓扑分析的算法交叉。集中参数热网络模型作为一种涵盖了潜油电机的所有主要部件和热传导机构的精确热模型，能够较准确描述电动机的实际状 态，物理意义明确，计算量相对较小，直接逼近电机的热性能，可以快速评估潜油电机运行 过程的热性能，用于潜油电机温度的工程计算。本专利技术通过实测的电机定子电流值计算潜 油电机各部件的温度，实现了潜油电机温度的软测量。附图说明图1为本专利技术的在线监测示意图2为机座的等效电路图3为定子轭的等效电路图4为定子齿的等效电路图5为定子绕组的等效电路图6为气隙的等效电路图7为端绕组的等效电路图8为端部气隙的等效电路图9为转子绕组的等效电路图10为转子轭的等效电路图11为轴的等效电路图12为整个潜油电机的等效电路图13为图12的简化等效电路图14为对潜油电机进行采样获得的电压及电流波形图图15为采用本专利技术方法获得的定子温度曲线图16为潜油电机表面实测温度曲线图。具体实施例方式具体实施方式一下面结合图1至图13说明本实施方式，本实施方式包括以下步 骤步骤一采集所述潜油电机的三相定子电压和三相定子电流；步骤二 通过信号调理电路对三相定子电压和三相定子电流分别进行处理，并将 处理后的信号作为定子原始电流输入信号和定子原始电压输入信号；步骤三采用工控机根据定子原始电流输入信号和定子原始电压输入信号计算潜 油电机的总发热量U;步骤四在所述工控机内将所述潜油电机的总发热量U按照所述潜油电机中各部 件的几何尺寸及耗能比例分配到潜油电机的各部件中；同时将潜油电机的各部件等效电路 按照空间位置关系组合成整个潜油电机的等效电路，根据整个潜油电机的等效电路建立集 中参数热网络模型；步骤五求解集中参数热网络模型，获得潜油电机各部件的温度值。本实施方式中对三相定子电压和三相定子电流进行采样，可通过电流传感器和电 压传感器来实现，信号调理电路处理后的定子原始电流输入信号和定子原始电压输入信号 可通过数据采集卡传递给工控机，然后通过温度巡检仪检测获得潜油电机的定子温度，并11在工控机中与本专利技术方法最终获得的定子温度进行比较，根据比较结果对集中参数热网络 模型进行调整，验证模型的正确性。来验证本专利技术方法的准确度。可利用MATLAB编写程序对数据采集卡中采样数据进行调用。所述电流传感器和电压传感器为霍尔传感器，信号调理电路基于芯片AD623，工控 机为核心的数据处理平台，本专利技术只需要利用潜油电机的几何尺寸以及采样来的电压电流 数据，通过对模型的建立以及分析最终得到所需要的温度。本实施方式中，由电压传感器和电流传感器对潜油电机定子电压及电流采样后 均获得毫伏级的正弦波电流信号，采用信号调理电路分别将其转变成毫伏级的电压信号， 并进一步放大为0-1. 5V的交流电压信号，再由信号调理电路中1.8V直流电压源举升为 0-3. 3V的交流电压信号，送到数据采集卡输入端口，作为原始输入信号。对原始输入信号所进行的一系列算法过程，都在工控机中实现，及至最后实现对 转子的温度估算。电压传感器可以使用LEM公司的LM8-P型号的电压传感器，它具有出色的精度， 良好的线性，低温漂，很强的抗外界干扰能力，共模抑制比很强，反应时间很快和频带宽的 特点。电流传感器可以使用KEHAI公司的KT75A/P型号的电流传感器，它的测量范围宽，频 率特性好，反应速度快，过载能力强。具体实施方式二 下面结合图12和图13说明本实施方式，本实施方式为对实施方 式一的进一步说明，步骤三中采用工控机根据定子原始电流输入信号和定子原始电压输入 信号计算潜油电机的总发热量u的方法为所述潜油电机的总发热量u为铁损W”定子铜损 Ws和转子铜损I的和，其表达式为u = ffi+ff^ff,,权利要求1.一种，其特征在于它包括以下步骤步骤一采集所述潜油电机的三相定子电压和三相定子电流；步骤二 通过信号调理电路对三相定子电压和三相定子电流分别进行处理，并将处理 后的信号作为定子原始电流输入信号和定子原始电压输入信号；步骤三采用工控机根据定子原始电流输入信号和定子原始电压输入信号计算潜油电 机的总发热量U;步骤四在所述工控机内将所述潜油电机的总发热量u按照所述潜油电机中各部件的 几何尺寸及耗能比例分配到潜油电机的各部件中；同时将潜油电机的各部件等效电路按照 空间位置关系组合成整个潜油电机的等效电路，根据整个潜油电机的等效电路建立集中参 数热网络模型；步骤五求解集中参数热网络模型，获得潜油电机各部件的温度值。2.根据权利要求1所述的，其特征在于 步骤三中采用工控机根据定子原始电流输入信号和定子原始电压输入信号计算潜油电机 的总发热量u的方法为所述潜油电机的总发热量u为铁损W”定子铜损Ws和转子铜损I 的和，其表达式为u = ffi+ff^ff,,1 cXm η τ2Ws=RiI2p,W =--^-V2 + ￡ χΛ I2，r 义(义+2、)p Xm + 2xsc p式中&为潜油电机的定子电阻、Rz为潜油电机的转子电阻、xs。为潜油电机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于集中参数模型的潜油电机温度辩识方法，其特征在于：它包括以下步骤：步骤一：采集所述潜油电机的三相定子电压和三相定子电流；步骤二：通过信号调理电路对三相定子电压和三相定子电流分别进行处理，并将处理后的信号作为定子原始电流输入信号和定子原始电压输入信号；步骤三：采用工控机根据定子原始电流输入信号和定子原始电压输入信号计算潜油电机的总发热量ｕ；步骤四：在所述工控机内将所述潜油电机的总发热量ｕ按照所述潜油电机中各部件的几何尺寸及耗能比例分配到潜油电机的各部件中；同时将潜油电机的各部件等效电路按照空间位置关系组合成整个潜油电机的等效电路，根据整个潜油电机的等效电路建立集中参数热网络模型；步骤五：求解集中参数热网络模型，获得潜油电机各部件的温度值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王立国，徐殿国，张凤娜，李临春，郝宏海，任翔，夏禹，吕琳琳，董明轩，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[]