節(jié)能電控設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

節(jié)能電控設(shè)備的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

間抽控制器的特點及應(yīng)用

軟起動及調(diào)壓節(jié)能型電控裝置的應(yīng)用范圍

無功補償節(jié)能型電控系統(tǒng)特點及應(yīng)用

超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動機及拖動裝置的應(yīng)用

變頻調(diào)速電機的節(jié)能特點及應(yīng)用范圍

交流伺服系統(tǒng)電機的節(jié)能特點及應(yīng)用

永磁同步電機系統(tǒng)節(jié)能的特點及應(yīng)用范圍

開關(guān)磁阻電機節(jié)能的特點及應(yīng)用范圍

抽油機的設(shè)計能力是按照油井最大抽取量考慮的,一般留有采油能力的設(shè)計余量。另外,隨著油井由淺入深的抽取,井中液面逐漸下降,泵的充滿度越來越不足,直到最后發(fā)生空抽的現(xiàn)象。如果不加以控制,會浪費大量的電能。

對于這種油井,最簡單的方法是實行間抽,即:當(dāng)油井出液量不足或發(fā)生空抽時,就關(guān)閉抽油機,等待井下液量蓄積;當(dāng)液面超過一定深度時,再開啟抽油機進行抽吸。這樣提高了抽油機的工作效率且避免了大量電能的浪費。間抽控制的原始做法是派人定時到油井去開停抽油機,這種做法費工費時。間抽控制器已用于江蘇、長慶、青海及大慶等油田一、間抽控制器的特點及應(yīng)用1.1液面探測器如果能直接測出井中的液面,那么就可以用它來控制抽油機的運行。

1.2流量傳感器在井口通過流量傳感器檢測油井的出液量,是實現(xiàn)抽油機控制最直接,也是最有效的力一法。

1.3電機電流傳感器應(yīng)當(dāng)說,電機電流的檢測是最方便、最可靠,也是最為廉價的方法。

1.4抽油桿載荷傳感器普遍采用的方法是通過特制的載荷傳感器,對抽油桿的載荷進行檢測。一、間抽控制器的特點及應(yīng)用

抽油機井智能間抽控制裝置具有以下功能:

1)根據(jù)抽油機井的出液情況和壓力變化合理確定啟停時間;2)防盜開關(guān)可以提供信號判斷是否有偷油事件發(fā)生;3)實時監(jiān)控油井生產(chǎn)的沖次及油壓、流量、電流和液面的變化,保存并自動繪制曲線,且予以保留和遠程傳輸;4)通過中間繼電器控制接觸器通斷,實現(xiàn)對電動機的工作狀態(tài)控制,在啟動電動機或電動機缺相運行時,以聲光方式報警,同時提供電動機缺項自動保護功;5)可讀取、顯示、保存和加載歷史啟停機數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)格式為電子表格,可讀取和顯示當(dāng)前停機和啟機時間;6)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠輸:應(yīng)用多個設(shè)備與數(shù)據(jù)中心的PC機構(gòu)成分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),各種信息數(shù)據(jù)被現(xiàn)場的DTU設(shè)備上傳到數(shù)據(jù)中心,數(shù)據(jù)中心的命令也通過現(xiàn)場的DTU送達采集點。一、間抽控制器的特點及應(yīng)用

早期的控制是引入了定時鐘,只需設(shè)定開、停機時間,便能自動地進行間抽控制。但仍然無法解決令抽油機的工作能力動態(tài)地響應(yīng)油井負荷的變化,達到最佳節(jié)能控制的目的,同時還有可能影響油井的產(chǎn)量。為了解決上述問題,通過安裝相關(guān)的傳感器,精確感知油井負荷的動態(tài)變化,實現(xiàn)智能間抽控制(IPOC)?？刹捎酶鞣N不同的傳感器達到節(jié)能控制的目的。小結(jié)：間抽控制器在低產(chǎn)油井上節(jié)能效果明顯（超過50%）,同時因為其投資少、體積小,便于安裝,因此對于“三低”油田推廣應(yīng)用的經(jīng)濟性很好。一、間抽控制器的特點及應(yīng)用

