容量自适应电动机优化设计0电热管

容量自适应电动机优化设计

容量自适应电动机优化设计 2011年12月09日 来源： 1 引言 我国油田绝大部分采用抽油机采油，并且以游梁式抽油机为主。拖动这种抽油机启动时负载很大，因此被迫选用较大容量的电动机，从而造成在正常运行时“大马拉小车”现象。尤其是经长期开采的晚期油井，电动机常运行于空转状态，浪费大量的电力资源。为满足节能的需要，提高机械开采效率，本文研制了容量自适应电动机。该机具有主、副机结构，定子绕组可实现8/12极变换；在控制器的控制下，可实现双机启动，并自动根据生产井的负荷实现主、副机的单机运行或主+副机共同运行，使电动机始终处于较佳运行区间，达到节能降耗的目的。 事实上这种电机是通过转子同轴将主、副2台电动机集为一体；定子绕组利用移相变极法进行8/12的变换。12极作为变前极是主要工作极，采用正规60º相带；8极为近似正规120º相带。绕组仅有6个出头，以便两种极状态的切换控制。 可见，电机通过变极和主、副机的组合运行可提供6个功率出口。因此，设计上必须同时兼顾4个单机方案和2个组合方案。为降低生产成本，电机采用与Y系列同中心高8极电机一致的定、转子冲片内径和外径；同时主、副电机的定、转子冲片分别采用相同的槽型及尺寸。 本文借助于最优化理论，结合电机自身特点建立起优化设计的数学模型，对整体方案综合寻优。通过对几种全局优化算法研究[1-3]，本文将模拟退火算法引入优化计算过程。在这一算法框架下，采用SUMT罚函数方法把非线性约束最优化问题变成一系列无约束极值问题进行求解，并结合实际对算法作了适应性改进，取得了令人满意的效果。2 优化设计数学模型 电机优化设计问题可归结为有约束的非线性规划形式： 建立电机优化设计的数学模型就是结合实际正确地选择优化变量集、目标函数f、约束函数gj。 本文选择电机的定转子槽型尺寸、铁心长度、线规以及定子绕组匝数作为优化变量。显然, 槽型尺寸的变化会引起8/12极主、副电机4个单机方案的性能都发生变化, 因而可视为共用变量；而主、副电机各自的铁心长度、线规及定子绕组匝数变化只引起自身8/12极两个单机性能发生变化，因而被视为非共用变量。可见，优化变量集是由共用变量子集和两个非共用变量子集和 选择电机的有效材料成本作为目标函数，按共用变量与非共用变量的寻优原则[4]，目标函数可写成如下形式 选择电机的效率、功率因数、最大转矩、起动电流、起动转矩、热负荷作为每个单机方案的约束条件，共24个约束；为便于算法对不同约束违反程度做出符合实际的判断, 将约束函数写成标幺值的形式。同时为提高主、副电机共同运行时的性能，对同一极状态下两电机的转差率作以约束。 电机优化设计问题的26个约束整理如下式中 i=1, 2, 3, 4分别为12极和8极时主、副机设计方案的指标；下标带0者为约束的标准值； e1、e2为2个小正数；Sn1、Sn2分别为12极时主、副电机的额定转差率； Sn3、Sn4分别为8极时主、副电机的额定转差率；其余符号与电机设计时所用标识符相同。 利用SUMT罚函数方法将上面的有约束最优化问题变成一系列无约束极值问题，则增广目标函数可写成如下形式式中αj是对不同约束的加权系数；rk为罚因子。 利用模拟退火算法对无

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