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
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
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。
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