一种新型井下泥浆发电机设计原理
摘要:井下泥浆发电机由于其特殊的工作环境,要求发电机的设计过程中首先确定用永磁发电机各个机械结构参数及电枢绕组参数,并使电机的性能达到要求的标准。因此本文首先介绍了永磁电机结构参数的确定,接着利用软件进一步定性的分析了各个参数对永磁发电机性能的影响规律,以便在设计时调整参数使电机满足性能要求。
关键词:永磁发电机;磁路计算;磁场计算;Ansoft
引言
石油钻井无线随钻测量系统(MWD)是为油田钻井设备配套的专业定向和监控仪器,它利用脉冲器将钻具在井下的工作状态、井眼轨迹等参数通过介质送到地面接收系统,为钻井工程师提供实时操作指导。近年来,该系统已被广泛用于各个油田,而且对其性能和功能的要求越来越高。在石油钻井无线随钻测量系统(MWD)中,泥浆永磁同步发电机是用来提供能量的,它使用高磁能积的永磁材料作为磁钢,无需励磁绕组,提高了可靠性;转子结构简单,电机的体积及重量小;由于转子结构免去了转子磁场所需的励磁功率和滑环之间摩擦的机械耗损,使得永磁发电机效率大为提高,并在MWD系统中得到广泛应用。但是,传统的泥浆永磁同步发电机采用的是盘式结构,发电功率低,从一定程度上阻碍了MWD系统性能的提高及功能的增加。设计研究泥浆永磁同步发电机,提高发电机的功率对推动无线随钻系统的发展具有重要意义。
1永磁发电机磁路结构的选择
永磁发电机的电枢绕组通常在定子上,永磁体以各种不同的结构形式安放于转子上,常见的转子磁路结构有径向式、切向式、混合式和轴向式四种,而在实际的应用中,常以切向转子磁路结构和径向转子磁路结构居多。井下用永磁发电机采用的径向式转子磁路结构。
径向式转子磁路结构中的稀土永磁体工作于串联状态,只有一块永磁体的面积提供发电机每极气隙磁通,两块磁铁的磁化方向长度对磁路提供磁势。其永磁体磁化方向与气隙磁通轴线方一致且离气隙较近,漏磁系数小,因此在相同的功率条件下所需永磁体材料少,使电机体积,重量减少。漏磁系数小也会使在相同的外磁路磁势下永磁体提供的气隙有效磁通大,电枢反应的去磁作用减少,外特性较硬,电压变化率减小,短路电流减少,因此径向式转子磁路结构的永磁发电机的运行性能稳定。这些特点十分符合井下仪器用永磁发电机的要求,所以选择使用径向式转子磁路结构。
2永磁电机主要结构尺寸的确定
定子内径D和电枢长度l的确定
根据电机设计原理有:
给定的额定功率为90W,效率η在80%以上,取η为95%,则计算功...
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