由于抽油機的功率檔次有限,而每一口油井的參數(shù)都不一樣,在選配抽油機時,不可能做到量身定做,剛好和抽油機的功率檔次相匹配,一般均留有一定的功率余量。各型抽油機在配用電動機時,為了保證抽油機在各種工況下正常運行,也留有一定的功率余量。隨著油井由淺入深的抽取,油井的產(chǎn)液量越來越少,抽油機的負荷也相應(yīng)減小。

由于上述原因,造成了抽油機的實際負載率普遍偏低,大部分抽油機的負載率在20～30%之間,最高也不會超過50%,形成了大馬拉小車的現(xiàn)象。而當(dāng)電動機處于輕載運行時,其效率和功率因數(shù)都較低,此時若適當(dāng)調(diào)節(jié)電動機定子的端電壓,使之與電動機的負載率合理匹配,這樣就降低了電動機的勵磁電流,從而降低電動機的鐵耗和從電網(wǎng)吸收的無功功率,可以提高電動機的運行效率和功率因數(shù),達到節(jié)能的目的。二、軟起動及調(diào)壓節(jié)能型電控裝置的應(yīng)用范圍2.1電動機定子繞組星/三角轉(zhuǎn)換降壓節(jié)能

由于低壓電動機在正常工作時,定子三相繞組是接成“”接法后接入380V電網(wǎng)的,這樣每相繞組承受380V的線電壓,電動機可額定的輸出機械功率。電動機的轉(zhuǎn)矩是與電壓的平方成正比的,當(dāng)電動機輕載時(負載率<33%,可以將電動機的繞組由“△

”接法改成“Y”接法),使每相繞組只承受220V的電壓,即為額定電壓的0.574，電動機的轉(zhuǎn)矩也就僅為額定轉(zhuǎn)矩的三分之一。當(dāng)負載率>33%時,再將電動機繞組改為

接法運行,否則會因電流過大而燒毀電動機。電動機在進行星/三角轉(zhuǎn)換時會產(chǎn)生沖擊電流。二、軟起動及調(diào)壓節(jié)能型電控裝置的應(yīng)用范圍

星形/三角形接法的實現(xiàn)一般采用交流接觸器實現(xiàn),也可以通過可控硅開關(guān)實現(xiàn),兩種方法在節(jié)能效果上并無多大差異,而轉(zhuǎn)換控制電路轉(zhuǎn)換時的負載率則會對節(jié)能效果產(chǎn)生較大的影響。當(dāng)負載率β<33%時,不能及時進行

切換,會影響節(jié)能效果,而當(dāng)負載率β>33%時,不能及時進行

切換,會使電流過大,銅耗增加,反而費電,同樣影響節(jié)能效果。為了不使轉(zhuǎn)換頻繁進行,一般在轉(zhuǎn)換點的負載率之間設(shè)置一定的回差,常采用負載率β<30%時進行

轉(zhuǎn)換,而當(dāng)β>35%,進行

轉(zhuǎn)換。二、軟起動及調(diào)壓節(jié)能型電控裝置的應(yīng)用范圍

通過降壓對電動機實現(xiàn)軟起動的目的,一是減少起動時過大的沖擊電流,二是減小全壓起動時過大的機械沖擊。

那么在抽油機上使用降壓軟起動裝置,其效果究意如何?由于電動機的轉(zhuǎn)矩與所加電壓的平方成正比,所加的電壓降低了,電動機的轉(zhuǎn)矩達不到負載的起動轉(zhuǎn)矩時,電動機是轉(zhuǎn)不起來的,而且電動機的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩一般小于額定轉(zhuǎn)矩,降壓對起動就更加不利了。當(dāng)電壓升到額定電壓的70%時,電動機轉(zhuǎn)矩只有額定轉(zhuǎn)矩的50%,對于起動轉(zhuǎn)矩超過50%額定轉(zhuǎn)矩的負載,是轉(zhuǎn)不起來的。只有當(dāng)電壓升高到電動機的轉(zhuǎn)矩足以克服負載的靜轉(zhuǎn)矩時,電動機才能啟動。

