抽油机用永磁同步电机直接转矩控制系统的研究

永磁同步电动机具有结构简单、体积小、重量轻、效率高、功率因数高等优点。从70年代末开始,受到电机研究人员的广泛重视。经过努力,其硬件设计和控制方式在近二十年内得到了大力发展,商用化的产品也己经进入到工业生产应用等各个领域。可以预见,随着永磁材料价格和电动机制造价格的降低,电力电子器件及高速微处理器的开发,驱动系统理论研究和实践应用的不断完善和提高,永磁同步电动机及其驱动系统将会得到进一步的发展和应用,在某些场合将逐渐取代现有的普通电励磁电机及其驱动系统。 我国油田采油成本高,油田抽油机电机数量多、容量大、年运行时间长、耗电量大。国内外对抽油机电机的节能都很重视,我国抽油机多采用异步电动机作为动力机,存在“大马拉小车”、功率因数偏低等缺点。新一代永磁同步电动机是目前取代传统异步电动机的最佳选择。本文主要对抽油机用永磁同步电机直接转矩控制理论、方案、具体技术实现等做了一些研究,并相应的做了仿真验证,初步验证了方案的可行性。全文所做的工作如下: 1、介绍了传统抽油机的使用现状及永磁同步电机在抽油机中的应用情况。并讨论了永磁同步电机结构及其在不同坐标系下的数学模型,叙述了坐标转换的原理。 2、分析了直接转矩控制的基本原理,根据抽油机用永磁同步电机的参数建立了仿真模型,并模拟抽油机系统运行工况利用MATLAB软件对永磁同步电机直接转矩控制系统进行了仿真,并对仿真波形进行了比较分析。 3、提出将模糊PI控制应用于抽油机用永磁同步电机的直接转矩控制系统中,采用模糊PI自适应控制器作为直接转矩控制系统的速度调节器,可以依据转速和转速误差变化实时在线调整常规PI控制器参数。较之传统的PI控制器,模糊PI自适应控制在起动阶段动态响应速度更快,过渡过程更平稳,系统速度调节的自适应能力更强。