開關(guān)磁阻電動機用作游梁式抽油機拖動試驗及效果評價

辛宏 李樓樓 甘慶明 陸梅 黃偉

（低滲透油氣藏國家工程實驗室;長慶油田公司油氣工藝研究所）

開關(guān)磁阻電動機用作游梁式抽油機拖動試驗及效果評價

辛宏 李樓樓 甘慶明 陸梅 黃偉

（低滲透油氣藏國家工程實驗室;長慶油田公司油氣工藝研究所）

機驅(qū)動系統(tǒng)[1]。目前，其產(chǎn)品應(yīng)用于電動車驅(qū)動系統(tǒng)、家用電器（洗衣機、食品加工機械等）、通用工業(yè)（風機、泵、壓縮機等）、伺服與調(diào)速系統(tǒng)、牽引電動機等[5]。

SRD系統(tǒng)由開關(guān)磁阻電動機與微機智能控制器兩部分組成，其中電動機內(nèi)安裝有位置傳感器，控制器由功率電路和控制電路等單元組成。

開關(guān)磁阻電動機為定子、轉(zhuǎn)子雙凸極可變磁阻電動機且定子、轉(zhuǎn)子極數(shù)不同。其定子、轉(zhuǎn)子均由普通硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子上既無繞組也無永磁體，定子極上繞有集中繞組。圖2給出三相12/8極結(jié)構(gòu)。以圖2中定、轉(zhuǎn)子的相對位置作為起始位置，依次給B→C→A相繞組通電，轉(zhuǎn)子既會逆著勵磁順序以逆時針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)；反之，依次給C→B→A相通電，則電動機會以順時針方向轉(zhuǎn)動。開關(guān)磁阻電動機的轉(zhuǎn)向與相繞組的電流方向無關(guān)，而取決于相繞組通電的順序。通過控制相繞組的電子開關(guān)（IGBT）S1、S2，就可以改變電動機的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、制動等工作狀態(tài)。

圖2 開關(guān)磁阻電動機基本結(jié)構(gòu)與原理

3 室內(nèi)試驗測試

為了驗證開關(guān)磁阻電動機特性，開展了11 kW、15 kW開關(guān)磁阻電動機的機械特性、空載特性測試，并在不同轉(zhuǎn)速不同負載情況下與變頻調(diào)速系統(tǒng)進行了運行效率對比。試驗采用開關(guān)磁阻電動機拖動三相異步電動機方式進行，二者中間連接扭矩測試儀。通過增大2臺電動機間的速度差實現(xiàn)磁阻電動機負載的變化，異步電動機采用變頻調(diào)速，磁阻電動機設(shè)計轉(zhuǎn)速變化范圍為0～1.8倍額定轉(zhuǎn)速。

1）空載電流小。相同功率等級下，分別測試空載時開關(guān)磁阻電動機與三相異步電動機+變頻調(diào)速的繞組電流和控制器輸入電流，數(shù)據(jù)見表1。開關(guān)磁阻電動機空載電流僅為三相異步電動機+變頻調(diào)速的四分之一左右，可見開關(guān)磁阻電動機空載小、自身效率高。

表1 空載狀態(tài)下室內(nèi)測試不同系統(tǒng)電流對比

2）啟動扭矩大、電流小。開展系統(tǒng)過載和堵轉(zhuǎn)能力試驗（圖3）。開關(guān)磁阻電動機啟動扭矩最高達到額定轉(zhuǎn)矩的2.5倍時，電流僅為額定電流的0.3倍。具有高啟動轉(zhuǎn)矩和低啟動電流的性能，適合重載啟動的場合。通常，三相異步電動機啟動扭矩最高達到額定轉(zhuǎn)矩的1.8倍時，電流為額定電流的5～7倍。

圖3 開關(guān)磁阻電動機室內(nèi)測試過載性能曲線

3）調(diào)速范圍廣、高效區(qū)間寬。通過恒轉(zhuǎn)矩、恒功率特性、系統(tǒng)效率試驗，測試15 kW電動機，額定轉(zhuǎn)速750 r/min，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍150～1350 r/min。如圖4所示，當轉(zhuǎn)速和負載率在一個比較大的范圍內(nèi)電動機效率較高；當轉(zhuǎn)速大于450 r/min、負載率為20%～100%時，開關(guān)磁阻電動機運行效率均能保持在80%以上。

圖4 開關(guān)磁阻電動機室內(nèi)測試不同轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)矩與效率的關(guān)系曲線

5 現(xiàn)場應(yīng)用存在問題

1）與三相異步電動機相比，噪音大，帶載過程中最大聲音可達到85 dB。

2）部分電動機因過載保護導(dǎo)致電動機停機，分析原因跟設(shè)置的電動機保護限值和保護時間有關(guān)系。當油井工況發(fā)生變化，載荷在某一時刻超過限定值時，電動機自動保護；由于現(xiàn)場人員不熟悉新型電動機產(chǎn)品，一旦發(fā)生故障，為不影響現(xiàn)場生產(chǎn)，馬上更換電動機。

6 結(jié)論

1）開關(guān)磁阻電動機具有大扭矩啟動、低負載高效、調(diào)速、正反轉(zhuǎn)的特點，其特性與抽油機“重載啟動、輕載運行”特性完美匹配，適合用作游梁式抽油機的拖動電動機。

2）開關(guān)磁阻電動機效率高、功率因數(shù)高，節(jié)能效果明顯，對電網(wǎng)無污染，不需要無功補償。

3）針對現(xiàn)場存在部分電動機出現(xiàn)因過載保護導(dǎo)致電動機停機的問題，重新設(shè)置電動機保護限值和保護時間，確保正常運行。由于開關(guān)磁阻電動機自身結(jié)構(gòu)特點，存在噪音相對三相異步電動機較大的問題，也要逐步改進完善。

[1]王宏華.開關(guān)磁阻電動機調(diào)速控制技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2014：7-8.

[2]唐任遠，顧國彪，秦和，等.中國電氣工程大典：電機工程[M].北京：中國電力出版社，2008：12-14.

[3]王會來，傅書貴，劉柯娣，等.通過優(yōu)化抽油系統(tǒng)設(shè)計提高抽油機井運行效率[J].石油鉆采工藝，2001，23（6）：50-52.

[4]甘慶明.開關(guān)磁阻電機在采油設(shè)備中的應(yīng)用探討[J].石油機械，2009，37（4）:70-72.

[5]張志學(xué).開關(guān)磁阻電機在節(jié)能長沖程抽油機的應(yīng)用[J]石油礦場機械，2009，38（8）:75-78.

（編輯 李發(fā)榮）

2016-07-19