油田修井机低速大转矩永磁电机直驱系统

发布时间：2017-04-24 14:20

  本文关键词：油田修井机低速大转矩永磁电机直驱系统，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：油田修井机是油田工程中重要的装备之一。传统油田修井机采用柴油发动机或者异步电机作为驱动。柴油机虽然能够在无电的情况下进行作业,但是柴油机空转时间较长,远大于其正常运转时间,工作效率低,耗能大、污染高。以异步电机为动力的修井机效率和功率因数都比较低,维护复杂,噪声大,耗电量较大导致油田电费开支庞大。为了解决上述问题,本课题采用永磁电机直驱系统来驱动油田修井机。永磁电机直驱系统具有结构简单,高效节能,噪声低等优点,不需要减速箱,能够实现低速大转矩的要求,由于没有减速箱,电机直接驱动滚筒,可以使维护难度以及费用大大降低。同时,该系统还具有易于控制,运行稳定的优势。本课题对油田修井机低速大转矩永磁电机直驱系统进行了设计,采用低速大转矩永磁电机直接驱动滚筒,省去减速箱,实现修井机直驱。由于修井机需要在宽调速范围内实现足够大的转矩,本文针对弱磁调速范围的限制,总结星三角绕组变换存在的缺点,提出了一种单星形与串星形双绕组互相切换的方法实现电机的宽恒功率调速,将电机的升速范围提高至三倍以上。电机采用一种燕尾型表贴式结构代替传统的表贴式结构,并且采用不均匀气隙转子结构对电机的气隙磁密波形进行优化,采用Ansoft有限元软件对两种转子结构的电机进行仿真,分析了两种转子结构的气隙磁密波形以及空载反电势波形。设计了整个控制系统,包括主电路的设计和控制电路的设计,以PLC作为控制核心,编制整个系统的控制程序,通过PLC与变频器的通讯来控制主电机,实现了修井机的正反转、加减速以及带载悬停。制作出样机,并且在胜利油田进行带载试验,修井机可以按照要求正常工作。
【关键词】：永磁电机直驱 宽恒功率扩速 修井机
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE935
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题的背景及意义9-10
• 1.2 修井机的发展现状10-11
• 1.3 永磁电机直驱发展现状11-12
• 1.4 永磁电机扩速方法发展现状12
• 1.5 本论文主要研究工作12-14
• 第2章 修井机用低速大转矩永磁电机设计14-26
• 2.1 修井机用低速大转矩永磁电机的电磁设计14-19
• 2.1.1 修井机对驱动电机的要求14-15
• 2.1.2 修井机永磁电机电磁负荷的选择15-16
• 2.1.3 定子冲片的选择16
• 2.1.4 修井机永磁电机的极槽配合16-17
• 2.1.5 修井机永磁电机转子设计17-19
• 2.2 电机的仿真分析19-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 基于绕组变换的宽恒功率调速技术研究26-37
• 3.1 电机的扩速方法26-28
• 3.1.1 永磁同步电机的弱磁扩速26-27
• 3.1.2 绕组星三角变换恒功率调速27-28
• 3.2 双星形绕组恒功率扩速28-31
• 3.2.1 双星形绕组恒功率扩速原理28-29
• 3.2.2 双星形绕组恒功率扩速实现方法29-31
• 3.3 定子绕组环流问题31-35
• 3.3.1 环流产生的原因分析31-34
• 3.3.2 环流问题的解决34-35
• 3.4 本章小结35-37
• 第4章 油田修井机低速大转矩永磁电机直驱控制系统37-47
• 4.1 油田修井机低速大转矩永磁电机直驱控制系统的设计要求37
• 4.2 修井机自动控制系统37-40
• 4.2.1 修井机控制系统的组成37-39
• 4.2.2 修井机直驱控制系统主电路39-40
• 4.3 修井机永磁直驱系统各主要部分40-44
• 4.3.1 PLC选型40-41
• 4.3.2 变频器特性41-44
• 4.4 油田修井机永磁电机直驱系统的PLC控制程序44-46
• 4.4.1 PLC的I/O分配情况44
• 4.4.2 PLC控制程序的主要组成部分44-46
• 4.4.3 变频器的参数设置46
• 4.5 本章小结46-47
• 第5章 油田修井机永磁电机直驱系统实验研究47-51
• 5.1 实验概述47
• 5.2 样机实验研究47-49
• 5.3 本章小结49-51
• 第6章 结论51-52
• 参考文献52-55
• 在学研究成果55-56
• 致谢56

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