潜油螺杆泵专用稀土永磁同步电动机研究

论文摘要

潜油螺杆泵能有效的处理高粘度及高含砂的原油,而随着原油粘度的增加,潜油螺杆泵必须在低转速下才能有效地工作,其最佳旋转速度一般在100-500r/min。异步潜油螺杆泵电动机的转速较高,不能很好的适应潜油螺杆泵的采油要求。因此,需要研究低转速、大扭矩、高性能的潜油螺杆泵专用稀土永磁同步电动机。潜油螺杆泵专用稀土永磁同步电动机是一种立式工作的三相永磁电动机,它采用定转子分段的细长结构,各定子段之间轴向用非磁性材料连接,各转子段之间有扶正轴承,定转子之间充满专用润滑油,转子上则镶嵌有稀土永磁体。本文根据潜油螺杆泵专用稀土永磁同步电动机的特殊结构,研究了其定转子分段、内充润滑油的特点对电机设计及性能的影响。经过分析,电机采用36槽10极结构,定子绕组采用了分数槽绕组;由于此种电机的主要尺寸比范围较大,定子内径不易确定,本文给出了简单可行的确定电机定子内径的方法。分析了温度对潜油螺杆泵专用稀土永磁同步电动机的性能影响;通过研究分析得出潜油螺杆泵专用稀土永磁同步电动机的端部漏抗随转子段数增加的变化规律,并得到计算公式;给出了潜油螺杆泵专用稀土永磁同步电动机机械损耗的简便计算方法;文章给出了永磁体的选择方法和永磁体的放置方式。利用Matlab编制了潜油螺杆泵专用稀土永磁同步电动机的电磁计算程序,得出样机的性能参数;利用Ansofl对样机进行了仿真,得出了气隙磁密、反电势等波形,并仿真得出了隔磁桥宽度对电机性能的影响。实验证明样机的性能良好,比原来的异步潜油螺杆泵电机的效率提高了12.4个百分点;最大转矩倍数由原来异步潜油螺杆泵电动机的1.67提高到2.42。通过对比潜油螺杆泵专用稀土永磁同步电动机实验所得数据和应用Matlab程序设计计算结果,证明了程序的正确可行、简单方便。本文的研究工作对于进一步完善和发展永磁同步电动机的设计方法和设计理论具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 选题依据
• 1.3 课题意义
• 1.3.1 工程意义
• 1.3.2 理论意义
• 1.4 国内外潜油螺杆泵专用稀土永磁同步电动机的发展现状与发展趋势
• 1.4.1 国外潜油螺杆泵专用稀土永磁同步电动机的发展现状及发展趋势
• 1.4.2 国内潜油螺杆泵专用稀土永磁同步电动机的发展现状及发展趋势
• 1.5 本课题研究的内容
• 第二章 潜油螺杆泵专用稀土永磁同步电动机的结构和设计特点
• 2.1 潜油螺杆泵专用稀土永磁同步电动机结构特点
• 2.1.1 潜油螺杆泵专用稀土永磁同步电动机基本结构
• 2.1.2 潜油螺杆泵专用稀土永磁同步电动机的结构特点
• 2.2 潜油螺杆泵专用稀土永磁同步电动机的设计特点
• 2.2.1 整体与单段电机的关系
• 2.2.2 主要尺寸与参数、性能的关系
• 2.2.3 端部漏抗计算
• 2.2.4 压装力的确定
• 2.3 机械损耗计算
• 2.3.1 止推轴承动、静块的摩擦损耗
• 2.3.2 转子与润滑油的摩擦损耗
• 2.3.3 扶正轴承损耗
• 第三章 潜油螺杆泵专用稀土永磁同步电动机设计
• 3.1 电磁负荷的确定
• 3.2 主要尺寸的确定
• 3.3 电枢长度的确定
• 3.4 气隙的确定
• 3.5 定子的设计
• 3.5.1 定子冲片的特点
• 3.5.2 定子槽形的确定
• 3.5.3 定子绕组的特点
• 3.6 永磁材料的选择与放置方式
• 3.6.1 永磁材料的选择
• 3.6.2 永磁材料磁性能的主要参数
• 3.6.3 永磁体尺寸的设计
• 3.6.4 永磁体的放置方式
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于Matlab语言的潜油螺杆泵专用稀土永磁同步电动机电磁计算程序
• 4.1 Matlab语言简介
• 4.2 程序的编制过程
• 4.3 电磁计算结果
• 第五章 基于Ansoft软件的潜油螺杆泵专用稀土永磁同步电动机电磁场分析
• 5.1 Ansoft工程电磁场有限元分析软件简介
• 5.2 样机仿真过程
• 5.3 隔磁桥对电机性能的影响
• 5.3.1 不同尺寸隔磁桥对电机磁场的影响
• 5.3.2 漏磁系数的计算
• 5.3.3 隔磁桥尺寸对电机性能的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 潜油螺杆泵专用稀土永磁同步电动机实验结果
• 6.1 潜油螺杆泵专用稀土永磁同步电动机的实验
• 6.1.1 空载实验
• 6.1.2 各种损耗的测定
• 6.1.3 反电势的测定
• 6.1.4 温升实验
• 6.1.5 负载实验
• 6.2 实验数据与设计值和原异步潜油螺杆泵电动机的对比
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