因此星/三角起動器只適合起動轉(zhuǎn)矩小于三分之一額定轉(zhuǎn)矩的負載,一般的軟起動器也只適合起動轉(zhuǎn)矩小于50%額定轉(zhuǎn)矩的負載,對于重載起動的負載就降低起動電流來說,軟起動器也是無能為力的。二、軟起動及調(diào)壓節(jié)能型電控裝置的應(yīng)用范圍

上面的分析僅僅局限于對減小起動電流的討論,對需重載起動的負載,雖然使用軟起動器并不能達到減小起動電流的目的,當(dāng)然更不能達到節(jié)省起動能量的作用;但是由于軟起動器的電壓是呈鈄坡上升的,雖然在達到起動轉(zhuǎn)矩前電動機并不旋轉(zhuǎn),但隨著電動機軸上扭矩的不斷增大,被拖動的負載是慢慢被加力的,所以用軟起動器起動需重載起動的負載時,同樣可以達到減小機械沖擊的目的。因此,對于抽油機來講,使用軟起動器起動,不一定能達到減小沖擊電流的目的,但可以達到減小起動時機械沖擊的目的,還是有一定作用的。小結(jié)：對于負載率在30%以下的油井,采用星/三角轉(zhuǎn)換控制的節(jié)能效果明顯,且控制簡單,投資少,具有一定的推廣價值。二、軟起動及調(diào)壓節(jié)能型電控裝置的應(yīng)用范圍2.2電動機可控硅軟啟動,調(diào)壓節(jié)電

可控硅軟啟動,調(diào)壓節(jié)電控制框圖如下圖所示。由單片機控制改變串聯(lián)在電動機定子主回路中的可控硅的導(dǎo)通角β,可以改變加在定子繞組上的端電壓大小,從而起到調(diào)壓節(jié)電的目的。二、軟起動及調(diào)壓節(jié)能型電控裝置的應(yīng)用范圍

其優(yōu)點是可以動態(tài)跟蹤電動機的功率因數(shù)或輸入電功率,達到最佳節(jié)能效果。在負載突然增加時也可得到及時的響應(yīng),以免電動機堵轉(zhuǎn)?？杉孀麟妱訖C的軟啟動器,同時由于采用單片機控制,具有完善的保護功能。

其缺點是造價較高,且由于可控硅的移相作用,會產(chǎn)生大量的諧波,對電網(wǎng)、電機以及通訊控制系統(tǒng)造成不良的影響,今后這類產(chǎn)品將因達不到電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)而被限制使用。小結(jié)：可控硅軟起動、調(diào)壓節(jié)能,節(jié)省的只是電動機自身損耗的一部分,節(jié)能效益與其投資不成比例,且因為其產(chǎn)生大量諧波,對電網(wǎng)及電機均有影響,因此不宜推廣。二、軟起動及調(diào)壓節(jié)能型電控裝置的應(yīng)用范圍

交流異步電動機的無功就地補償就是將補償電容器組直接與電動機并聯(lián)運行,電動機啟動和運行時所需的無功功率由電容器提供,有功功率則仍由電網(wǎng)提供,因而可以最大限度地減少拖動系統(tǒng)的無功功率需求,使整個供電線路的容量及能量損耗、導(dǎo)線截面、有色金屬消耗量以及開關(guān)設(shè)備和變壓器的容量都相應(yīng)減小,提高供電質(zhì)量。三、無功補償節(jié)能型電控系統(tǒng)特點及應(yīng)用

無功就地補償只對長期空載或輕載運行的電動機有用,對于重載運行的電動機,因為其本身功率因數(shù)較高,沒有補償?shù)谋匾?。由于抽油機大部分處于輕載運行狀況,且由于其具有分散性,低壓輸電線路較長,本身功率因數(shù)又偏低,無功就地補償?shù)男Ч^好。對于抽油機這樣的負載,由于負載頻繁變化,沒有必要采用自動投切的電容器組補償,因為這樣會增加成本,降低可靠性,是得不償失的。只要根據(jù)電機容量及平均負載率,選配一只適當(dāng)容量的電容器進行固定補償就行了,這樣既經(jīng)濟又實用。三、無功補償節(jié)能型電控系統(tǒng)特點及應(yīng)用4.1作為節(jié)能措施的應(yīng)用

