潜油泵直驱单元组合超细长永磁电机研究

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3、UnitCombinationUltra-SlenderPermanentMagnetMotorforDirect-DrivenSubmersibleScrewPump刘忠奇电气工程学院作者：单位：指导教师：张炳义教授单位：电气工程学院协助指导教师：单位：单位：论文答辩日期：2015年10月9日学位授予单位：沈阳工业大学独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取，得的研究成果，除了文中特别加标注和致谢的地方外论文中不。尽我所知包含其他人己经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得沈阳工业大学或其他一教育机

4、构的学位或证书所使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。：。签名：叫义為日期如八ＩｖＪ关于学位论文使用授权的说明本学位论文作者和指导教师完全了解沈阳工业大学有关保留、使用学位论，目Ｐ家有关部口或机构送交论文的复印件和电文的规定：学校有权保留并向国子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权沈阳工业大学可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流，可采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。（保密的论文在解密后应遵循此规定）１＞：日；签名：／＾

5、續Ｖ导师签名期乂／ｒ，／ｄ／，＞］令摘要潜油电机是油田井下无杆抽油装备的核心驱动部件，在油气资源的稠油井、水平井以及海上平台丛式井的开发中具有广泛的应用前景。本文以国家863计划“井下油水分离及同井回注技术与装备（课题编号：2012AA061303）”为研究背景，提出一种潜油泵直驱单元组合超细长永磁电机。旨在替代传统潜油螺杆泵中“两极三相鼠笼式异步电动机+减速器”的复杂驱动结构，实现低速直驱，解决潜油电机现有技术存在的制造工艺、运行以及维修困难等技术瓶颈。主要工作内容如下：（1）基于潜油电机超细长结构的特点，设计了单元组合永磁电机的总体连接结

6、构。将超细长的潜油电机分成若干常规细长比的永磁同步电动机（单元电机）并联运行。总结了单元电机的电磁方案设计方法，并对其定转子磁路结构进行了优化设计。采用场路结合和线性拟合的方法，得到了转子磁极漏磁系数随隔磁桥宽度变化的解析表达式。利用有限元法计算了定子轭部开槽深度对磁路磁密负荷极限的影响。对比分析了转子磁极表面开槽槽型对转矩脉动的影响，得出具体开槽槽型尺寸对转矩脉动削弱的变化规律曲线。基于加工工艺实现难易程度，提出了一种简化磁极偏心结构，实现了空载反电势波形正弦化的目的。推导出单元电机矩角特性的精确解析表达式。并进行了114mm系列切向式结构样机电

7、磁设计验证试验。（2）针对潜油电机高温、高压的复杂工况，建立了单元电机室内流热耦合温升模型和井下组合式单元电机流热耦合温升模型。通过样机室内温升试验数据对温升模型的各部件相关导热系数及散热系数进行修正，提高了流热耦合温升模型计算的准确性。采用井液物理属性极限法对井下潜油电机散热条件进行了评估。将井下电机温升计算结果与地面室内温升试验数据进行了对比分析，得出当潜油电机机壳外侧井液流速不小于0.3m/s时，电机井下相对散热条件优于室内空气自然冷却散热条件。（3）研究了超细长近极槽比潜油永磁电机的电磁振动规律。基于永磁电机径向电磁力波产生原理，利用有限元

8、法得出了12槽10极潜油永磁电机不同系列方案的径向气隙磁密和电磁力波频谱。给出了电磁力波频谱随变频器PWM波供电开关频率变