近年来,无刷双馈电机凭借其可靠性好、控制自由度高以及功率因数可调等优势而受到越来越多的关注,在风电、水电等多个领域具有重要的应用潜力。随着科技快速发展,社会经济对能源的需求日益增大,石油更是能源中不可或缺的重要部分。螺杆泵凭借出液平稳、效率高等优点逐渐取代传统采油设备。同时为解决当前螺杆泵驱动系统所用异步电机的低效与永磁电机所存在的制动与退磁等行业痛点,文章以无刷双馈电机在石油开采行业中的应用为背景,提出新型无刷双馈直驱螺杆泵采油系统,并重点对以下方面进行研究:首先,文章论述了石油开采设备的研究背景,并且指出螺杆泵直驱采油系统的发展趋势与现有问题。同时针对无刷双馈电机的研究历程进行梳理,在介绍无刷双馈电机的工作原理后,建立三相静止坐标系与转子速坐标系下的无刷双馈电机数学模型。从提高无刷双馈电机的效能表现出发,介绍交交变频进相器的运行机理并建立其数学模型。基于无刷双馈电机功率因数可调的特点,对无刷双馈直驱系统励磁机理与交直流励磁磁势分布进行分析,将进相器应用于无刷双馈直驱系统以实现无功补偿。接着,基于低频交流励磁高效和交流绕组磁动势空间正弦分布的特性,文章提出一种基于双端口变频控制的无刷双馈电机低频励磁运行模式以及系统拓扑,即功率绕组连接变频器、控制绕组连接进相器的结构。同时采用功率绕组电压定向矢量控制策略,在矢量解耦基础上实现对无刷双馈电机无功功率与电磁转矩的控制,控制绕组侧利用进相器进行低频励磁控制。基于系统仿真模型,分析了无刷双馈直驱系统的动稳态特性以及效率表现。其次,对无刷双馈直驱系统的软硬件结构进行设计,包括系统的电气接线与控制程序,同时利用程序设置切换周期以解决进相器换流时存在的过流问题。为提高系统硬件可靠性,对电机设置过压过流等保护机制。最后,基于无刷双馈直驱系统拓扑搭建实验平台。对直驱系统进行加减负载以及调速实验并分析了实验结果,验证了无刷双馈直驱系统对负载与转速变化的响应性能与稳态性能;通过直驱系统的无功补偿实验,验证了进相器对无刷双馈直驱系统无功补偿的有效性;利用直驱系统效率、电机温升与制动实验,进一步验证系统的高效可靠性能以及实际应用的可行性。