作為節(jié)能措施的應(yīng)用抽油機由于其特殊的運行要求,所匹配的拖動裝置必須同時滿足三個最大的要求,即最大沖程、最大沖次、最大允許掛重。另外還需具有足夠的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩,以克服抽油機啟動時嚴(yán)重的靜態(tài)不平衡。因此往往抽油機在設(shè)計時確定的安裝容量裕度較大,世紀(jì)80年代中期分別引進國外超高轉(zhuǎn)差電動機(CJT)和超高轉(zhuǎn)差多極電動機(CDJT)技術(shù),對抽油機拖動裝置進行了大量科學(xué)實驗、測試和分析,證明抽油機匹配CDJT節(jié)能拖動裝置具有顯著的節(jié)能效果。四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動機及拖動裝置的應(yīng)用

降低抽油機拖動裝置的安裝容量裕量就是一種節(jié)能的體現(xiàn),功率匹配變化如下表所示,所匹配功率下降,其對應(yīng)的額定電流相應(yīng)下降。網(wǎng)絡(luò)、電機繞組的銅耗與電流平方成正比,電流的下降自然會帶來損耗的降低,從而達到節(jié)能的目的。四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動機及拖動裝置的應(yīng)用四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動機及拖動裝置的應(yīng)用4.1.1節(jié)能原理簡介由超高轉(zhuǎn)差率電機和節(jié)能控制箱組成的抽油機節(jié)能拖動裝置,電機和控制箱可根據(jù)要求做成分體或連體式,專門設(shè)計制造用于游梁式抽油機。超高轉(zhuǎn)差率電機具有軟的機械特性,較低的啟動電流,較高的啟動轉(zhuǎn)矩;節(jié)能控制箱具有過熱、過載、缺相等保護功能及功率因數(shù)補償。4.1.2超高轉(zhuǎn)差率電機的優(yōu)點a)超高轉(zhuǎn)差率電機在抽油機一個沖次內(nèi)的速度變化較大,充分利用系統(tǒng)的動能均衡作用可使減速箱最大凈扭矩降低40%,最小扭矩有所增加,扭矩變化范圍小,扭矩曲線趨于平坦,如圖1。減輕了齒輪的疲勞破壞,減少了減速器齒輪的事故。四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動機及拖動裝置的應(yīng)用b)超高轉(zhuǎn)差率電機的軟特性改變了光桿運行速度的規(guī)律,使光桿在重載荷期間基本上呈勻速運行狀態(tài),此時加速度趨于0,如圖2。所以抽油桿r的最大應(yīng)力和應(yīng)力變化范圍減小,減輕了疲勞和斷脫。四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動機及拖動裝置的應(yīng)用c)若油井液量增加,使用超高轉(zhuǎn)差率電機,在相同工況下,抽油機最大載荷和載荷變化范圍減小,抽油桿和油管的彈性變形減小,沖程終端的加速度使泵產(chǎn)生超位移效應(yīng),使泵的有效沖程增加,泵效得到提高,相同沖次下增加產(chǎn)液量5%~10%。d)超高轉(zhuǎn)差率電機的啟動扭矩大、啟動電流小，降低裝機功率，使電機的固定損耗(鐵損、機械損)降低。e)由于抽油機的輕載荷運行時間遠多于重載荷運行時間,超高轉(zhuǎn)差率電機的高效區(qū)設(shè)計在輕載荷區(qū)。雖然超高轉(zhuǎn)差率電機的額定效率低,但其平均效率較普通電機高得多,如圖3。四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動機及拖動裝置的應(yīng)用f)使用普通電機,抽油機在接近上下死點時,拖動電機超過同步轉(zhuǎn)速運行而進入發(fā)電狀態(tài),變電能反饋給電網(wǎng),增加了系統(tǒng)損耗。采用超高差率電機則可消除發(fā)電狀態(tài),如圖4。g)由于超高轉(zhuǎn)差率電機匹配合理,功率因數(shù)可提高50%~80%,無功功率降低60%以上。降低電網(wǎng)電流及線路損耗50%。h)在CJT節(jié)能拖動裝置的基礎(chǔ)上開發(fā)出的CDJT變極變速拖動裝置,還具有多級變速的功能?？稍趲酌腌娭袃?nèi)非常方便地按下按鈕以實現(xiàn)調(diào)沖次目的(最低同步轉(zhuǎn)速500r/min),特別適用于需經(jīng)常調(diào)沖次的抽油機。四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動機及拖動裝置的應(yīng)用四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動機及拖動裝置的應(yīng)用

