塔架抽油机用永磁同步力矩电机相关问题研究

论文摘要

塔架采油是近年来发展起来的一种应用领域逐渐扩大、应用前景十分广阔的新型机采方式。系统中使用的力矩电机是一种低转速、大转矩的永磁电动机。它可以直接带动低速负载,特别适合于低速大力矩控制系统。本文针对永磁同步力矩电机的特点,对其相关问题进行了研究。通过对旋转变压器信号特点的分析,同时对多种旋转变压器的参数进行对比,以及安装在样机上的试验,分析了其阻抗匹配、幅值匹配和电磁干扰等问题,并给出了在设计和工程应用中的解决方法。针对永磁同步力矩电机负载的特点,对比分析得到了电机输出转矩的特性,指出了加减速时间和加减速度过程等对输出转矩的影响,为塔架抽油机系统中驱动电机的选择提供了一定的参考依据。低速永磁力矩电机由于电机输出转矩较大,铜损比较严重,而低转速更不利于散热,所以发热和温升问题对低速永磁力矩电机来说更为严重。本文建立了电机的通风冷却有限元模型,得到了电机冷却风道的风速和风压,并与计算值比较吻合,这为整个通风系统设计以及优化和改善电机结构提供了依据。在电机损耗计算的基础上,建立了电机三维暂态温度场有限元模型,对电机温度场进行了仿真分析。同时,对电机进行了温升试验,并与仿真计算结果进行对比,结果验证了仿真计算的准确性以及安装风扇后的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 塔架抽油机采油系统概述
• 1.2.1 国内外塔架采油技术发展及现状
• 1.2.2 塔架采油系统特点及工作原理
• 1.3 永磁同步电机的发展及特点
• 1.3.1 永磁同步电机发展概况
• 1.3.2 永磁同步电机的特点及分类
• 1.4 直驱式永磁同步力矩电机的特点
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 永磁力矩电机位置传感器信号匹配问题研究
• 2.1 引言
• 2.2 旋转变压器信号的特点
• 2.2.1 正余弦旋转变压器的工作原理
• 2.2.2 磁阻式旋转变压器简介
• 2.3 低速永磁力矩电机系统中旋转变压器的信号匹配问题
• 2.3.1 幅值匹配问题
• 2.3.2 阻抗匹配问题
• 2.3.3 电磁干扰问题
• 2.4 旋转变压器信号匹配问题的实验研究
• 2.4.1 几种旋转变压器参数对比
• 2.4.2 旋转变压器信号匹配实验
• 2.5 本章小结
• 第3章 塔架抽油机系统负载特性的仿真分析
• 3.1 引言
• 3.2 塔架抽油机系统负载特性的仿真分析
• 3.2.1 系统建模分析
• 3.2.2 理想情况下电机特性分析计算
• 3.3 不同因素对电机输出转矩的影响
• 3.3.1 加减速时间的影响
• 3.3.2 加减速过程的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 永磁力矩电机通风冷却模型数值计算
• 4.1 引言
• 4.2 电机的通风系统概述
• 4.2.1 空气冷却系统
• 4.2.2 电机通风系统的基本要求
• 4.2.3 电机通风计算的目的
• 4.2.4 流体运动简介
• 4.2.5 离心式风扇的工作原理
• 4.3 通风系统分析的数值计算方法
• 4.4 电机通风冷却模型分析
• 4.4.1 基于ANSYS的有限元计算模型分析
• 4.4.2 模型计算
• 4.5 本章小结
• 第5章 永磁力矩电机三维温度场计算与实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 传热学基本定律
• 5.3 永磁力矩电机的温度场计算概述
• 5.3.1 温度场计算方法概述
• 5.3.2 电机三维温度场计算的微分方程边界条件
• 5.3.3 电机温度场基本假设条件和边界条件
• 5.4 损耗的计算与导热表面散热系数的确定
• 5.4.1 损耗的确定
• 5.4.2 导热系数的确定
• 5.4.3 表面散热系数的确定
• 5.5 基于ANSYS的永磁力矩电机三维温度场计算
• 5.6 永磁同步力矩电机的温升试验
• 5.6.1 电机实验装置及测试系统
• 5.6.2 电机温升实验原理
• 5.6.3 电机温升实验
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