组合式潜油永磁电机优化设计与性能分析

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1、沈阳工业大学硕士学位论文组合式潜油永磁电机优化设计与性能分析OptimizationDesignandPerformanceAnalysisofCombinedSubmersiblePermanentMagnetMotor丁宏龙电气工程学院作者：单位：指导教师：冯桂宏教授单位：沈阳工业大学协助指导教师：单位：单位：论文答辩日期：2015年03月02日学位授予单位：沈阳工业大学摘要随着油田开发进入中后期，油井采出液含水量越来越高，污水的处理增加了采油的成本。油水分离系统可以将油和水在油井下进行分离，将原油举升至井口，将水直接注入其他水层。本文设计了一种油水分离系统用直驱组

2、合式潜油永磁电机，潜油电机工作在油井套管内，由于套管尺寸小（5.5寸），电机的外径受到了限制，只能靠增加长度来获得较大的转矩。潜油电机长细比达50以上，加工和维护困难。组合式潜油永磁电机由多节单元电机组合而成，单元电机的加工制造相对容易。单元电机之间通过键连接，采用变频器并联供电。可以根据不同的负载需要，灵活的匹配单元电机的数量。井内空间有限，需要电机具有较高的转矩密度。因此，选取电机的转矩密度为优化目标，以长细比为主要优化变量，其他基本性能参数作为约束条件，应用混合Taguchi遗传算法对电机进行了优化设计，得到了理想的电磁方案。编写了混合Taguchi遗传算法的电机

3、计算程序，利用有限元软件进行验证，并对计算程序进行修正。为了平衡电机内外压强，潜油电机内腔注入冷却油，同时机壳外也有原油流动，井下散热条件复杂，需要对电机的温升进行计算。本文对组合式潜油电机稳态运行时的损耗进行了计算，同时计算了电机各部件的等效导热系数，分析了冷却油对电机定、转子之间散热的影响和机壳外表面原油对电机外表面散热的影响。对电机进行了三维稳态温度场仿真分析，得到了潜油电机的三维稳态温升分布。电机的振动不仅会降低电机的效率，也会加快轴承的磨损，缩短了轴承的使用寿命。电磁振动是电机振动的主要原因之一，它源于电机的径向电磁力波，因此对电机的径向电磁力波进行了分析，给

4、出了可能引起振动的主要力波的频率和幅值。对电机进行了磁固耦合分析，得到了电机的振动响应。分析了槽极配合、气隙长度和极弧系数等电机参数对电磁振动的影响，为降低电机电磁振动提供理论依据。对组合式潜油电机的转轴进行了模态分析，获得了不同长度转轴的固有频率，为确定单元电机最大串联个数提供依据。最后，对样机进行负载实验、反拖实验和温升实验，将实验数据与计算的数据进行对比分析，验证了电机的设计方法和性能分析手段的准确性。关键词：组合式永磁电机，混合遗传算法，温度场，电磁振动IAbstractWiththeoilfielddevelopmententeredthelaterperio

5、d,watercontentoftheoilwellproducedfluidishigherandhigher.Sewagetreatmentincreasedthecostofproduction.Oil-waterseparationsystemcanseparatetheoilandwaterinthewell,Lifttherawpetroleumtothewellhead,andinjectthewaterdirectlyintotheotherlayer.Inthispaper,anoil-waterseparationsystemwithdirectdr

6、ivecombinedsubmersiblepermanentmagnetmotorisdesigned.Submersiblemotorworksinoilwellcasingpipe,thesizeofwhichis5.5inch.Sotheouterdiameterofthemotorislimited,thelengthofthemotorneedstobelargertoachievetheratedtorque.Theslendernessratioofthemotorcanbe50,anditishardtoprocessingandmaintenance

7、.Combinedsubmersiblepermanentmagnetmotorconsistsofseveralunitmotor.Unitmotormanufactureisrelativelyeasy.Unitmotorisconnectedbykeyjoint.Inverterpowersupplyinparallelisadopted.Thenumberofunitmotorsisflexibletomatchtheneedsofdifferentload.Themotorneedshighertorquedensityfort