電機機械特性的軟、硬就是指轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩變化的大小?！坝病贝硭俣茸兓?“軟”代表速度變化大。普通電動機的機械特性較硬,在一定負載下,轉(zhuǎn)速n(或角速度ω)較大。CJT電動機機械特性較軟,在同一負載下,轉(zhuǎn)速n(或角速度ω)較低,即轉(zhuǎn)差率較大,具有降低扭矩峰值、減小抽油機懸點沖擊載荷的作用,在某些工況下具有節(jié)能效果。四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動機及拖動裝置的應(yīng)用

由圖5可知:普通電動機的η、cosψ曲線陡峭;CJT電動機的η、cosψ曲線平坦;普通電動機在額定輸出功率點η、cosψ較高,運行最經(jīng)濟;在輕負載時,普通電動機的η、cosψ較低,CJT電動機η、cosψ較高。四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動機及拖動裝置的應(yīng)用

由上述可知,抽油機固有的設(shè)計及運行特點與現(xiàn)場實際運行工況相比,不可避免地出現(xiàn)了大馬拉小車的不合理匹配。絕大部分負載在電動機額定功率(指輸出功率)的20%～30%左右。對普通電動機而言,其效率和功率因數(shù)特低。

對CJT電動機來講,由于曲線平坦,η、cosψ在負載變化情況下,其值變化不大,從而相對來講其η、cosψ高于普通電動機,致使有功功率降低,功率因數(shù)提高。因此,就節(jié)能而言,抽油機匹配超高轉(zhuǎn)差電動機是合理的。

軟的機械特性造成了抽油機懸點最大負荷降低,抽油泵上行速度緩慢,抽油桿的彈性變形減小,從而使抽油泵的填充系數(shù)增加,吸液量增大,每沖次來油量增加,使單位液耗電能降低。四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動機及拖動裝置的應(yīng)用4.2作為調(diào)參（調(diào)沖）措施的應(yīng)用

油田在采油過程中,從工藝或某些特定條件的需要出發(fā),要調(diào)整沖次。過去和現(xiàn)在均采用較笨重的辦法,即由專業(yè)人員到現(xiàn)場拆換皮帶輪的方法來實現(xiàn)。整個過程需停機進行,執(zhí)行該任務(wù)費事、費時,勞動強度大。采用CDJT變極變速拖動裝置,則可由采油工在幾秒鐘內(nèi)非常方便地按下按鈕就可實現(xiàn)調(diào)沖目的(最低同步轉(zhuǎn)速500r/min),特別適用于需經(jīng)常調(diào)沖次的抽油機。且不影響生產(chǎn)，十分方便。四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動機及拖動裝置的應(yīng)用

小結(jié)：高轉(zhuǎn)差率多極電動機拖動系統(tǒng),節(jié)能效果明顯,且能適應(yīng)油井調(diào)參要求,軟的機械特性對延長抽油機壽命有利。四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動機及拖動裝置的應(yīng)用當(dāng)油井的地下滲透能力小于抽油機的泵排量時(絕大多數(shù)油井如此),為了提高抽吸效率,降低單位產(chǎn)量的能耗指標(biāo),最直接的辦法是實行間抽。但是大多數(shù)的油井是不允許間歇性工作的,因為如果長時間停機的話,輕則會影響產(chǎn)油量,重則會使油井無法再開啟。含蠟量高或含鹽量高以及油的粘稠度高且地處高寒地區(qū)的油井,如果間歇工作,會造成井口結(jié)蠟、結(jié)鹽或結(jié)油的后果,使油井無法再開啟。對于注水油井,如果停止抽取,勢必會影響產(chǎn)油量,這將是得不償失的事,對于這類油井,就要采用其它的節(jié)能方法。變頻調(diào)速電機已用于長慶、勝利及新疆等油田五、變頻調(diào)速電機的節(jié)能特點及應(yīng)用范圍

