开关磁阻电机与抽油机的匹配及控制策略研究

发布时间：2017-07-18 09:04

  本文关键词：开关磁阻电机与抽油机的匹配及控制策略研究

  更多相关文章： 游梁式抽油机 开关磁阻电机 直接转矩控制 匹配研究

【摘要】：目前,国内的大多数油田中游梁式抽油机是应用最广泛的采油设备,其结构简单、可靠性高、制造容易及维护方便的众多优点也成为油田首选的采油设备,但是其工作效率低,能耗大的问题也随着油田生产层次的提升而呈现出一定的局限性。国内油田中的游梁式抽油机数量众多,但实际中的抽油机的运行效率十分低下,在这方面也与国外有着很大的差距,而节能增产是油田实现可持续发展的一个重要途径。如果能够在提升抽油系统的整体运行效率,那么每年在油田节电方面的空间将会十分巨大,这样对于油田降低开采的成本和提高经济效益具有重要的意义。为了能够提高抽油系统整体的运行效率,本文从电机的角度出发,利用新型高效综合性能优良的开关磁阻电机对游梁式抽油机原有的电机进行替换。这种改造方案不仅对于提高抽油系统的效率具有很大的可行性和提升的空间而且相对也更为经济适用。本文研究的对象为CYJY12-4.8型抽油机,采用所设计的45KW的三相(6/4极)开关磁阻电机作为其驱动电机。抽油系统效率低下的本质原因主要周期性的载荷的变动性与按恒定载荷设计制造的普通电机工作特性的不匹配。通过游梁式抽油机的工作原理可知,其负载特性是一个近似于正弦曲线的波形图,首先抽油机在实际的运转会受到一个带有冲击性的周期交变载荷,这就对驱动电机在非额定载荷下的运行效率有一定的影响,其次抽油机本身是一个惯性较大的设备,其直接带载启动的方式要求电机具有较大的启动转矩,另外冲次的合理调节也对提高油田增产有一定影响,最后电机的成本、稳定性及损耗在电机选用时也必须考虑到。而开关磁阻电机是一个综合性能优良的新型电机,具有结构简单、可靠性高、成本低,良好的起动特性,能够适应频繁的启动,在非额定工况下仍能保持较高效率的特性,能够满足抽油机冲次的无级调节等众多优点,能够在节能改造中发挥其优势。抽油系统的整体效率为抽油机主体结构的传动效率与配套使用电机的运行效率的两者之积。因此文中对抽油机的工作的负载特性和力学情况及开关磁阻电机的控制方式进行了深入的了解与必要的分析。重点分析了抽油机的工作原理及负载特性、开关磁阻电机的控制策略和两者的匹配问题。对抽油机进行了力学分析,得出了抽油机的负载特性曲线；参照同容量的三相异步电机的参数并结合开关磁阻电机的自身的特点设计了一台匹配于CYJY12-4.8型抽油机功率的45KW的三相(6/4极)的开关磁阻电机；利用电机设计分析软件ANSOFT根据已计算电机的参数进行了二维电机模型的建立及静态磁场的分析,得出了电机静态磁场的磁链、电感及矩角特性曲线,为在Matlab/simulink搭建立功率为45KW的三相(6/4极)开关磁阻电机模块的提供了数据基础。通过了上述的工作,完成了在Matlab/simulink系统中开关磁阻电机与抽油机匹配仿真模型的搭建工作。虽然开关磁阻电机的综合性能优良,在驱动抽油机运转时有自己独到的优势,但转矩脉动是开关磁阻电机的一个非常突出的缺点,不仅对电机性能有着严重的影响,也会影响到抽油机的运行效率,进而会对抽油机系统的整体效率产生很大的影响。而传统的位置控制、电流斩波、电压斩波等控制方法控制在使用时都有自己的局限性且无法抑制转矩脉动对电机产生的影响。那么从电机的控制策略方面进行抑制电机的转矩的脉动则显的尤为重要。文中在Matlab/simulink搭建了CYJY12-4.8型抽油机的数学模型及45KW的三相(6/4极)开关磁阻电机的封装模块,利用直接转矩控制的策略(DTC)搭建了抽油机与开关磁阻电机相匹配的抽油系统的仿真模型。从仿真结果可知,在DTC的策略的控制下,电机的转矩脉动得到了很好的抑制,电机的运行更加平稳,在电机转速方面比传统的控制方法具有更快的快响应时间,能在很短的时间里达到稳定且波动很小。由上述分析可知,开关磁阻电机本身就是一个高效、节能、可靠等各方面综合性能优良的驱动系统,通过直接转矩的控制方法对抽油机与开关磁阻电机的匹配仿真模型进行控制能够有效抑制转矩脉动,使电机运行更加平稳,有利于电机性能的发挥,可以有效避免抽油机在运行当中的能量损失,有利于电机自身效率及抽油机运行效率的提高。开关磁阻电机自身具有启动转矩大、启动电流小、无级调速、能够适应频繁启停及能够对转矩形成闭环控制的特性,这些特性都能使电机与抽油机匹配使用时,能够实现节能增产的目的,对于实现油田的可持续发展意义重大。
【关键词】：游梁式抽油机 开关磁阻电机 直接转矩控制 匹配研究
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE933.1
【目录】：

