本文關(guān)鍵詞：井下渦輪永磁發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)及控制

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【摘要】：對(duì)于深井開(kāi)發(fā)中如何防斜打快是我國(guó)鉆井開(kāi)發(fā)的難題,現(xiàn)代鉆井發(fā)展趨勢(shì)為智能化鉆井,為了克服我國(guó)鉆井難題和適應(yīng)現(xiàn)代鉆井發(fā)展趨勢(shì)必然離開(kāi)不了MWD/LWD、自動(dòng)垂鉆系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)等智能工具使用,井下智能工具的功能開(kāi)始從單純數(shù)據(jù)測(cè)量和信號(hào)傳輸?shù)匠蔀榧瘻y(cè)量、控制和傳輸于一體,對(duì)電能需求量不斷增大,井下渦輪永磁發(fā)電機(jī)能很好解決這些井下智能儀器用電問(wèn)題,是這些井下智能工具正常工作的前提和基礎(chǔ)。硬連接永磁發(fā)電機(jī)和磁耦合連接永磁發(fā)電機(jī)都有各自缺點(diǎn),在井下正常工作時(shí)間有限,設(shè)計(jì)一種密封性能好使用時(shí)間長(zhǎng)久井下渦輪永磁發(fā)電機(jī)是非常必要的。本文在前人基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種井下渦輪永磁發(fā)電機(jī)及控制系統(tǒng),從理論和仿真兩方面來(lái)研究井下渦輪發(fā)電機(jī)及控制系統(tǒng)。關(guān)于論文的研究工作如下:(1)完成井下渦輪永磁發(fā)電機(jī)磁路計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。確定了發(fā)電機(jī)為3相4極24槽,采用補(bǔ)償式密封和磁耦合相連接的結(jié)構(gòu)形式,確定2500rpm時(shí)輸出相電壓48V,輸出功率為1000W。(2)完成了電機(jī)的電磁場(chǎng)仿真和熱力學(xué)仿真。利用ansoft maxwell進(jìn)行永磁發(fā)電機(jī)有限仿真。確定磁鋼徑向長(zhǎng)度為150mm,進(jìn)行空載和負(fù)載仿真,得到空載時(shí)轉(zhuǎn)速—電壓曲線,負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速—電壓曲線轉(zhuǎn)速—輸出功率曲線轉(zhuǎn)速—效率曲線轉(zhuǎn)速—驅(qū)動(dòng)力矩曲線不同負(fù)載輸出電壓曲線以及一定轉(zhuǎn)速下的電流—輸出電壓曲線。利用ansoft和workbench聯(lián)合溫度場(chǎng)仿真,知道了發(fā)電機(jī)的最大溫升21.99℃。(3)驅(qū)動(dòng)渦輪設(shè)計(jì)及fluent流場(chǎng)仿真。根據(jù)磁場(chǎng)仿真轉(zhuǎn)速—驅(qū)動(dòng)力矩曲線來(lái)設(shè)計(jì)渦輪,進(jìn)行渦輪相關(guān)理論計(jì)算,確定渦輪相關(guān)參數(shù),利用fluent來(lái)進(jìn)行CFD模擬,獲得了扭矩、壓降、輸出功率輸入功率和效率曲線,根據(jù)滿足驅(qū)動(dòng)力矩要求和電樞繞組電流密度要求,確定發(fā)電機(jī)最大轉(zhuǎn)速為4050rpm。(4)整流穩(wěn)壓電路和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的整流穩(wěn)壓電路由三相橋式全控整流電路和帶濾波的升降壓穩(wěn)壓電路構(gòu)成,采用simulink仿真,得到不同輸入電壓的整流穩(wěn)壓輸出效果�？刂齐娐芬訟rduino UNO單片機(jī)為核心,根據(jù)整流后電壓大小控制升降壓電路占空比大小,根據(jù)發(fā)電機(jī)工作情況控制是否蓄電池對(duì)外供電開(kāi)關(guān),根據(jù)蓄電池電量控制是否蓄電池充電開(kāi)關(guān)。利用Arduino C編寫控制系統(tǒng)控制程序。論文所取得的主要成果有:(1)完成井下渦輪永磁發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),得到發(fā)電機(jī)的相關(guān)特性曲線。額定轉(zhuǎn)速額定負(fù)載下的輸出相電壓為48.68V,4800rpm時(shí)輸出相電壓為91.8V。(2)完成驅(qū)動(dòng)渦輪設(shè)計(jì),為發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)提供了依據(jù)。確定了發(fā)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為4050rpm,電樞繞組的絕緣等級(jí)為R級(jí)。(3)完成了整流穩(wěn)壓電路及控制電路,為發(fā)電機(jī)穩(wěn)定供電提供依據(jù)。通過(guò)研究電路中單獨(dú)改變占空比電容或電感對(duì)電路影響,得到了各參數(shù)對(duì)啟動(dòng)時(shí)沖擊電壓大小電路達(dá)到穩(wěn)定所用時(shí)間穩(wěn)定時(shí)電壓波動(dòng)范圍影響變化規(guī)律。通過(guò)相關(guān)研究,對(duì)井下渦輪永磁發(fā)電機(jī)及控制系統(tǒng)有了更深了解,設(shè)計(jì)井下發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)和電機(jī)分析方法具有創(chuàng)新,設(shè)計(jì)的整流穩(wěn)壓電路及控制系統(tǒng),對(duì)以后研究有一定參考價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TE929;TM313

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本文編號(hào)：1261141