為了使抽油泵的排量與油井的滲透能力相適應(yīng),可以采用改變抽油機電動機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。

低壓變頻器已是十分成熟的電氣產(chǎn)品。抽油機改用變頻器拖動以后有以下幾個好處:①可根據(jù)油井的實際供液能力,動態(tài)調(diào)整抽取速度,一方面達到節(jié)能目的,同時還可以增加原油產(chǎn)量;②由于實現(xiàn)了真正的軟起動,對電動機、變速箱、抽油機都避免了過大的機械沖擊,大大延長了設(shè)備的使用壽命,減少了停產(chǎn)時間,提高了生產(chǎn)效率;③大大提高了功率因數(shù)(可由原來的0.25-0.5提高到0.9以上),從而大大減少了供電電流,減輕了電網(wǎng)及變壓器的負擔(dān),降低了線損,挖掘出了大量的“擴容”潛力。

但是,將變頻器用于抽油機拖動時,也有幾個問題需要解決,主要是沖擊電流問題和再生能量的處理問題。五、變頻調(diào)速電機的節(jié)能特點及應(yīng)用范圍

1.閉環(huán)控制的采樣問題抽油機利用變頻器調(diào)速，使之動態(tài)適應(yīng)油井負荷的變化，達到節(jié)電的目的，必須要加外部傳感器，否則無法實現(xiàn)閉環(huán)智能控制，只能實現(xiàn)人工定值控制。所采用的傳感器的類型，與間抽控制器大體相同，但是在要求上是有差別的。流量檢測是最直觀、最準(zhǔn)確的方法，如果能實現(xiàn)小流量檢測并解決防堵問題，應(yīng)盡量采用流量傳感器。光桿載荷傳感器也能用來檢測井下液量的多少，與間抽控制不同的是，閉環(huán)調(diào)速控制只要求載荷的變化趨勢，不需要標(biāo)定空抽設(shè)定值。光桿的平均載荷大，說明井下液量少，應(yīng)減速運行，反之則可加速運行。電流控制不可取，因為這里除了配重的影響外，當(dāng)電機調(diào)速時，電流也是隨著變化的，因此不能將電流信號用作控制依據(jù)。五、變頻調(diào)速電機的節(jié)能特點及應(yīng)用范圍2、再生能量的處理問題由于抽油機屬位能性負載，尤其當(dāng)配重不平衡時，在抽油機工作的一個沖程中，會出現(xiàn)電動機處于再生制動工作狀態(tài)（發(fā)電狀態(tài)），電動機由于位能或慣性，其轉(zhuǎn)速會超過同步速，再生能量通過與變頻器逆變橋開關(guān)器件（IGBT）并聯(lián)的續(xù)流二極管的整流作用，反饋到直流母線。由于交-直-交變頻器的直流母線采用普通二級管整流橋供電，不能向電網(wǎng)回饋電能，所以反饋到直流母線的再生能量只能對濾波電容器充電而使直流母線電壓升高，稱作"泵升電壓"。直流母線電壓過高時將會對濾波電容器和功率開關(guān)器件構(gòu)成威脅，為了保護電容器及功率開關(guān)器件的安全，所以，變頻器都設(shè)置了直流母線電壓高保護停機功能。五、變頻調(diào)速電機的節(jié)能特點及應(yīng)用范圍3.沖擊電流問題

