油井柱塞泵用永磁直線同步電動機設(shè)計研究.pdf

1、石油作為當(dāng)今社會的主要能源之一，采油設(shè)備的研究得到了廣泛的重視。傳統(tǒng)游梁式四連桿結(jié)構(gòu)采油裝置存在中間環(huán)節(jié)多、井桿管偏磨、系統(tǒng)柔性差、效率低等問題。為了改善這些問題，相關(guān)研究人員提出了一種由直線電機直接驅(qū)動抽油泵進行往復(fù)抽油的無桿采油系統(tǒng)，該種系統(tǒng)不存在井桿管偏磨問題，并且系統(tǒng)效率高，排量調(diào)節(jié)范圍寬、易調(diào)參，可實現(xiàn)短沖程、高沖次。本文對潛油直驅(qū)系統(tǒng)中應(yīng)用的圓筒型永磁直線同步電動機(Tubular Permanent Magnet Line

2、arSynchronous Motor，TPMLSM)進行了分析計算、設(shè)計和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，主要工作包括以下幾個部分:
　　研究了電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，基于該電機的特殊結(jié)構(gòu)和工作原理，通過對普通旋轉(zhuǎn)永磁同步電機和直線感應(yīng)電機電磁參數(shù)計算方法的研究，給出了適用于TPMLSM電阻、電抗參數(shù)和初級鐵心損耗的計算公式以及工作特性曲線的計算方法。
　　討論了初級線圈匝數(shù)、永磁體厚度等結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對電機性能的影響。利用有限元分析軟件Max

3、well建立電機模型，對TPMLSM的氣隙磁場分布、空載反電勢、初級三相電流和電機過載能力等性能進行分析，經(jīng)過傅里葉分解后，得到其基波和各次主要諧波分量。通過比較不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下的電機性能指標(biāo)，得出了結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對TPMLSM性能的影響規(guī)律，從而確定較優(yōu)結(jié)構(gòu)，以達到優(yōu)化電機的目的。
　　對電機的齒槽力進行了分析，首先通過解析法研究了TPMLSM的齒槽力，得到了齒槽力的解析表達式。其次，利用有限元法通過改變槽口寬度、氣隙不均勻程度、磁

4、極極弧系數(shù)等措施削弱齒槽效應(yīng)，研究了各影響因素對電機齒槽力的影響規(guī)律。這為減小齒槽力，抑制電機輸出力波動，從而使電機能夠穩(wěn)定運行提供了參考依據(jù)。
　　根據(jù)電機各項性能指標(biāo)要求，以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化和齒槽力分析結(jié)果，確定了電機設(shè)計的主要參數(shù)。利用有限元軟件建模，進行仿真計算，得到了所設(shè)計電機的磁密分布以及帶額定負(fù)載運行時性能曲線。在滿足電機設(shè)計要求的前提下，制造了樣機，進行樣機試驗，并將樣機試驗結(jié)果與有限元仿真結(jié)果進行比較驗證。驗證結(jié)果表明