موتورهاي شارسوئيچ‌شونده آهنرباي دائم به دليل مزايايي كه دارند، مي‌توانند براي كاربرد پمپ‌هاي الكتريكي شناور در چاه‌هاي نفت مفيد باشند. اين نوع از موتورها قابليت خودراه‌اندازي نداشته و لذا براي راه‌اندازي و عملكرد مناسب بايد كنترل شوند. در بيشتر روش‌هاي كنترلي ارائه‌شده براي موتورهاي شارسوئيچ‌شونده نياز به دانستن موقعيت روتور در هر لحظه است؛ اما، با توجه به طولاني بودن فاصله بين موتور و محركه در سيستم‌هاي پمپ‌ الكتريكي شناور و نيز محيط سخت و پر نويز كه مخل كار سنسورها و سيگنال‌هاي دريافتي از آن‌ها است، دانستن زاويه دقيق روتور در هر لحظه امري چالش‌برانگيز در چاه‌هاي نفت است. بنابراين، علاوه برا انتخاب روش مناسب كنترل موتور، بايد روشي جهت تخمين موقعيت روتور ارائه شود. در اين پايان‌نامه، ابتدا با معرفي سيستم‌هاي پمپ الكتريكي شناور و اهميت استفاده از موتورهاي شارسوئيچ‌شونده براي اين نوع سيستم‌ها، به بررسي روش‌هاي كنترلي پرداخته مي‌شود. در ادامه با بررسي روش‌هاي تخمين موقعيت و سرعت روتور كه براي موتورهاي سنكرون آهنرباي دائم معرفي شده‌اند، بهترين روش‌ها براي كاربرد پمپ الكتريكي شناور انتخاب مي‎شود. با توجه كابل طولاني و احتمال مغناطيس‌زدايي در اين‌گونه از سيستم‌ها، در انتخاب روش‌ها اين دو پارامتر در نظر گرفته مي‌شود. از اين رو دو روش تخمين با استفاده از نيروي ضدمحركه الكتريكي و نيز فيلتر كالمن به دليل تاثيرپذيري كم‌تر از پارامترهاي موتور انتخاب مي‌شوند و در فصل سوم با استفاده از شبيه‌سازي در محيط سيمولينك متلب و با پياده‌سازي موتور شارسوئيچ‌شونده آهنرباي دائم و كنترل برداري اين دو روش مقايسه مي‌شوند. همچنين، اثر پيچش موتور در كاربرد پمپ الكتريكي شناور كه ناشي از طول بلند موتور است، در كنترل موتور ديده مي‌شود. بنابراين روشي براي تخمين موقعيت موتور در اين‌حالت ارائه مي‌گردد.

1397/02/02

4/22/2018 12:00:00 AM

Flux Switching Permanent Magnet (FSPM) motors can be useful for electrical submersible pump (ESP) applications due to their benefits. These kinds of motors don’t have the self-starting ability and should be controlled for this purpose and appropriate performance. Most proposed control methods for FSPMs need the rotor position. However, due to the long distance between the drive and the motor, and a harsh environment in oil fields, the signals from rotor position sensors are not reliable. Therefore, a sensorless control method should be taken into account. Subsequently, a sensorless method based on the extended Kalman filter (EKF) is proposed for the FSPM motor control which is supplied by a long cable. Indeed, due to the long distance from drive to the motor in ESPs, the motor must be supplied by a long cable. Therefore, it is essential to consider the cable parameters in the model to apply to the EKF. In the thesis, I have developed the motor model to consider the cable effect for the accurate estimation of the rotor position and velocity. Besides, since there is limits for motor diameter in ESPs, the motor length must be increased to provide the demanded torque. When the proportion of the length to the diameter of the motor increases, a phenomenon occurs in which the shaft of the motor tends to twist. This phenomenon is negligible mechanically or even electrically in conventional motors. However, since the FSPM motors usually have many poles and on the other side, the proportion of the electrical angle to mechanical angle is twice than other conventional PM synchronous motors, the twisting affects the performance of the motor in ESP. Consequently, in the thesis, I proposed a method to estimate the twist angle to be considered in the sensorless motor control.