油田抽油机节能技术的研究与应用

【摘要】： 当前油田抽油机所采用的交流异步电动机仍较多运行在非节能状态下,最近几年各方都致力于将变频调速等节能技术应用于其中,且已取得了初步成效。由于抽油机负载的特殊性,普通的变频器不能很好的发挥作用。因此,对油田抽油机专用变频器的开发和设计成为降低油田采油成本的一个方向。 本论文正是基于当前这种形势,着力于设计一个抽油机专用变频器的研究平台。通过这个平台,可以实现电动机各种控制技术的应用,以及进一步设计油田抽油机的节能方案。论文首先阐述了交流异步电动机的基本结构和控制原理,然后对交—直—交变频调速的控制原理进行相关描述。其中着重介绍了应用相当成熟的SPWM控制技术和日益成熟的矢量控制技术。基于这些理论基础,本论文提出了平台的硬件设计方案。方案中采用了TI公司的TMS320F2812作为主控微处理器,同时选用了国际整流器公司的IR2233作为直—交逆变中的IGBT驱动器件。此外,设计方案还实现了对定子电流的采集和转子转速的测量,具备2种对外通讯接口,配备了功能强大的320×240液晶显示模块。论文所提供的硬件设计基本上满足了抽油机专用变频器的研究平台的功能。论文最后利用该平台完成了对交流异步电动机的SPWM控制和SVPWM控制,并进一步实施了对交流异步电动机的矢量控制。 本论文所提出的平台方案采用了模块化的设计思路,这样有利于以后的硬件更新和软件移植,更适用于其他交流异步电动机控制理论的引入和实践,提高了平台的应用价值。 【关键词】：抽油机 节能 电动机控制 矢量控制 DSP
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TE933.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 前言10-13
• 1.1 本课题提出的背景10
• 1.2 国内外的研究现状10-12
• 1.3 本课题的主要工作12-13
• 第2章 异步电动机的控制原理13-17
• 2.1 异步电动机13-15
• 2.1.1 基本结构13
• 2.1.2 异步电动机的工作原理13-14
• 2.1.3 异步电动机的调速14-15
• 2.2 异步电动机的制动15-16
• 2.2.1 再生制动15-16
• 2.2.2 直流制动（能耗制动）16
• 2.2.3 反接制动16
• 2.3 小结16-17
• 第3章 交—直—交变频调速控制原理17-27
• 3.1 概述17
• 3.1.1 变频调速原理17
• 3.1.2 变频调速系统的分类17
• 3.2 交—直—交变频主电路17-19
• 3.2.1 交—直部分17-18
• 3.2.2 直—交部分18
• 3.2.3 制动电阻和制动单元18-19
• 3.3 变频与变压（VVVF）19-22
• 3.3.1 调制方法19-20
• 3.3.2 正弦波脉宽调制（SPWM）20-22
• 3.4 U / f 控制技术22-23
• 3.4.1 U / f 控制的概念22
• 3.4.2 U / f 控制特点22-23
• 3.5 矢量控制技术23-26
• 3.5.1 矢量控制的基本原理23
• 3.5.2 矢量控制中的等效变换23-26
• 3.6 小结26-27
• 第4章 系统的硬件设计27-41
• 4.1 系统功能概述27
• 4.2 主控微处理器27-31
• 4.2.1 TMS320F2812 与C8051F02028-30
• 4.2.2 TMS320F2812 的相关设计30-31
• 4.3 数据采集31-33
• 4.3.1 模拟量的采集32
• 4.3.2 测速脉冲的采集32-33
• 4.4 IGBT 驱动芯片33-36
• 4.4.1 IGBT 驱动芯片33-34
• 4.4.2 IGBT 驱动电路的设计34-36
• 4.5 通讯接口部分36-37
• 4.5.1 RS485 通讯36-37
• 4.5.2 RS232 通讯37
• 4.6 人机接口的硬件设计37-40
• 4.6.1 液晶37-39
• 4.6.2 键盘39-40
• 4.7 外部时钟电路40
• 4.8 小结40-41
• 第5章 系统的软件设计41-61
• 5.1 概述41
• 5.2 SPWM 控制技术41-44
• 5.2.1 不对称规则采样法41-43
• 5.2.2 SPWM 控制技术的DSP 程序设计43-44
• 5.3 电压空间矢量SVPWM 技术44-52
• 5.3.1 电压空间矢量SVPWM 技术的基本原理45-51
• 5.3.2 电压空间矢量SVPWM 技术的DSP 实现51-52
• 5.4 交流异步电动机的矢量控制52-56
• 5.4.1 关键的变换53-54
• 5.4.2 转子磁链位置的计算54-55
• 5.4.3 交流异步电动机的矢量控制的实现55-56
• 5.5 人机接口的软件设计56-60
• 5.5.1 液晶57-60
• 5.6 小结60-61
• 结论与展望61-62
• 参考文献62-65
• 附录65-72
• 附录A 系统最小系统和电源部分的硬件设计65-66
• 附录B 交流异步电动机的采样硬件设计66-67
• 附录C 其它部分硬件设计67-68
• 附录D SPWM 控制模式下的部分程序68-70
• 附录E SVPWM 控制模式下的部分程序70-72
• 致谢72

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