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过电压条件下谐波磁场对异步电机附加损耗的影响被引量：5: 2014年; 为了研究过电压条件下谐波磁场对异步电机附加损耗的影响,以一台Y132S-4、5.5kW电机为例,利用时步有限元法研究了过电压下定转子铁心谐波磁密和转子导条谐波电密在额定负载时的变化规律及产生原因,进一步分析其对附加损耗的影响。结果显示,在附加铁耗方面,过电压引起磁路饱和,导致定子铁心轭部、齿身3次谐波磁场和磁导谐波磁场增加,同时受定转子绕组电流降低的影响,由其产生的齿谐波磁场在定转子铁心齿顶区域引起的附加铁耗降低,两者共同作用导致附加铁耗由380V时的44W降低到420V时的35W;在附加铜耗方面,过电压引起角接绕组3次谐波电流及相应定子附加铜耗增加,受转子绕组电流降低的影响,由其引起的齿谐波磁场在转子导条中感生的高频电流及相应附加铜耗降低。通过满载时不同电压下各项损耗进行实测对比,验证了文中分析正确性。; 赵海森王博王翔宇张元星; 关键词：过电压谐波磁场异步电机附加损耗时步有限元

能量回馈式负载装置高精度加载策略及应用研究被引量：4: 2014年; 相对于传统加载装置,由变频器及伺服电机所组成的能量回馈式负载单元具有动态响应快、测试节能等优点,已在测试领域得到广泛应用。但是,受负载电机与被试电机机械联接影响,该负载单元加载精度并不理想。以一套电动机能效测试系统为例,建立了该负载单元的抽象简化模型,分析了影响加载精度的原因;提出了两种高精度加载策略,并给出软件通讯方案设计。实测表明,采用比例积分控制及模糊控制策略后,该负载单元的加载精度可由7.0%提升至变频器驱动精度1.0%,能量回馈率高达93%,节能效果显著。; 李和明王博赵海森马娥; 关键词：能量回馈变频器伺服电机

基于可测电气量鼠笼式异步电机能效在线监测方法被引量：8: 2013年; 针对实际工程中电动机输出机械功率难以测量、运行效率不能直接求解的问题,提出一种基于可测电气量的电机能效在线监测方法。该方法首先通过估算负载转差率得出转子槽频率范围,对定子电流进行快速傅里叶分析得出能够反映电机转速的转子槽频率,上述处理方法解决了转子槽谐波与齿谐波混叠的问题;其次,利用实测电压、电流计算绕组磁链,进而得出电机气隙转矩及输出转矩,并对求解磁链求解方法进行改进,减少了运算量;最后,通过辨识得到的转速、转矩可求出电机输出功率及运行效率。以一台5.5 kW、4极异步电机为例,对所提出的转矩转速辨识方法进行了实验验证,结果表明转速辨识误差小于2 r/min,转矩误差在5%以内。该研究成果为工程实际中电机能效在线辨识提供了重要参考。; 王庆张蓬鹤赵海森刘晓芳杜中兰; 关键词：异步电机电气量转矩能效

面向用户的有杆采油系统实用仿真模型及应用被引量：7: 2015年; 目前有杆采油系统模型主要侧重于机械环节抽油杆行为预测及抽油机结构优化,无法对抽油机电机电气能耗状况及节能潜力进行准确分析。针对这一问题,以一台Y2—280S—8、37k W异步电机驱动的CYJ10型游梁式抽油机为例,建立了计及电机磁路饱和与抽油杆波动的有杆采油系统实用仿真模型;并利用上述模型对抽油机不同运行条件下系统能耗状况进行了对比分析。进一步针对当前油田普遍存在的供电线路长、动液面大小不一等特点,在不过多追加投资及更换设备前提下,对系统节能潜力进行了分析。结果表明:通过改变配电变压器分接开关位置,系统可节电2.5%;按照行标SYT5264将抽油机平衡度调至95%左右,系统仍有一定节电空间;若辅以传统星角转换及无功补偿等节能技术,系统综合节电率可达16.8%。通过与常规井实测数据对比,验证了所建模型的有效性与正确性。; 王博赵海森罗应立李和明; 关键词：游梁式抽油机损耗模型节能潜力

用于游梁式抽油机电动机系统能耗分析的实用模型被引量：12: 2017年; 受变工况动态负荷及复杂机械环节等多种因素影响,游梁式抽油机电动机系统能耗准确分析长期以来都是油田采油系统节能技术研究面临的难点问题。针对这一问题,以电流、电压、磁链方程为基础,推导出计及铁耗的电机标准形式微分方程,进一步结合曲柄轴运动方程及抽油杆波动方程,建立了用于抽油机电动机系统能耗分析的实用模型,可用于分析不同负荷大小及动态变化、平衡配重情况、抽油杆摩擦及井下动液面等多种电气及机械因素对系统能耗的影响。以一台驱动12型抽油机的37k W电机系统为例,利用文中损耗实用模型研究了电机各项损耗随井下动液面及平衡度的变化规律;通过与抽油机标准井测试平台的监测数据进行对比,验证了文中模型的正确性和实用性;进一步利用文中模型分析得出油田常见典型负荷条件下电机各项损耗的分布情况,揭示了铁耗在总损耗中所占比例可达50%以上,将这一理论成果应用于油田现场,实测节电率可达5%~15%。; 王义龙赵海森詹阳许国瑞崔学深刘晓芳; 关键词：能耗

