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直驱式螺杆泵无刷直流电机智能控制系统

作　者: 于淼
导　师: 王成元；夏加宽
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 直接驱动 智能控制 无刷直流电机 螺杆泵
分类号: TM33
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 154次
引　用: 1次
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内容摘要


近几年来我国的油田开发取得了飞速的发展,在能源日益紧张的今天面临着前所未有的机遇,但相对于世界先进的设备,也面临着巨大的挑战。传统螺杆泵地面驱动部分由异步电机加机械式变速箱构成,长期以来存在“大马拉小车”的问题,耗能非常严重。随着技术的进步,应运而生了直驱式螺杆泵地面采油系统。相比于传统采油系统,省去中间的传动机构,提高了传动效率。以无刷直流电机作为驱动电机,直接驱动螺杆泵光杆进行采油作业,具有低速、大扭矩、调速范围广、过载能力强、电机控制系统比异步电机简单等优点。针对井下工况复杂,极易发生供采不平衡的情况,本文以螺杆泵转速作为控制对象,首先分析了螺杆泵采油系统的工作特性,对螺杆泵转速的影响因素进行了分析与研究,通过检测流量、油井的动液面深度两个物理量,经模糊控制系统综合判断,输出与此时井下工况相匹配的螺杆泵速度控制规则,使螺杆泵转速适应油田动液面的实时变化,防止油田“空抽”事故的发生,从而实现节能、高产的目的。为了实现合理的控制,系统采用dsPIC33FJ128MC506作为控制芯片,围绕该芯片进行了软、硬件设计。IGBT驱动器件采用混合集成电路EXB480,其内置的保护电路大大提高了系统的可靠性。软件部分利用C语言编写,可实现软启动/软停止功能,降低螺杆泵断杆、脱杆事故的发生机率,实现安全生产。通过本课题的研究,增加了对螺杆泵采油系统控制的准确性,实现了对螺杆泵转速的智能控制,有效地延长了螺杆泵的使用寿命,降低了生产成本,提高了经济效益,促进了直驱式螺杆泵采油技术的进一步推广。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-21
  1.1 课题背景  11-13
  1.2 地面驱动螺杆泵采油系统发展概况  13-17
    1.2.1 国内外螺杆泵抽油机驱动系统发展  14-16
    1.2.2 地面驱动螺杆泵采油系统控制方法的研究  16-17
  1.3 无刷直流电机研究现状  17-19
  1.4 课题的目的和意义  19
  1.5 本文的主要内容  19-21
第二章 螺杆泵转子转速制约因素综合分析  21-29
  2.1 油井的工况对螺杆泵转速的影响  21-23
    2.1.1 渗透率  21
    2.1.2 油的粘度  21-22
    2.1.3 油液沿程阻力损失  22
    2.1.4 压力  22-23
  2.2 螺杆泵的效率对螺杆泵转速的影响  23-24
  2.3 定子衬套的磨蚀对螺杆泵转速选择的影响  24-25
  2.4 动液面变化对电机转速的影响  25-27
    2.4.1 螺杆泵抽油杆负载扭矩  25-27
    2.4.2 井下环空动液面的测量  27
  2.5 螺杆泵的流量计算  27-28
  2.6 本章小结  28-29
第三章 模糊控制器的设计及仿真  29-46
  3.1 模糊控制理论  29-30
  3.2 模糊控制系统  30-31
    3.2.1 模糊控制系统的结构  30-31
    3.2.2 模糊控制器  31
  3.3 模糊控制器的设计  31-36
    3.3.1 隶属函数的选择  33-34
    3.3.2 模糊控制规则的确定  34-36
    3.3.3 模糊推理  36
    3.3.4 解模糊  36
  3.4 无刷直流电动机控制系统仿真  36-45
    3.4.1 永磁无刷直流电动机的数学模型  36-38
    3.4.2 无刷直流电动机的MATLAB仿真模型  38-42
    3.4.3 仿真分析  42-45
  3.5 本章小结  45-46
第四章 无刷直流电机智能控制器的硬件设计  46-61
  4.1 硬件系统概述  46-47
  4.2 硬件电路设计  47-60
    4.2.1 CPU单元及外围电路  47-48
    4.2.2 主电路设计  48-52
    4.2.3 驱动电路的选择和设计  52-55
    4.2.4 电流检测电路  55-57
    4.2.5 电压检测  57
    4.2.6 键盘及显示  57-58
    4.2.7 硬件电路的抗干扰设计  58-60
  4.3 本章小结  60-61
第五章 无刷直流电机智能控制器的软件设计  61-75
  5.1 无刷直流电机控制器软件设计  61
  5.2 主程序设计  61-68
    5.2.1 初始化  63-65
    5.2.2 速度信号采样与处理  65-68
  5.3 检测保护单元  68-70
    5.3.1 故障分析及对策  68-69
    5.3.2 故障信号的检测  69-70
  5.4 中断服务程序  70-72
    5.4.1 输入捕捉子模块中断程序  70-71
    5.4.2 AD采样中断子程序  71-72
  5.5 模糊控制器的程序实现  72-74
  5.6 本章小结  74-75
第六章 结论及展望  75-77
参考文献  77-79
在学研究成果  79-80
致谢  80

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 直流电机
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