低速大扭矩永磁同步电动机关键技术地研究

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1、摘要现今顶部驱动钻井装备已经发展成为拥有机电液一体化、交流变频等技术的综合设备，开发高效节能且结构简单的新型顶部驱动钻井装置势在必行。采用永磁同步电动机(PMSM)直接驱动的项部驱动钻井装置能够有效地解决普通顶驱在密封、润滑以及维护等方面的问题，同时也能满足新型顶驱高效节能环保的要求。本文将对应用于3000m顶驱的永磁同步电动机的关键技术进行研究。首先，根据直驱顶驱的技术要求对永磁同步电动机的结构和磁路进行设计计算；分析了磁场各项参数对永磁同步电动机性能的影响，包括对永磁体工作点、空载反电动势、漏磁系数的计算；然后，根据工程电磁场Maxwe

2、ll方程组，推导出永磁同步电动机电磁分析的有限元基本方程和瞬态分析方程，并利用ANSOFT软件的Maxwell2D模块对设计的永磁同步电动机进行瞬态场分析，着重对永磁同步电动机低速运行时的平稳性进行研究，采用能量法与傅里叶分解法对永磁同步电动机的齿槽转矩、气隙磁密波形以及空载反电动势波形进行分析，选取了合理的极弧系数和偏心距来优化永磁体磁极，最终将气隙磁密波形的总谐波畸变率降低至8．3％；最后，结合直驱顶驱实际适用情况以及油田发展需求，经对比各类永磁同步电动机的控制策略，确定采用矢量控制原理对永磁同步电动机进行控制，提出了简要的控制方案。本

3、文初步确定了直驱顶驱动力水龙头的结构，根据顶驱技术要求提出了电机的设计方案，经分析验证，该方案能够满足直驱顶驱低速大扭矩要求，同时提高了低速大扭矩永磁同步电动机低速运行时的平稳性。关键词：直驱顶驱，低速大扭矩，永磁同步电动机，齿槽转矩，谐波分析KeyTechnologiesStudyofLowSpeedHighTorquePermanentMagnetSynchronousMotorLeiJingxi(MechanicalEngineer)DirectedbyProf．XiaoWenshengAbstractTodaythetopdrive

4、drillingsystemhasdevelopedintoallmtegrateddevicewithahydraulicintegrationandACvariablefrequencytechnology．Atthesametime，moreenergy-efficientandsimplierstructuresareimperative．Inthisdissertation，thekeytechnologiesofdesigninglowspeedhi曲torquepermanentmagnetsynchronousmotor(P

5、MSM)areanalyzed．Whenlowspeedhightorquepermanentmagnetmotordirectlydrivethetopdrivedrillingsystem，itCalleffectivelysolvetheproblemsonordinarydrillingsystemintermsofsealing，lubricationmaintenanceandthedisadvantagesofenergy．efficient．Accordingtocharacteristicsofsrnalldirectdr

6、ivetopdrivedrillingsystemandlowspeedlli曲torquePMSM，thisdissertationpreliminarydesignthestructureandthemagneticcircuitofPMSM．VariousparametersofthePMSMmagneticfieldalecalculatedandanalyz吐includingpermanentmagnetoperatingpoint，no—loadEMF,magneticfluxleakagecoefficientparamet

7、ers．AndbaseontheMaxwellequations，thefiniteelementequationsandtheequationsoftransientthatarerelatedtotheelectromagneticfieldofPMSMalederived．ThenanalyzePMSMundertransientmagneticfieldbyMaxwell2D，includingfluxdensitywaveformonlowspeed，aswellastheno-loadbaek-EMFwaveform．Final

8、ly,aftercontrastingvarioustypesofpermanentmagnetsynchronousmotorcontrolstrategiesabriefco