用于模拟游梁式抽油机电动机动态负荷的测试系统设计及应用被引量：25: 2014年; 抽油机电动机(beam pumping motor,BPM)负荷具有周期性动态变化特点,对于此类工况下的电动机能效检测通常采用标准井测试方法,该方法存在负载单一、通用性差等局限性,难以灵活地模拟油田复杂的负荷特性。为解决这一问题,以国内外油田广泛应用的游梁式抽油机为例,建立了抽油机系统(beam pumping system,BPS)数学模型并分析了模型参数对仿真误差的影响;在此基础上,提出一种通过调整平衡配重及井下摩擦力参数值大小来补偿模型误差的技术手段,并通过遗传算法(genetic algorithms,GA)对上述参数进行优化求解;进一步基于该模型开发出一套室内BPM模拟加载测试系统,该系统采用由四象限变频器与伺服电机组成的能量回馈式单元作负载,仅通过改变上位机BPS模型参数便可实现不同动态负荷的精确模拟。与现场测试结果对比表明,该系统可模拟抽油机空载、轻载及重载工况下的动态负荷特性,误差低于2%,系统节电率达87%。文中研究成果可为油田电机选型及能效动态评估提供重要技术支持。; 王博赵海森李和明廉守军; 关键词：电机

基于DFT的感应电机转子谐波磁通密度高效分离方法及负载条件下变频电机转子铁耗特性被引量：6: 2019年; 受供电电源谐波和电机内部谐波磁场的影响,变频电机的损耗机理和分布特性较普通感应电机更加复杂。在高效变频感应电机设计的初始阶段,铁耗的准确预测和特性分析非常重要。由于电机转子侧磁通密度基波频率非常低,因此若直接利用离散傅里叶变换(DFT)分离转子谐波磁通密度成分需要几十个供电电源周期的仿真数据。为了解决这一难点问题,该文首先提出一种仅需要单个供电周期仿真数据的转子侧磁通密度谐波分量的分离方法;然后,利用分段变系数铁耗模型获得了变频供电的感应电机在多种运行条件下转子铁耗变化特性以及变频感应电机转子铁心磁滞和涡流损耗的空间分布规律。该文所得结论可以为高效变频感应电机设计提供一定的理论支撑。; 张冬冬郭新志安睿驰卜立萧李海峰; 关键词：感应电机离散傅里叶变换铁耗谐波

基于辨识技术的感应电机能效在线监测模型被引量：2: 2014年; 将标准能效测试方法与电动机参数辨识方法相结合,分析了最小二乘递推(RLS)算法与扩展卡尔曼滤波(EKF)两种参数在线辨识方法计算过程及特点,以最小二乘递推算法为基础实现对电动机定转子漏电感等参数的在线辨识,考虑到最小二乘递推算法对转子电阻动态辨识性能较差,利用扩展卡尔曼滤波算法对电动机转子电阻进行在线辨识。基于在线辨识所得参数搭建电机能效监测模型,获得电机各项损耗及能效,通过仿真验证参数辨识方案可行性,并将能效测试B法所得损耗与该模型监测损耗及能效对比以验证该模型。; 张鑫磊余秀月赵海森陈锋刘晓芳孙明骁张琦; 关键词：递推最小二乘算法

供电电源包含谐波及不平衡共存时感应电机损耗特性被引量：3: 2016年; 受系统中电源多样化及非线性负荷的影响,用户侧电源中会出现包含谐波及不平衡共存现象。当电动机运行在此类复杂电源质量条件下,会造成能效降低、温升增加,严重情况下会导致电机损坏,影响安全生产。为了研究供电电源包含谐波及不平衡共存时感应电机损耗特性,以一台5.5 kW笼型感应电机为例,设计了9种电源包含谐波及不平衡共存时的供电电源波形,进一步利用时步有限元法,分析了在上述不同供电电源波形情况下,电机内部定转子铁心磁密及转子导条电流密度的分布特点,并进一步分析了空载及负载情况下的损耗特性;最后通过试验验证了文中分析结果的正确性。; 张冬冬赵海森赵伟波王莎莎白志军; 关键词：时步有限元损耗

变频供电条件下感应电机空载铁耗分布特点及其精细化分析被引量：18: 2016年; 变频供电条件下电源谐波与电机内部谐波共同作用下损耗产生机理及分布特点更为复杂,使得电机铁耗准确计算及精细化分析对于高效变频电机设计至关重要。以一台5.5 k W变频感应电机为例,分析了变频供电时电机定转子主要位置磁密变化情况;为了准确计算铁耗,提出一种损耗系数随磁密幅值和频率变化的两项式分段变系数铁耗模型,该模型在经典两项式常系数铁耗模型基础上引入两个附加磁密项,用于考虑非线性特性及谐波磁场对磁滞和涡流损耗的影响;进一步利用该模型对变频供电时电机铁耗进行了精细化分析,揭示了定转子铁心磁滞和涡流损耗的分布规律,并获得了谐波磁场在定转子铁心产生附加铁耗的变化特点。通过对不同电压及开关频率下的空载铁耗进行实测对比,验证了文中模型及分析结果正确性。文中研究成果可为高效变频电机设计提供重要理论支撑。; 赵海森张冬冬王义龙许国瑞詹阳刘晓芳罗应立; 关键词：感应电机铁耗谐波磁场

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国家自然科学基金(51307050)

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