油田修井机是油田工程中重要的装备之一。传统油田修井机采用柴油发动机或者异步电机作为驱动。柴油机虽然能够在无电的情况下进行作业,但是柴油机空转时间较长,远大于其正常运转时间,工作效率低,耗能大、污染高。以异步电机为动力的修井机效率和功率因数都比较低,维护复杂,噪声大,耗电量较大导致油田电费开支庞大。为了解决上述问题,本课题采用永磁电机直驱系统来驱动油田修井机。永磁电机直驱系统具有结构简单,高效节能,噪声低等优点,不需要减速箱,能够实现低速大转矩的要求,由于没有减速箱,电机直接驱动滚筒,可以使维护难度以及费用大大降低。同时,该系统还具有易于控制,运行稳定的优势。本课题对油田修井机低速大转矩永磁电机直驱系统进行了设计,采用低速大转矩永磁电机直接驱动滚筒,省去减速箱,实现修井机直驱。由于修井机需要在宽调速范围内实现足够大的转矩,本文针对弱磁调速范围的限制,总结星三角绕组变换存在的缺点,提出了一种单星形与串星形双绕组互相切换的方法实现电机的宽恒功率调速,将电机的升速范围提高至三倍以上。电机采用一种燕尾型表贴式结构代替传统的表贴式结构,并且采用不均匀气隙转子结构对电机的气隙磁密波形进行优化,采用Ansoft有限元软件对两种转子结构的电机进行仿真,分析了两种转子结构的气隙磁密波形以及空载反电势波形。设计了整个控制系统,包括主电路的设计和控制电路的设计,以PLC作为控制核心,编制整个系统的控制程序,通过PLC与变频器的通讯来控制主电机,实现了修井机的正反转、加减速以及带载悬停。制作出样机,并且在胜利油田进行带载试验,修井机可以按照要求正常工作。