游梁式抽油机用节能电机工作性能的有限元计算及分析

摘要

游梁式抽油机是我国原油开采的主要设备，但抽油机用驱动电机的大马拉小车的问题比较严重，导致采油系统的效率比较低。根据抽油机的载荷特性，采用优化设计的抽油机用节能电机在控制器的作用下，通过对油田负载情况的检测，自动切换电机的功率档，使电机的输出特性与负载始终处于最佳的匹配状态，达到节能的目的。 该文首先介绍了节能电机的设计方案，分析了基于反时滞后算法设计的节能控制器的工作原理及节能电机断相保护电路的组成与实现。其次对实验测得的节能电机的起动电流和起动转矩以及在不同负荷下的各测试参数与普通Y系列电机在相同功率点进行对比，节能电机起动电流低于普通Y系列电机而起动转矩与其持平，并且在低恒定负荷区的功率因数曲线及效率曲线优于普通Y系列电机。再次根据有限元计算方法，给出了抽油机用节能电机的求解域，边界条件和假设条件。利用电磁场理论和变分法建立电动机的二维电磁场的数学模型，给出了正弦时变场单元分析过程和离散格式以及最终的总体合成方程。把正弦电磁场计算的起动转矩、起动电流值以及不同恒定负载下效率、功率因数、输入电流及输出转矩的计算结果与实测数据进行了对比，验证了节能电动机的电磁场数值计算结果满足实际工程精度的要求。最后论文建立了考虑转子斜槽结构的多截面有限元模型，以端电压为输入量，可直接计算出节能电机的起动电流和起动转矩，计算结果与实测数据的比较验证了该方法的可靠性。 经过优化设计的抽油机用节能电机体积小、重量轻、耗材少，不仅具有良好的起动性能，而且在低负荷区节能明显，在油田有广泛的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题的提出及实际研究意义

1.1.1导致抽油机用电动机效率低的原因

1.1.2抽油机的载荷特点与电动机外特性的匹配问题

1.1.3半负荷或轻负荷问题

1.1.4抽油机用电动机发电时对电网的影响

1.2抽油机的节能途径与国内外的研究状况

1.3课题的来源及主要研究内容

第2章游梁式抽油机用节能电机及控制系统

2.1游梁式抽油机工作原理

2.2游梁式抽油机用节能电机设计

2.3游梁式抽油机用节能电机油田现场实测数据分析

2.4游梁式抽油机的控制部分

2.5抽油机用节能电动机节电效果的测试和评价

2.6节能电机断相保护电路的组成与设计方案

2.6.1断相保护电路的实现

2.6.2断相保护电路的工作原理

2.7本章小结

第3章游梁式抽油机用节能电机运行工况性能的有限元计算及分析

3.1引言

3.2抽油机用驱动节能电动机的有限元计算

3.2.1电机的基本假设和基本方程

3.2.2正弦时变场的条件变分问题

3.2.3条件变分问题的离散化

3.2.4总体合成

3.2.5边界条件的处理

3.2.6节能电动机正弦时变场微分方程的求解

3.3节能电动机在不同负载下运行工况的计算结果与分析

3.3.1功率因数的计算

3.3.2节能电机的力矩计算

3.3.3抽油机用节能电机在不同输出功率时电流的确定

3.3.4不同负荷下节能电机的效率

3.4本章小结

第4章游梁式抽油机用节能电机起动性能分析

4.1引言

4.2计及斜槽影响时起动性能的有限元计算

4.2.1转子端部参数的计入

4.2.2起动转矩计算

4.2.3计算结果与分析

4.3多截面有限元方法

4.3.1电机的基本假设和基本方程

4.3.2计算结果与分析

4.4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