论文螺杆泵直驱单元组合超细长永磁电机振动是关于对不知道怎么写永磁电机论文范文课题研究的大学硕士、相关本科毕业论文永磁马达论文开题报告范文和文献综述及职称论文的作为参考文献资料下载。
摘 要：为了研究细长永磁转子偏心和近极槽比配合引起单元组合式潜油永磁电机电磁振动加剧等问题,介绍了组合式潜油电机新型结构特点,基于永磁电机径向电磁力波产生原理,对10极12槽潜油永磁电机径向气隙磁密和径向电磁力波的频谱特性进行分析.对细长永磁转子偏心挠度进行计算,利用有限元计算不同转子偏心量对电磁力波频谱特性的影响.研制了试验样机,采用声压法对电磁噪音进行测试,通过有限元仿真和样机试验对比验证理论计算结果的准确性,并通过单元电机组合运行试验,推荐114mm系列潜油电机取气隙长度大于0.8mm,为单元组合超细长潜油永磁电机的可行性提供理论依据.
关键词：单元组合；超细长永磁电机；近极槽比；转子偏心；电磁振动
DOI：10.15938/j.emc.2015.10.008
中图分类号：TM 351
文献标志码：A. 文章编号：1007-449X（2015）10-0050-07
0 引言
潜油螺杆泵作为一一种无杆采油的机械装备,可以解决传统采油设备抽油杆和油管的磨损问题,广泛用于水平井、高含沙井等复杂井况采油.其驱动电机工作在地下数千米的油层套管中,通常是立式悬吊在高温高压的原油中.潜油电机振动导致系统零部件磨损是电泵机组主要故障点之一.潜油永磁电机取代了两极三相鼠笼式异步机加减速器的传统结构,实现螺杆泵低速大转矩直驱,成功避免了异步机加齿轮减速系统效率低、功率因数低的缺陷.然而,油井套管有限的径向尺寸严格限制了潜油电机的定子外径,为简化电机细长定子下线工艺,采用近极槽比集中绕组电磁方案,仍然存在转矩脉动问题,再加上细长永磁转子加工工艺复杂产生转子偏心加剧电磁振动.因此,有必要对近极槽比超细长永磁电机转子偏心引起的振动情况进行分析,为单元组合式潜油永磁电机的可行性提供理沦依据,
关于潜油电泵机组振动问题,许多学者进行了较深入的研究,孔祥龙等通过建立潜油电动机启动过程中电潜泵和油管柱组合振动模型,得出不同工况下举升油管的运动规律.王巍等对多极少槽盘式永磁同步电动机电磁噪声进行了计算,对 析了不同定转子结构的气隙磁密谐波以及电磁力波分布.ZHU Z Q等详细分析了几种不同槽配合的分数槽电机径向力的振动模数,在同样极数下,分数槽绕组会产生模数更低的电磁力,从而更容易引起电机的振动和噪声.仇志坚等建立了转子偏心下的表贴式永磁电机空载气隙磁场解析模型.
本文采用一种单元组合式潜油永磁电机,将超细长比的潜油电机分成若干单元电机并联运行,各电机像电池一样头尾连接,功效上等同于一台超细长永磁电机,对其电磁振动问题进行研究.基于永磁电机径向电磁力波产生原理,对10极12槽潜油永磁电机径向气隙磁密和径向电磁力波的频谱特性进行分析.对潜油电机细长永磁转子偏心挠度进行汁算,利用有限元仿真细长永磁转子偏心对近极槽比配合电机电磁力波频谱特性的影响.并利用样机试验进行试验数据和理论计算值的对 析.
1 单元组合超细长潜油永磁电机结构
传统潜油螺杆泵系统框图如图1所示,位于井底的潜油异步电机通过减速器驱动螺杆泵将原油抽到地面.其中潜油异步电机和减速器均是影响系统可靠性的主要因素.而单元组合潜油永磁电机,可以取消减速器,实现低速直驱螺杆泵.将超细长比结构的潜油电机分成若干个单元永磁同步电动机（简称单元电机）组合运行,实现各单元电机问机械串联、电气并联,具体的电机结构如图2所示系统可以根据需要的转矩选择单元电机台数,总输出转矩为各单元电机输出转矩之和.装配时,各单元电机依次压装到细长套管中.
新型的单元组合式潜油永磁电机和传统的鼠笼式异步电机相比有以下优点：①各级转子功率分配均匀,不存在转差率差异,能够同步旋转.②采用永磁电机低速大转矩直驱,系统效率高,功率因数高,能大大降低能耗.③每台电机都有扶正轴承和推力轴承保证气隙均匀,提高可靠性.④简化了潜油电机定子绕组下线工艺,降低制造成本.
2 潜油永磁电机振动分析
2.1 近极槽比永磁电机径向力波频谱计算
永磁电机电磁振动是由电机气隙磁场作用于电机铁心产生径向电磁力波所激发.根据Maxwell应力张量理论,定转子气隙圆周上径向电磁力Fy的表达式可表示为式中：y为径向电磁力波次数；μo为空气磁导率；br、bta分别为气隙磁密的径向、切向分量,计算电磁振动时通常忽略气隙磁密的切向分量.式中：u为定子绕组产生的磁密谐波次数；v为转子永磁体产生的磁密谐波次数；bu（θ,t）、bv（θ,t）分别为定子绕组及转子永磁体产生的磁通密度沿位置角θ随时间t变化的瞬时值.式中：p为电机极对数；ω1为定子绕组角频率；ωv为v次谐波角频率；φv为定、转子相同次谐波向量之间的夹角；Bu、Bv分别为定、转子磁密各次谐波幅值.
采用近极槽比电磁方案会产生大量的低数次、分数次及整数次谐波磁密,进而导致径向电磁振动加剧.Fy的具体表达式参见王荀等著,其产生的径向电磁力波次数y及对应频率fy可表示为式中：f为基频；fv为转子谐波频率.
样机的主要参数如表1所示,适用于国标114/116mm系列潜油电机.建立样机的整体有限元模型,定子绕组添加三相正弦电流源.电机整体磁密分布如图3所示,图中定子齿磁密出现不均匀分布,在x轴轴线上的两个定子齿均发生明显的齿顶漏磁,导致气隙磁密分布不均如图4所示,加剧径向力波谐波幅值.
取整个电枢圆周周长作为基准波,其他谐波次数均相应增加p倍.对径向磁密进行傅立叶分解,得到其频谱如图5所示,主要含有5次、7次、15次、19次、25次、29次和31次谐波.其中5、15和25对应整数次谐波,由转子磁动势产生；7、19、29和31对应分数次谐波,由定子磁动势产生.根据式（4）得到,定、转子谐波相互作用产生的力波次数主要有2次和4次.
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参考文献：
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