直驱抽油机模拟系统的控制及仿真

论文摘要

游梁式抽油机作为应用最广泛的石油开采设备,在机械采油装备中占有举足轻重的地位。但其存在着传动链长、系统效率低、耗电量大等问题,油田抽油机的节能改造、降低采油成本早已成为人们关注的热点。本文针对传统游梁式抽油机存在的问题,在分析无刷直流电机特点和应用的基础上,提出采用低速外转子无刷直流电机代替传统高速感应电机来直接驱动抽油机的系统方案。确定了直驱抽油机系统的结构方案并阐述了其工作原理；分析了悬点的运动规律、悬点载荷变化及系统的平衡原理；分析比较了无刷直流电机直驱抽油机系统和传统游梁式抽油机系统的地上效率,证明前者的效率优于传统抽油机效率；分析计算了控制系统的制动能量和制动电阻；建立了无刷直流电机的数学模型,并在此模型的基础上搭建了控制系统的Matlab/Simulink仿真模型,进行仿真实验；设计并制作了基于无刷直流电机专用控制芯片UCC3626的控制系统硬件电路,其中包括控制电路、驱动电路、整流电路、逆变电路、转向控制电路以及其他辅助电路等,并对控制系统进行了调试实验,验证了系统方案的可行性。分析研究表明,本文的直驱抽油机系统去掉了减速器、四连杆机构等中间传动环节,大大缩减了游梁式抽油机的较长传动链,克服了其可控性差、效率低等缺点,可实现一定的节能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 抽油机技术概况
• 1.2.1 抽油机的发展概述
• 1.2.2 游梁式抽油机存在的主要问题
• 1.2.3 抽油机的节能技术
• 1.3 无刷直流电机概况
• 1.3.1 无刷直流电机的发展概述
• 1.3.2 无刷直流电机的基本结构及工作原理
• 1.3.3 无刷直流电机的特点
• 1.4 本文的主要研究工作
• 第二章 直驱抽油机系统结构及动力学分析
• 2.1 直驱抽油机系统的结构方案和工作原理
• 2.1.1 直驱抽油机系统的结构方案
• 2.1.2 直驱抽油机系统的工作原理
• 2.2 直驱抽油机系统的悬点运动分析
• 2.3 直驱抽油机系统的悬点载荷分析
• 2.3.1 悬点静载荷分析
• 2.3.2 悬点动载荷分析
• 2.4 直驱抽油机系统的平衡计算
• 2.5 直驱抽油机系统与游梁式抽油机系统效率对比分析
• 2.5.1 游梁式抽油机系统的地上效率分析
• 2.5.2 直驱抽油机系统的地上效率分析
• 2.6 制动能量计算
• 2.7 本章小结
• 第三章 直驱抽油机控制系统建模与仿真
• 3.1 无刷直流电机的数学模型
• 3.2 无刷直流电机控制系统仿真模型的建立
• 3.2.1 电机本体模块
• 3.2.2 换相逻辑模块
• 3.2.3 逆变器模块
• 3.2.4 速度调节模块
• 3.2.5 控制系统仿真模型
• 3.3 Simulink仿真结果及分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 直驱抽油机控制系统硬件设计
• 4.1 系统总体结构
• 4.2 控制电路的设计
• 4.2.1 无刷直流电机专用控制芯片UCC3626
• 4.2.2 基于UCC3626的控制电路设计
• 4.3 驱动电路的设计
• 4.3.1 驱动芯片IR2233
• 4.3.2 驱动电路设计
• 4.4 整流电路的设计
• 4.5 逆变电路的设计
• 4.6 转向控制电路的设计
• 4.7 辅助电路的设计
• 4.7.1 电源电路
• 4.7.2 隔离电路
• 4.7.3 保护电路
• 4.8 本章小结
• 第五章 直驱抽油机控制系统实验
• 5.1 控制系统调试实验结果及分析
• 5.1.1 转子位置信号和PWM控制信号
• 5.1.2 无刷直流电机的启动定位
• 5.1.3 无刷直流电机转向控制信号
• 5.1.4 电压电流波形
• 5.2 本章小结
• 第六章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 研究生期间发表的论文