潜油螺杆泵的变频驱动仿真及交交变频器的设计

论文摘要

随着我国石油工业的发展,电动潜油螺杆泵在石油开采业中得到了大规模的应用。电动潜油螺杆泵采油系统的技术瓶颈之一就是潜油电机与螺杆泵的转速匹配问题,而将变频控制技术应用于电动潜油螺杆泵采油系统中则能够解决这个问题。本文首先分析了潜油螺杆泵采油系统的工作特性以及使用中存在的问题,接着论述了电力调速系统的现状,然后以MATLAB为工具,对采用不同控制方案时所输出波形的谐波进行了必要的分析和比较,最终选择三相交交零式电路拓扑结构。针对变频调速控制部分,本文设计了一套基于Intel公司的电机专用集成控制芯片80C196KC单片机的控制系统,并完成了对系统硬件电路部分和实现控制策略的软件部分的具体设计。该系统主要包括主电路、控制回路、进线电源变压器等,能够为电机提供低频的电压输出。主电路采用电压型三相半桥零式结构,由18个晶闸管构成。控制部分由电压相序检测电路,电压同步检测电路,脉冲信号发生器,零电流检测单元等组成。软件设计使用C语言对潜油螺杆泵采油系统的变频控制程序进行软件设计和开发,实现了相序检测、10Hz方波电压输出、人机操作界面等功能。最后,样机的带载实验结果表明变频控制系统效果良好,性能达到了设计要求。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第1章 前言
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 螺杆泵采油系统及变频调速技术概述
• 2.1 电动潜油螺杆泵采油系统简介
• 2.1.1 电动潜油螺杆泵采油系统的组成
• 2.1.2 电动潜油螺杆泵系统应用中存在的问题
• 2.2 交流变频调速的基本原理
• 2.2.1 三相异步电机及其调速原理
• 2.2.2 异步电机变频调速方式
• 2.2.3 异步电机变频控制的机械特性
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于M A TL AB 的变频仿真研究
• 3.1 交直交变频器的原理及仿真研究
• 3.1.1 交直交变频器的原理
• 3.1.2 脉冲电路模型
• 3.1.3 交直交变频器仿真
• 3.1.4 交直交变频器的谐波分析
• 3.2 交交变频器的原理及仿真研究
• 3.2.1 变频器触发原理及仿真主回路的构成
• 3.2.2 方波输出变频器的仿真时序及仿真波形
• 3.2.3 正弦波输出仿真时序及输出波形
• 3.2.4 输出波形谐波分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 交交变频器的软硬件实现
• 4.1 硬件系统组成
• 4.1.1 相序检测电路
• 4.1.2 电压同步检测电路
• 4.1.3 触发脉冲的产生及输出
• 4.1.4 零电流检测电路
• 4.1.5 检测保护电路
• 4.1.6 柜体设计
• 4.1.7 主要干扰及抗干扰对策
• 4.1.8 谐波对电动机性能的影响及对策
• 4.2 软件设计
• 4.2.1 相序检测
• 4.2.2 键盘处理程序
• 4.2.3 主程序设计
• 4.2.4 中断程序设计
• 4.3 本章小结
• 第5章 实验结果及结论
• 5.1 实验结果及相关分析
• 5.1.1 阻性负载实验结果及分析
• 5.1.2 阻感性负载实验结果及分析
• 5.2 需要进一步改进的地方
• 5.3 结束语
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 个人简历、在学期间的研究成果