• 摘要4-6
• abstract6-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 本课题研究的背景9
• 1.2 油田中抽油机电机使用现状9-11
• 1.3 开关磁阻电机研究概述11-16
• 1.4 本课题的工程背景16
• 1.5 本文研究的主要内容16-18
• 第2章 游梁式抽油机负载特性分析18-26
• 2.1 游梁式抽油机的工作原理18-19
• 2.2 游梁式抽油机的力学分析19-23
• 2.3 游梁式抽油机的负载特性23-24
• 2.4 抽油机负载特性对电机侧的影响24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 开关磁阻电机理论基础及控制方式26-38
• 3.1 开关磁阻电机基本结构和工作原理26-27
• 3.2 开关磁阻电机调速系统组成27-28
• 3.3 开关磁阻电机的数学模型28-32
• 3.4 开关磁阻电机常规控制策略32-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 开关磁阻电机本体设计及有限元仿真38-51
• 4.1 开关磁阻电机的本体设计38-45
• 4.2 开关磁阻电机有限元分析45-47
• 4.3 开关磁阻电机的静态磁场分析47-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第5章 SR电机直接转矩控制系统的仿真51-73
• 5.1 开关磁阻电机的直接转矩控制技术51-59
• 5.2 SR电机直接转矩控制系统仿真实现59-72
• 5.3 本章小结72-73
• 第6章 结论与展望73-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-80
• 个人简介80-81
• 附表81-84

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 高继成;;开关磁阻电机装置[J];江苏纺织;2008年10期

2 张文耀;;开关磁阻电机发电系统研究[J];内蒙古石油化工;2011年07期

3 陈昊,谢桂林;两种开关磁阻电机系统的对比研究[J];中国矿业大学学报;2000年05期

4 许家群,卞松江,杨芳春;开关磁阻电机极型改进研究[J];煤矿机电;2001年04期

5 纪良文,蒋静坪;开关磁阻电机神经网络磁特性分析[J];煤炭学报;2001年05期

6 许家群,曹政才,杨芳春;开关磁阻电机极型选择及其改进研究[J];黑龙江科技学院学报;2001年02期

7 矫林岳,王巍,杜五一;开关磁阻电机在绞车驱动系统中的应用[J];煤;2001年04期

8 李雷军,丁春芳;开关磁阻电机缺相运行特性的研究[J];煤矿机电;2004年02期

9 步勇兵,高超,矫林岳,王巍;开关磁阻电机用于煤矿矸石山绞车[J];煤矿机电;2005年03期

10 梁南丁;;基于开关磁阻电机技术的矿山机械调速系统[J];煤炭工程;2007年01期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 张荣;李俊丽;张臻;;开关磁阻电机的应用及其研究的前沿问题[A];第十届全国煤矿自动化学术年会论文集[C];2000年

2 盛威;程康;张侃健;费树岷;;一类开关磁阻电机的终端滑模控制器设计[A];2009年中国智能自动化会议论文集（第一分册）[C];2009年

3 刘迪吉;;开关磁阻电机发展综述[A];电气技术发展综述[C];2004年

4 崔玉龙;赵英凯;刘教民;;中速开关磁阻电机的仿真研究[A];中国自动化学会全国第九届自动化新技术学术交流会论文集[C];2004年

5 张媛;邓智泉;;一种新型确定无轴承开关磁阻电机中超前角的方法[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集（下）[C];2005年

6 修杰;夏长亮;;开关磁阻电机的模糊自适应PID控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年

7 朱曰莹;赵桂范;韩光省;杨娜;唐骏;;基于车辆动态负载的开关磁阻电机驱动特性分析[A];2013年中国智能自动化学术会议论文集（第三分册）[C];2013年

8 王宏华;;开关磁阻电机两步换相法的局限及改进[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年

9 曹鑫;杨钢;张媛;邓智泉;;无轴承开关磁阻电机双相励磁建模分析[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集（下）[C];2005年

10 周强;刘闯;朱学忠;刘迪吉;;开关磁阻电机专用集成电路的设计与应用[A];2008中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会论文摘要集[C];2008年

中国重要报纸全文数据库 前6条

1 肖国林;科汇打造开关磁阻电机研发基地[N];中国工业报;2006年

2 ，

本文编号：556934