开关磁阻电动机用作游梁式抽油机拖动试验及效果评价

2016-06-28 16:30辛宏李楼楼甘庆明陆梅黄伟
石油石化节能 2016年12期
关键词:磁阻抽油机三相

辛宏 李楼楼 甘庆明 陆梅 黄伟

(低渗透油气藏国家工程实验室;长庆油田公司油气工艺研究所)

开关磁阻电动机用作游梁式抽油机拖动试验及效果评价

辛宏 李楼楼 甘庆明 陆梅 黄伟

(低渗透油气藏国家工程实验室;长庆油田公司油气工艺研究所)

机驱动系统[1]。目前,其产品应用于电动车驱动系统、家用电器(洗衣机、食品加工机械等)、通用工业(风机、泵、压缩机等)、伺服与调速系统、牵引电动机等[5]。

SRD系统由开关磁阻电动机与微机智能控制器两部分组成,其中电动机内安装有位置传感器,控制器由功率电路和控制电路等单元组成。

开关磁阻电动机为定子、转子双凸极可变磁阻电动机且定子、转子极数不同。其定子、转子均由普通硅钢片叠压而成,转子上既无绕组也无永磁体,定子极上绕有集中绕组。图2给出三相12/8极结构。以图2中定、转子的相对位置作为起始位置,依次给B→C→A相绕组通电,转子既会逆着励磁顺序以逆时针方向连续旋转;反之,依次给C→B→A相通电,则电动机会以顺时针方向转动。开关磁阻电动机的转向与相绕组的电流方向无关,而取决于相绕组通电的顺序。通过控制相绕组的电子开关(IGBT)S1、S2,就可以改变电动机的转向、转矩、转速、制动等工作状态。

图2 开关磁阻电动机基本结构与原理

3 室内试验测试

为了验证开关磁阻电动机特性,开展了11 kW、15 kW开关磁阻电动机的机械特性、空载特性测试,并在不同转速不同负载情况下与变频调速系统进行了运行效率对比。试验采用开关磁阻电动机拖动三相异步电动机方式进行,二者中间连接扭矩测试仪。通过增大2台电动机间的速度差实现磁阻电动机负载的变化,异步电动机采用变频调速,磁阻电动机设计转速变化范围为0~1.8倍额定转速。

1)空载电流小。相同功率等级下,分别测试空载时开关磁阻电动机与三相异步电动机+变频调速的绕组电流和控制器输入电流,数据见表1。开关磁阻电动机空载电流仅为三相异步电动机+变频调速的四分之一左右,可见开关磁阻电动机空载小、自身效率高。

表1 空载状态下室内测试不同系统电流对比

2)启动扭矩大、电流小。开展系统过载和堵转能力试验(图3)。开关磁阻电动机启动扭矩最高达到额定转矩的2.5倍时,电流仅为额定电流的0.3倍。具有高启动转矩和低启动电流的性能,适合重载启动的场合。通常,三相异步电动机启动扭矩最高达到额定转矩的1.8倍时,电流为额定电流的5~7倍。

图3 开关磁阻电动机室内测试过载性能曲线

3)调速范围广、高效区间宽。通过恒转矩、恒功率特性、系统效率试验,测试15 kW电动机,额定转速750 r/min,转速调节范围150~1350 r/min。如图4所示,当转速和负载率在一个比较大的范围内电动机效率较高;当转速大于450 r/min、负载率为20%~100%时,开关磁阻电动机运行效率均能保持在80%以上。

图4 开关磁阻电动机室内测试不同转速下转矩与效率的关系曲线

5 现场应用存在问题

1)与三相异步电动机相比,噪音大,带载过程中最大声音可达到85 dB。

2)部分电动机因过载保护导致电动机停机,分析原因跟设置的电动机保护限值和保护时间有关系。当油井工况发生变化,载荷在某一时刻超过限定值时,电动机自动保护;由于现场人员不熟悉新型电动机产品,一旦发生故障,为不影响现场生产,马上更换电动机。

6 结论

1)开关磁阻电动机具有大扭矩启动、低负载高效、调速、正反转的特点,其特性与抽油机“重载启动、轻载运行”特性完美匹配,适合用作游梁式抽油机的拖动电动机。

2)开关磁阻电动机效率高、功率因数高,节能效果明显,对电网无污染,不需要无功补偿。

3)针对现场存在部分电动机出现因过载保护导致电动机停机的问题,重新设置电动机保护限值和保护时间,确保正常运行。由于开关磁阻电动机自身结构特点,存在噪音相对三相异步电动机较大的问题,也要逐步改进完善。

[1]王宏华.开关磁阻电动机调速控制技术[M].北京:机械工业出版社,2014:7-8.

[2]唐任远,顾国彪,秦和,等.中国电气工程大典:电机工程[M].北京:中国电力出版社,2008:12-14.

[3]王会来,傅书贵,刘柯娣,等.通过优化抽油系统设计提高抽油机井运行效率[J].石油钻采工艺,2001,23(6):50-52.

[4]甘庆明.开关磁阻电机在采油设备中的应用探讨[J].石油机械,2009,37(4):70-72.

[5]张志学.开关磁阻电机在节能长冲程抽油机的应用[J]石油矿场机械,2009,38(8):75-78.

(编辑 李发荣)

2016-07-19

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