机车电传动
主办单位:中国南车集团公司
国际刊号:1000-128X
国内刊号:43-1125/U
学术数据库优秀期刊 《中文科技期刊数据库》来源期刊
       首 页   |   期刊介绍   |   新闻公告   |   征稿要求   |   期刊订阅   |   留言板   |   联系我们   
  本站业务
  在线期刊
      最新录用
      期刊简明目录
      本刊论文精选
      过刊浏览
      论文下载排行
      论文点击排行
      
 

访问统计

访问总数:16647 人次
 
    本刊论文
新型抽油机用盘式永磁电机的磁场与力特性分析

  摘 要:随着科学技术的进步和现代机械工作要求的提高,传统的游梁式抽油机已经不能够满足人们的要求了,新型的用盘式永磁电机不仅提高了传统的抽油机工作效率,简化了抽油机的系统结构,而且用背靠背双盘式的永磁电机代替了原来的三相感应电机,能够在低速时提供大转矩,提高了抽油机的启动速度。本篇文章细致分析了新型的抽油机用盘式永磁电机的磁场与力特性。


  关键词:抽油机 盘式永磁电机 磁场与力


  传统的游梁式抽油机虽然有许多优点,比如结构简单、可靠性好,但是非常浪费电能,效率低。为此,一种新型的电机被研制出来,即盘式永磁电机,这种电机不仅能够提高整个系统的效率,而且有效节约能源,并且提高了调速器的性能。当前,用盘式永磁电机代替游梁式抽油机已经成为了必然的趋势。


  一、盘式永磁电机的系统结构


  新型的盘式永磁电机是由电机直接带动连杠杆驱动抽油杆,两个盘式永磁电机代替了传统的游梁式抽油机的三相感应电机,能够在低速运行时实现大转矩。两个盘式永磁电机在安装上完全对称,转子和定子的形状都是圆形,盘面是平行的,定子安装在机座上,转子安装在主轴上,定子齿与主轴垂直,安装在盘面上,在转子的外径上安装的是连杆机构。其中定子由定子铁芯和电枢绕组组成,转子由转子铁芯和永磁体组成。


  当有一定的电流通过盘式永磁机的定子线圈时,一个旋转磁场就会产生在电机气隙中,这时旋转磁场与转子励磁磁场通过相互作用,就产生了电磁转矩,连杆带动桥梁使得抽油杆来回运动。而如今,新的系统废除了传统的效率低的减速机构,降低了机械减速机构的损耗,但是连杆机构仍然需要,不能废除,电机的输出频率可以由控制系统来调节,这样不仅电机的运行效率提高了,而且提高了抽油机抽油的速度,抽油机与电动机的功率保持良好的状态,不仅提高了效率,还节约了电能地消耗。由此可见,在新型的系统中,盘式永磁电机的性能是最为关键的。


  二、盘式永磁电机的性能


  1.传统的游梁式抽油机的抽油速度比较慢,大概每分钟只能达到6到12次。如果采用传统的电磁设计方法设计,在设计的过程中,在磁路计算中需要用到的漏磁系数是有经验值来确定的,这样的计算方法得到的转矩误差比较大,要想能够得到准确的计算结果,最好采用有限元的方法来计算。利用有限元方法,不仅能够将电机每一个部分的磁密分布和转矩求出来,而且能够得到定子绕组中的空载电动势。


  2.当前形势下,采用有限元方法来研究电机磁场的现象非常普遍,通过采用有限元法不仅能够知道电机每一个部分的磁场的分布状况,而且能够得到转矩和轴向吸力。普通的电机只能建立二维模型,因此普通的电机的结构都是对称的,二维模型所谓建立不仅能够节省计算的时间,而且计算的非常准确。盘式永磁电机的结构相对比较复杂,倘若建立二维模型,模型与实际情况相差悬殊,因而最合适的是建立三维模型。由于电机的对称结构使得每一对极下的电机的磁场相同,所以分析时取一对极的宽度是非常有必要的,这样分析通过分析一对极下的三维磁场的分布情况,不仅能够了解到整个电机磁场的分布情况,而且拥有计算电机的性能。


  在电机的设计时,不仅要考虑满足磁路的要求,而且要考虑机械强度,以此来保证气隙的均匀。当然,在安装的过程中,还很有必要考虑到工艺,绝对不能让转子吸到了定子上,而在转子转动的过程中,轴向吸力的变化是非常不明显的,非常微小的变化。


  3.两台盘式永磁电机和一台游梁式抽油机是被作为模拟样机的。电机的安装结构非常特殊,转子上安装有连杆和游梁式抽油机,我们的模拟样机在专控系统的驱动下,达到了低速时稳定运行的效果,盘式永磁机是直接驱动连杆的,在连杆带动下,配重来回运动,实际的抽油机系统中,抽油杆是安装在驴头上的,也能够实现上下运动,这样实现了抽油的良好功能,保证系统的连续运动,保持平稳的速度,动态性能非常好。通过实验证明了系统非常可靠,没有噪音,而且发热很少。


  通过有限元法计算的结果与我们的试验值是非常接近的,以此说明了盘式永磁电机采用三维磁场的分析方法得到的分析结果更准确,虽然电机本身的效率还是不高,但是毕竟废除了系统中的减速机构,整个系统的工作效率还是成上升趋势的,与普通的永磁电机相比较,新型的系统结构简单,效率更高,更能够满足人们的需求。在我们进行的试验中,一台普通的轴向的永磁电机通过运行能偶把另外一台空载的拖入一样的运行速度中,在这时就可以测量到单个线圈的空载电动势了,这个电动势与我们通过有限元方法分析的结果是非常接近的。当然在试验中,我们还能够测得额定转矩时的定子电流的大小,最终的结果是通过实验测量的结果与有限元分析法分析的结果基本吻合。


  由于实验室的条件有限,模拟机的体积相对比较小,极数和供电频率受到限制,导致控制电源的性能要求提高,价格提高,系统的效率较低,没有真正的体现出新型系统的优势。在实际的抽油机系统中,盘式永磁电机的体积非常大,极数和供电频率也能够达到更高的要求,这样的情况下,控制电源非常容易实现,系统的效率也能够得到进一布的提高,新型系统的优势非常明显,盘式永磁电机的实用性得到了也能够进一步得到认可。


  三、总结


  通过对盘式永磁电机的磁场与力的特性的分析,证明了三维有限元方法是非常有效的,新型的用盘式永磁电机不仅提高了工作相率,节省了能源消耗,而且在运行中噪音小,散热少,能够在低速运行时实现大转矩,是一种非常有前景的新型科技电机。


  参考文献


  [1]庞艳华。刘福刚。杨孝君等。游梁式抽油机用电动机的节电措施[J].石油矿场机械。2004(33)。


  [2]郭公喜。叶志强。李为民等。直线电机驱动抽油机的试验研究[J].石油矿场机械。2005.34(4)。


  [3]王兴华。励庆孚。王曙鸿。永磁无刷直流电机空载气隙磁场和绕组反电势的解析计算[J].中国电机工程学报。2003.23(3)。


特别说明:本站仅协助已授权的杂志社进行在线杂志订阅,非《机车电传动》杂志官网,直投的朋友请联系杂志社。

版权所有 © 2009-2021《机车电传动》编辑部  (权威发表网)   苏ICP备12048821号-1   --