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石油抽油机用外转子永磁同步电机设计与研究

发布时间:2018-07-31 08:15
【摘要】:本研究是基于石油抽油机的传动方式改进,结合永磁电机可输出大转矩、低转速的优势,设计了一种专用的外转子永磁同步电机,该电机以塔式抽油机为基体,可实现直驱式抽油,能够有效克服传统抽油机传动链长、耗能大、冲程短的缺陷。考虑到抽油机的应用性能,研究构建了80极90槽,转速为25r/min的外转子永磁同步电机,探讨了电机设计机电统筹的设计思路和方法。以该电机为研究对象,通过磁路法计算,协调电机使用时的因素,建立了电机几何参数模型,使用ANSYS Maxwell进行参数化分析及电磁场有限元计算,分析了该电机分别在空载及额定工况下的磁通分布、电压、电流及输出转矩,校核了永磁体的最大去磁性能。通过对磁路法和有限元计算的数据分析,确定了优化后的电磁方案。利用力学相关知识,对该电机的机械结构进行设计,其中包括主轴、卷筒等主要部件,针对新设计的电机进行多重制动方案分析。最后,应用3D打印机进行了三维成型。考虑到该电机的实际使用环境,针对该电机运行过程中的振动因素,计算了外转子永磁同步电机在不同工况下的气隙磁密,求解了径向电磁力,通过对气隙磁密及径向电磁力傅里叶变换,掌握了对电机振动影响较大的谐波成分。使用ANSYS Workbench对电机整体结构进行模态分析,求解了该电机固有频率及振型,将其与电磁力波各次谐波对比分析,确定了影响该电机振动的主要谐波。本次研究成果对于认识和掌握外转子永磁同步电机设计、电磁场有限元分析及外转子永磁同步电机的振动,提供了重要的理论和实际参考,具有理论指导和现实意义。
[Abstract]:Based on the improvement of transmission mode of oil pumping unit and the advantages of high torque and low speed output of permanent magnet motor, a special external rotor permanent magnet synchronous motor is designed, which is based on tower pumping unit. It can effectively overcome the disadvantages of long transmission chain, large energy consumption and short stroke of traditional pumping unit. Considering the application performance of pumping unit, an external rotor permanent magnet synchronous motor (PMSM) with 80 pole 90 slots and 25r/min speed is constructed, and the design idea and method of electromechanical coordination of motor design are discussed. Taking the motor as the object of study, the geometric parameter model of the motor is established through the calculation of magnetic circuit method and the coordination of the factors in the use of the motor. The parametric analysis and the finite element calculation of the electromagnetic field are carried out by using ANSYS Maxwell. The flux distribution, voltage, current and output torque of the motor under no-load and rated working conditions are analyzed, and the maximum demagnetization performance of the permanent magnet is checked. By analyzing the data of magnetic circuit method and finite element calculation, the optimized electromagnetic scheme is determined. The mechanical structure of the motor, including main parts such as spindle, reel and so on, is designed by using the knowledge of mechanics, and the multiple braking scheme is analyzed for the newly designed motor. Finally, the 3D printer is used for 3D molding. Considering the actual application environment of the motor, the air gap magnetic density of the outer rotor permanent magnet synchronous motor under different working conditions is calculated, and the radial electromagnetic force is solved, aiming at the vibration factors of the motor during its operation. Through the Fourier transform of air gap magnetic density and radial electromagnetic force, the harmonic components which have great influence on motor vibration are grasped. The modal analysis of the whole structure of the motor is carried out by using ANSYS Workbench, and the natural frequency and mode shape of the motor are solved. The main harmonics affecting the vibration of the motor are determined by comparing them with the harmonic waves of the electromagnetic force wave. The research results provide important theoretical and practical reference for understanding and mastering the design of outer rotor permanent magnet synchronous motor, the finite element analysis of electromagnetic field and the vibration of external rotor permanent magnet synchronous motor.
【学位授予单位】:太原科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TE933.1

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本文编号:2154979

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