大功率变频高速搅拌机的研究

论文摘要

在石油钻探、化工、食品和建筑涂料等行业使用的添加剂进行室内研究和现场使用中,对诸如钻探泥浆等液态物质进行高速搅拌是重要和必须的,这样可以使得不同组分得到充分的分散和混匀,成份不同,要求搅拌的速度和时间也不一样。在变频调速技术成熟之前,主要采用直流串级电机提供动力,这主要有以下问题:(1)直流串级电机使用碳刷和滑环进行换流,当转速超过3000转/分钟时,会发出刺耳的噪声,长期使用会严重损害实验人员的听力。(2)基于同样原因,直流串级电机工作时电流大,易烧转子,使用寿命低。(3)直流串级电机工作时有电火化产生,不适合在有危险气体的场所使用。(4)直流串级电机需定时进行清理积碳和更换碳刷,使用不方便。(5)直流串级电机调速范围窄,不易实现0～15000转/分的宽范围调速。本文作者将现代电子技术的最新发展成果―变频调速技术应用于设计制作大功率变频高速搅拌机方面,论述了以改变电压频率和电压幅值来达到电机调速目的的新型控制技术,设计了以89C51单片机为控制核心,以SA866专用SPWM控制芯片和PS21255智能功率模块为主控模块的大功率数字式变频调速器和小体积大功率一体化变频专用高速电机,解决了变频调速的多级谐波抑制、小体积大功率高速变频电机散热和噪声抑制等问题,并研制生产了三种规格的大功率变频高速搅拌机。该系列大功率变频高速搅拌机具有功率大、体积小、噪声低、调速范围宽、动态响应快、运行效率高、免维护、操作简单方便等特点,并在中海油田服务股份有限公司、中石化西北分公司轮台基地实验室、中石油石油勘探开发科学研究院油化所等单位的实验室得到了现场应用,取得了很好的社会和经济效益。

论文目录

• 1 引言
• 2 大功率变频高速搅拌机总体设计
• 2.1 变频调速技术的发展现状
• 2.1.1 变频调速技术的基本概念
• 2.1.2 正弦波脉宽调制（SPWM）变频器工作原理
• 2.2 大功率变频高速搅拌机总体设计思路
• 2.2.1 现实需求
• 2.2.2 总体设计思路
• 2.2.3 关键技术
• 2.2.4 主要技术指标
• 3 大功率变频调速器的设计
• 3.1 四种变频调速控制方案的比较和选择
• 3.1.1 交流电动机变频调速
• 3.1.2 三相异步电动机开环变频调速系统
• 3.1.3 无传感器矢量控制异步变频调速系统
• 3.1.4 带传感器矢量控制闭环异步变频调速系统
• 3.1.5 永磁同步电动机开环控制变频调速系统
• 3.1.6 变频高速搅拌机变频调速控制方案的选择
• 3.2 大功率变频调速器的设计
• 3.2.1 SA866 功能介绍
• 3.2.2 P521255 功能介绍
• 3.2.3 变频调速控制器的硬件电路设计
• 3.2.4 变频调速器主控程序的设计
• 3.3 大功率变频调速器应用结果及结论
• 4 大功率小体积变频电机的设计
• 4.1 大功率小体积变频电机技术要求和技术难点
• 4.2 大功率小体积变频电机的设计
• 4.3 大功率小体积变频电机的设计结果和应用情况
• 5 大功率变频高速搅拌机搅拌头的设计
• 5.1 搅拌头的静噪设计
• 5.2 搅拌头的定时接口电路及启动、停止电路的安装
• 5.3 搅拌头的设计应用效果
• 6 现场应用试验
• 6.1 室内实验
• 6.2 室外实验
• 7 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录