抽油机节能改造项目中开关磁阻电机的应用

【摘要】： 抽油机是石油开采的重要设备,但目前国内大量使用的常规游梁式抽油机的运行效率比较低,特别是其电机运行效率较低,统计表明电机效率普遍偏低,对抽油机的改造,在节能和降低采油成本方面都有重要意义。 本课题从抽油机的动力源电机入手,采用性能良好的开关磁阻电机代替传统的异步电机,充分利用开关磁阻电机良好的起动特性和在非额定工况下仍能保持较高效率的特性,能有效提高抽油机的运行效率,实现节能和降低采油成本。 本课题开关磁阻电机采用AT89C51单片机为控制核心,以硬件PI调节作为控制手段,对电机进行控制,控制装置稳定可靠。试验平台由开关磁阻电机作为电动机,以直流发电机作为负载,转矩、转速测量值可获得电机的输出功率,电压、电流值用于计算电机输入电功率,以获得电机的运行效率情况,并模拟实际运行中的工况来验证开关磁阻电机的运行效果。 【关键词】：开关磁阻电机 抽油机 节能
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM352
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-17
• 1.1 研究背景11
• 1.2 抽油机概述以及改造手段11-12
• 1.3 开关磁阻电机概述12-14
• 1.3.1 国内外开关磁阻电机发展史12-13
• 1.3.2 目前开关磁阻电机的主要研究方向13
• 1.3.3 开关磁阻电机的优势13-14
• 1.4 本课题研究的意义14
• 1.5 本课题主要工作14-17
• 2 常规游梁式抽油机存在的问题及对电机侧的影响17-21
• 2.1 常规游梁式抽油机的负载特性17-18
• 2.2 负载特性对电机侧的影响18-21
• 3 开关磁阻电机的基本原理21-37
• 3.1 开关磁阻电机的结构原理及控制策略21-24
• 3.1.1 基本结构21-23
• 3.1.2 运行原理23-24
• 3.2 开关磁阻电机的数学模型24-31
• 3.2.1 电机数学模型25-26
• 3.2.2 数学模型的求解方法26
• 3.2.3 基于理想线性模型的SR电动机分析26-31
• 3.3 开关磁阻电机的控制策略设计31-37
• 3.3.1 基本控制方式31-34
• 3.3.2 各控制方式的特点34-35
• 3.3.3 本系统控制策略制定35-37
• 4 开关磁阻电机调速系统功率变换器设计37-47
• 4.1 常用的功率变换器主电路拓扑37-41
• 4.1.1 双绕组功率变换器37-38
• 4.1.2 分列式功率变换器38
• 4.1.3 带存储电容的功率变换器38-39
• 4.1.4 再生式功率变换器39
• 4.1.5 最少主开关器件数量的功率变换器39-40
• 4.1.6 不对称半桥式功率变换器40-41
• 4.2 主开关管的选择及计算41-42
• 4.3 驱动电路设计42-45
• 4.4 开关磁阻电机的供电系统设计45-47
• 5 开关磁阻电机控制器的设计47-63
• 5.1 控制器的硬件设计与实现47-57
• 5.1.1 位置信号采集电路48-50
• 5.1.2 角度细分电路50-51
• 5.1.3 D/A转换及低速斩波电路51-52
• 5.1.4 PI环电路52-53
• 5.1.5 PWM发生电路53-55
• 5.1.6 电流保护电路55
• 5.1.7 电压保护电路55-57
• 5.2 系统软件设计57-63
• 5.2.1 主程序设计57-58
• 5.2.2 运行子程序设计58-59
• 5.2.3 相中断子程序设计59-61
• 5.2.4 T0中断子程序设计61-63
• 6 电机试验平台63-69
• 6.1 系统原理63-64
• 6.2 系统构成64-67
• 6.3 试验重点67-69
• 7 试验和分析69-81
• 7.1 空载试验69-72
• 7.2 负载试验72-81
• 7.2.1 恒转速负载试验72-77
• 7.2.2 模拟抽油机负载试验77-81
• 8 总结81-83
• 参考文献83-85
• 附录 A85-87
• 作者简历87-91
• 学位论文数据集91

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