高效节能抽油机用新型永磁电动机及其控制系统的研究

论文摘要

目前,国内油田中的抽油机主要都是传统设备,其缺点是运行效率较低。油田抽油机的节能改造提高了抽油机效率,显著降低采油能耗。论文的研究结合浙江省重大专项“高效节能永磁电机研发”项目、浙江大学与北京航天林泉石油装备有限公司共同合作的“复式永磁电机抽油机”项目,根据目前抽油机的运行状况、电机本体和电机控制系统的发展,对整个抽油机系统进行规划和设计,采用低速大转矩永磁电机,使抽油机系统体积减小、性能提高,并大大减小用电量。论文研究内容具有重要的实际应用意义。论文研究的主要内容包括:对抽油机系统节能方案进行研究,对各种新型抽油机方案设计及优缺点进行比较,并且对盘式永磁电机和复合式永磁电机的具体结构进行研究与分析。针对新型永磁电机抽油机齿槽效应引起的振动,结合生产工艺实际,采用斜槽及分段磁钢设计,通过电磁场有限元分析,设计合理的磁钢分布结构,实现电机的平稳运行。对永磁同步电机及其控制驱动系统进行研究,特别是矢量控制的研究。并利用MATLAB软件进行系统仿真。设计以TI公司的TMS320F2812为核心的控制系统,其主要包括主回路、检测电路、信号处理电路、DSP核心电路,对抽油机进行控制,并根据抽油机的实际运行情况来调整工作状态,达到节能的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 油田抽油机节能方案综述
• 1.2 国内外永磁同步电机的发展水平及趋势
• 1.3 电机电磁场数值计算的发展
• 1.4 现代交流电机驱动控制系统研究现状
• 1.5 课题研究任务与特点
• 1.6 本章小结
• 第二章 新型抽油机驱动永磁电机结构及三维有限元分析
• 2.1 新型直驱式抽油机方案研究
• 2.2 新型永磁电动机结构分析
• 2.2.1 盘式永磁同步电机结构分析
• 2.2.2 大力矩复合式永磁同步电机结构分析
• 2.3 电机有限元数值分析计算
• 2.3.1 有限元数值分析软件介绍
• 2.3.2 盘式永磁同步电机三维有限元分析
• 2.4 电机齿槽效应引起的齿槽力分析及其优化
• 2.4.1 电机铁心齿槽效应概述
• 2.4.2 抑制齿槽效应的方法
• 2.4.3 应用 ANSOFT的电机齿槽力计算
• 2.4.4 电机结构优化及齿槽力计算及结论
• 第三章 抽油机系统的矢量控制算法仿真与实现
• 3.1 永磁同步电机数学模型
• 3.2 永磁同步电机矢量控制原理
• 3.3 常规 PI控制器的设计
• 3.3.1 PI控制器的设计
• 3.3.2 PI控制器的改进
• 3.3.3 PI控制器的参数整定
• 3.4 电压型 SVPWM算法的原理与仿真设计
• 3.4.1 电压型 SVPWM算法的原理
• 3.4.2 SVPMW算法的具体仿真实现
• 3.5 MATLAB的系统仿真
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于 DSP的抽油机矢量调速控制系统设计
• 4.1 驱动系统主要组成部分及功能
• 4.1.1 硬件电路的结构框图
• 4.1.2 TMS320F2812功能及接口简介
• 4.1.3 智能功率模块（IPM）简介
• 4.1.4 电流互感器及其信号处理电路
• 4.1.5 速度和位置信号检测电路
• 4.1.6 抗干扰和电磁兼容问题
• 4.2 控制系统软件设计
• 4.2.1 软件开发平台介绍
• 4.2.2 DSP中的Q格式的使用和 PU值表示法
• 4.2.3 控制系统使用的程序结构框图
• 4.3 本章小结
• 第五章 抽油机控制系统试验结果与展望
• 5.1 小型盘式电机样机电机参数及试验结果
• 5.2 复合式永磁同步电机抽油机参数及试验结果
• 5.3 课题总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表（或录用）的学术论文
• 致谢