潜油圆筒形直线永磁电机工程样机及其控制系统研究

摘要

相对于传统的采油系统,潜油直驱抽油系统具有许多优点。圆筒形直线永磁电机作为一种新型圆筒形直线交流电机,与圆筒形直线感应电机相比,更适于潜油直线抽油系统。为了更好地满足抽油系统的需求,本文对本课题组前期设计制造的圆筒形直线永磁电机样机进行更详细的试验。在小型样机的成功基础上设计出实际工程样机及相应的控制系统,最后介绍了横向磁通电机的结构优点以及在潜油驱动的可行性研究,主要内容如下:
　　 首先,介绍了设计制造小型样机的目的,说明了样机的结构、性能等指标要求,并对样机进行空载和负载试验,分别测试了电机样机的空载损耗和出力能力。试验结果表明:圆筒形直线永磁同步电机具有很高的驱动力。
　　 其次,在小型样机的成功基础上,采用瞬态电磁场有限元法进行实际工程样机设计。考虑到计算机计算资源的限制,把一个整体直线电机分成28个相同的单体直线电机,以单体直线电机为单位进行计算,根据单体直线电机的计算结果推断出整体工程样机的设计结果。在单体直线电机分析时,把整个冲程分为了上行抽油过程、下行轻载过程以及停止过程,分别对上行和下行过程进行了空载和负载试验,试验结果表明:工程样机能够满足性能要求。
　　 再次,本章设计了潜油圆筒型直线永磁同步电机的控制系统,包括硬件电路设计和软件程序设计。控制系统的硬件部分主要分为以下几个部分:单片机芯片及其外围电路、逆变及驱动单元、电压电流和温度检测单元以及保护电路。软件部分包括单片机主程序、中断服务程序及控制子程序。该控制系统主要用于潜油圆筒型直线永磁同步电机在低频范围内运行,其主要功能是给直线电机提供驱动电源、运行参数设定、运行状态监测与显示、运行过程控制和为系统提供安全保护等。
　　 最后,为了使潜油抽油系统的驱动力尽可能提高,本文还介绍了横向磁通圆筒形直线永磁电机,通过与（径向磁通）圆筒形直线永磁电机在定、动子结构上的对比,体现出横向磁通圆筒型直线永磁电机的优势,表明它在潜油直驱抽油中具有重要应用潜力和研究价值。

目录

文摘

英文文摘

CONTENTS

第一章 绪论

1.1 圆筒形直线永磁同步电机的研究意义

1.2 圆筒形直线永磁同步电机及其在潜油抽油中的应用现状

1.3 横向磁通圆筒形直线永磁同步电机的研究现状

1.4 本章小结

第二章 圆筒形直线永磁同步电动机样机的试验研究

2.1 圆筒形直线永磁同步电动机样机的介绍

2.2 圆简形直线永磁同步电动机样机的试验

2.2.1 反电动势波形测试

2.2.2 空载试验

2.2.3 负载试验

2.3 本章小结

第三章 潜油圆筒形直线永磁同步电动机工程样机设计

3.1 工程样机性能结构要求及设计分析方法

3.1.1 额定运行状态

3.1.2 电机结构要求

3.1.3 设计分析方法

3.1.4 电机设计的有限元分析

3.2 电机设计方案

3.2.1 单体直线电机设计方案

3.3.2 整体直线电机设计方案

3.3 单体直线电机设计计算

3.3.1 电机上行抽油设计计算

3.3.2 电机下行轻载设计计算

3.3.3 单体直线电机一个冲程的设计计算

3.4 双体直线电机的设计计算及其与单体直线电机的比较

3.5 整体工程样机的性能分析

3.6 本章小结

第四章 潜油圆筒形直线永磁同步电动机控制系统设计

4.1 潜油圆筒形直线永磁同步电动机运行规律及控制系统的功能

4.2 潜油圆筒形直线永磁同步电动机控制系统总体方案及技术指标

4.3 潜油圆筒形直线永磁电动机控制系统设计

4.3.1 参数计算

4.3.2 控制系统硬件设计

4.3.3 控制系统软件设计

4.4 本章小结

第五章 横向磁通圆筒形直线永磁电机及其在潜油驱动的可行性

5.1 引言

5.2 横向磁通平板形直线永磁电机的原理结构

5.3 横向磁通圆筒形直线永磁电机的原理结构

5.4 横向磁通圆筒形直线永磁电机在潜油直驱抽油系统的可行性 -

5.5 本章小结

第六章 全文总结

参考文献

致谢

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