基于开关磁阻电机的抽油机调速系统设计与研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:jzlh6890
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长期以来抽油机所配电机大都处于轻载运行状态,负载率低,功率损耗大,能源浪费严重,且冲程冲次调节不便。对于低采液井、稠油井和边缘地区的非注水井,开关磁阻电机是兼备节能与调速功能的抽油机理想的驱动设备,所以本论文研究设计了一种基于开关磁阻电机的游梁式抽油机调速装置,提高油井的采收率和节能效率,从而达到增产降耗的目的。本课题在分析抽油机系统的工作原理及存在的问题和SR(SwitchedReluctance)电机调速系统的工作原理的基础上,重点研究了开关磁阻电机与抽油机的匹配关系,设计了起动过程采取渐增上限值的电流斩波控制方式和运行过程采取上下冲程分别控制方式。并从抽油机的运行特点考虑,以“快提慢放”为例进行设计。上冲程时系统处于电动运行状态,采取调制PWM占空比的电压斩波控制方式;下冲程时系统处于倒发电状态,采取调节上限值的电流斩波控制方式。调速系统的硬件部分包括功率变换主电路和以DSP为主的控制电路。功率变换主电路包括功率变换器(主开关器件采用IGBT模块),不可控全桥整流电路,驱动电路和保护电路。控制电路包括DSP芯片(TI公司的TMS320LF2407A),电源转换电路和接口电平转换电路,逻辑输出电路,位置信号输入电路,显示电路和脉冲封锁电路等。在完成硬件部分的基础上,设计系统软件程序,包括初始化程序、PWM输出程序、脉冲封锁程序、换相程序、测速程序和显示程序等,能够保证SR电机正常运转。为了解决开关磁阻电机与抽油机的匹配问题,设计了软起动程序和上下冲程分别控制程序。为了优化控制效果,引入基于自整定模糊控制技术的转速闭环控制,设计出一种以转速为被控量、以转速偏差和偏差变化率为输入量,以PWM占空比为输出量的比例子增量式模糊调节器。完成以上设计方案后,在实验室搭建实验平台进行联机调试,实现了电机的正常运行。由于实验条件的限制,只能在MATLAB中,编程仿真转速闭环。仿真实验验证了基于模糊控制技术的转速闭环控制方案的可行性和优越性。
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