抽油机用感应电机变频调速及能量回馈控制系统的研究

摘要

能源是一个国家发展的基础，是国民经济的命脉。在能源日益紧缺的今天，节能问题已成为人们关注的焦点。人们不断地探索和研究如何才能充分、有效地利用能源、节约能源和开发利用环保、可持续的新型能源，以实现社会的可持续发展。 众所周知，石油在国民经济中占有举足轻重的地位。目前，游梁式抽油机拖动系统是我国石油开采领域普遍使用的一种有杆泵类采油设备。但这类设备存在着系统效率低、能耗大、轻负荷现象比较普遍等问题。因此提高石油的开采效率、降低采油成本，是目前油田采油急待解决的问题。 本文针对游梁式抽油机拖动系统中存在的一系列问题，结合SVPWM和正弦波细分控制技术，设计了用于抽油机感应电动机的变频调速及能量回馈系统。系统采用双CPU的结构型式，以数字信号处理器TMS320F2812和功率开关器件IGBT为控制系统的核心，进行了变频调速及能量回馈系统的软硬件设计，并进行了仿真和实验研究。 系统由硬件和软件两部分组成。其中硬件部分包括主电路、以DSP为核心的控制电路、IGBT驱动及保护电路和显示电路的设计等。软件部分采用C语言进行编程，进行了变频调速及能量回馈系统的控制、保护和显示等功能的编写和调试。 最后，针对变频调速系统和能量回馈控制系统进行了仿真和实验研究。结果表明，采用本文所设计的抽油机用感应电动机变频调速及能量回馈系统具有较好的调速性能，同时实现了低谐波成分能量回馈，提高了抽油机拖动电机系统的效率，在当今提倡节能降耗的今天具有重要的意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1本课题研究的背景

1.1.1变频调速技术的国内外研究现状

1.1.2抽油机用感应电机的发电问题及节能原理

1.1.3能量回馈技术的研究现状和发展趋势

1.2课题研究的目的及意义

1.3本课题研究的内容

第2章感应电机变频调速及能量回馈控制系统的工作原理

2.1变频调速控制系统的工作原理

2.2基于SVPWM的变频调速控制方法

2.3感应电机的发电运行工作原理

2.4能量回馈控制系统的工作原理

2.5基于正弦波细分技术的有源逆变控制方法

2.6本章小结

第3章基于SVPWM的感应电机变频调速系统设计

3.1变频调速系统的硬件设计

3.1.1基于DSP的变频调速系统总体结构设计

3.1.2控制电路设计

3.1.3功率驱动电路设计

3.1.4主电路设计

3.2变频调速系统的软件设计

3.2.1主程序设计

3.2.2 SVPWM的实现

3.2.3 A／D中断服务子程序设计

3.3本章小结

第4章基于正弦波细分技术的能量回馈系统的设计

4.1能量回馈系统的硬件设计

4.1.1基于DSP的能量回馈系统总体结构设计

4.1.2能量回馈系统控制电路设计

4.1.3电压同步检测电路的设计

4.1.4电流检测控制电路的设计

4.1.5功率驱动电路的设计

4.1.6主电路的设计

4.1.7滤波电感(扼流电抗器)的选择

4.2能量回馈系统的软件设计

4.2.1主程序设计

4.2.2 A／D中断服务子程序设计

4.2.3能量回馈系统电流PI调节子程序设计

4.3本章小结

第5章仿真分析及实验研究

5.1能量回馈系统的仿真分析

5.1.1 Matlab／Simulink仿真工具简介

5.1.2能量回馈控制系统仿真模型的建立

5.1.3能量回馈系统的仿真结果及波形分析

5.2实验研究

5.2.1变频调速系统实验研究

5.2.2能量回馈系统实验研究

5.3本章小结

结论

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