潜油泵直驱单元组合式永磁电机优化设计与性能分析
本文选题:单元组合式永磁电机 + 田口法 ; 参考:《沈阳工业大学》2017年硕士论文
【摘要】:潜油泵直驱单元组合式永磁电机与普通潜油异步电机相比,具有高效率、高功率因数、体积小及易于生产制造等优点。潜油电机外径受油井套管尺寸的限制,只能靠增加轴向长度来满足一定输出功率的需要,故其通常有着超细长比的特殊结构,这种结构使得生产制造和维修护理变得极为困难。本文研究的潜油永磁电机为单元组合式结构,该潜油电机结构为数节单元电机组合,这样就大大减少了该电机的加工制造难度,且这种结构形式使得潜油电机可根据不同的负载需要灵活匹配单元电机的数量,大大节省了生产成本。为了提高该电机的轴向利用率及降低其吊装折断的风险,本文改进了其单元组合连接结构形式。由于潜油电机受油井套管尺寸的限制,其外径及轴向长度均需取到合适范围以内,为了保证在一定体积内其满足足够大的输出转矩要求,须尽量提高其转矩密度。本文以提高该电机转矩密度为目标,利用有限元联合田口法优化设计了电机的相关结构尺寸,对优化后的转矩密度进行了分析计算。电机采用真分数槽集中绕组具有高功率密度、容错性好等优点,但真分数槽集中绕组会带来绕组磁动势谐波含量多,增加电机转子损耗及转矩脉动等问题,本文研究的潜油电机采用真分数槽集中绕组。本文利用磁动势合成图法对该电机绕组进行了磁动势谐波分析,得出了谐波含量分布情况。并提出采用双定子绕组法对该谐波进行削弱,利用有限元分析手段,对削弱后的磁动势谐波含量进行了分析。为了进一步对削弱效果进行验证,分析计算了相关次数谐波的绕组系数。潜油电机单元组合运行会产生较大的转矩脉动,本文对该转矩脉动进行了分析,具体分析了转轴扭曲形变以及单元间组合运行对电机转矩脉动的影响,提出改变相邻单元电机定子轴线相对位置来削弱此转矩脉动,并对该方法的削弱效果进行了理论分析校核。最后,本文对样机实验进行了叙述分析。实验证明了改变相邻单元电机定子轴线相对位置削弱组合运行转矩脉动方法的有效性及该潜油电机相比普通潜油异步电机优异的性能。
[Abstract]:Compared with the conventional submersible induction motor, the submersible pump direct-drive unit combined permanent magnet motor has the advantages of high efficiency, high power factor, small volume and easy production and manufacture. The outer diameter of the submersible motor is limited by the casing size of the oil well, and it can only meet the need of output power by increasing the axial length, so it usually has a special structure of super slenderness ratio, which makes production, manufacture and maintenance and nursing extremely difficult. The submersible permanent magnet motor studied in this paper is a combined unit structure. The structure of the submersible permanent magnet motor is composed of several submersible motor units, which greatly reduces the difficulty of machining and manufacturing of the motor. Moreover, the submersible motor can flexibly match the number of unit motors according to different loads, which greatly saves the production cost. In order to improve the axial utilization rate of the motor and reduce the risk of its hoisting and breaking, this paper improves the structural form of its unit combined connection. Because the submersible motor is limited by the casing size of oil well, its external diameter and axial length should be taken within the proper range. In order to ensure that the submersible motor can meet the requirement of large enough output torque in a certain volume, the torque density should be raised as far as possible. In order to improve the torque density of the motor, this paper optimizes the structure size of the motor by using the finite element method and the Taguchi method, and analyzes and calculates the torque density after the optimization. The real fractional slot concentrated winding has the advantages of high power density and good fault tolerance. However, the true fractional slot concentrated winding will bring more harmonics to the winding, increase the rotor loss and torque ripple, etc. The submersible motor studied in this paper adopts the true fractional slot concentrated winding. In this paper, the magnetic EMF harmonic analysis of the motor windings is carried out by using the magnetoEMF synthesis diagram method, and the distribution of the harmonic content is obtained. The method of double stator winding is used to weaken the harmonic. The harmonic content of the weakened magnetodynamic potential is analyzed by finite element method. In order to verify the weakening effect, the winding coefficients of harmonics are analyzed and calculated. The torque ripple of submersible motor is analyzed in this paper. The twist deformation of rotating shaft and the effect of combined operation between units on torque ripple of submersible motor are analyzed in this paper. The torque ripple is weakened by changing the relative position of the stator axis of the adjacent unit motor, and the weakening effect of the method is theoretically analyzed and checked. Finally, the prototype experiment is described and analyzed. The experiment proves the effectiveness of the method of weakening the combined running torque ripple by changing the relative position of the stator axis of the adjacent unit motor and the excellent performance of the submersible motor compared with the ordinary submersible asynchronous motor.
【学位授予单位】:沈阳工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TE933.3;TM351
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,本文编号:2015547
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