如果抽油機不平衡,造成過大的沖擊電流，沖擊電流與工作電流之比最大可超過5倍，甚至超過額定電流的3倍！不僅浪費掉大量的電能，而且嚴(yán)重威脅到設(shè)備的安全。同時，也給采用變頻器調(diào)速控制造成很大的困難，一般變頻器的容量是按電動機的額定功率來選配的，過大的沖擊電流會引起變頻器的過載保護，不能正常工作。通過對抽油機曲柄配重塊的調(diào)整，可以使沖擊電流降到電機額定電流之內(nèi)，沖擊電流與正常工作電流之比在1.5倍以內(nèi)。這樣，選用與電機額定功率同容量的變頻器，甚至略小于電機額定功率的變頻器（要視抽油機電動機的負載率而定）都可以長期穩(wěn)定運行。由于抽油機的起動扭矩往往很大，慣性也很大，所以要將變頻器的加減速時間設(shè)置得足夠長，一般為30～50s，才不致在起動時引起過載保護。五、變頻調(diào)速電機的節(jié)能特點及應(yīng)用范圍4.電磁兼容性問題這里主要講電磁干擾（EMI）問題，即變頻器對微電腦控制器，傳感（變送）器及通信設(shè)備的干擾問題。變頻器是一個很強的電磁騷擾源，變頻器中的開關(guān)器件，以及SPWM電壓波形,會對控制及通信系造成很大的干擾。干擾的途徑，除了感應(yīng)、輻射之外，還包括傳導(dǎo)干擾，即通過連接導(dǎo)線傳導(dǎo)的干擾。在控制系統(tǒng)中，變頻器只是一個執(zhí)行機構(gòu)，它的運行頻率（速度）指令由控制器通過對油井液量等信號的控制運算后給予，變頻器就通過控制信號線，給微電腦控制器造成了很大的干擾，以致使控制器無法正常工作。因為是傳導(dǎo)性干擾，采用屏蔽線是不解決問題的，要從信號線上的共模及差模干擾入手，采用共模與差模濾波器，才能解決干擾問題。五、變頻調(diào)速電機的節(jié)能特點及應(yīng)用范圍

小結(jié)：變頻調(diào)速拖動系統(tǒng),通過調(diào)速使抽油機動態(tài)適應(yīng)油井負荷變化,也可方便地進行調(diào)參。配以流量、載荷等傳感器,可實現(xiàn)最經(jīng)濟的控制。同時其軟起動性能好,對延長抽油機壽命,減少維護費用有利。節(jié)能效果最好,能耗基本上與轉(zhuǎn)速成正比,只要降速,肯定節(jié)能。是抽油機節(jié)能電控裝置的發(fā)展方向。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,其價格將進一步降低,性能將進一步提高。五、變頻調(diào)速電機的節(jié)能特點及應(yīng)用范圍伺服電機的類型很多,在功率較大的控制系統(tǒng)中主要是DC伺服電機和AC伺服電機二大類。其中AC伺服電機又可分為AC同步伺服電機和AC異步伺服電機。伺服系統(tǒng)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，其可以實現(xiàn)位置控制和零速控制，從而能大幅度降低電機運行中的能耗，在交流伺服控制器驅(qū)動下，能量轉(zhuǎn)換效率高于異步電機。2008年在大慶齊家北油田首次進行了伺服電機嘗試，取得成功。到2012年達到438口井。

中原油田、勝利油田也有應(yīng)用。6.1系統(tǒng)組成油田抽油機用的驅(qū)動系統(tǒng)主要是由一套交流伺服控制系統(tǒng)及一臺三相交流異步感應(yīng)電動機組成。通常電動機無須更換,僅須在現(xiàn)有的抽油機的電動機后部加裝一只增量式光電編碼器即可繼續(xù)投入使用。六、交流伺服系統(tǒng)電機的節(jié)能特點及應(yīng)用6.2系統(tǒng)特點(1)它是一種智能化的抽油機驅(qū)動裝置,其特點是在交流電動機矢量控制系統(tǒng)中運用了智能化的邏輯控制程序,故可針對油井實際充液程度自動調(diào)整抽油機的速度和頻率。(2)能夠?qū)﹄妱訖C的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和位置信息實行精確的記錄、傳輸和運算,并可根據(jù)抽油機載荷的瞬時變化隨時調(diào)節(jié)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩,即驅(qū)動系統(tǒng)僅在抽油機需要外部提供動力時工作。當(dāng)抽油機由于自重而加速運轉(zhuǎn)時,驅(qū)動系統(tǒng)即停止提供動力并放任電動機自由旋轉(zhuǎn),從而最大限度地利用抽油機自身的慣性或勢能,實現(xiàn)了電能的零浪費。

（3)采用了智能化的高可靠性功率器件,具有過流、過壓、短路、欠相、溫升、故障自檢保護和故障報警等功能。六、交流伺服系統(tǒng)電機的節(jié)能特點及應(yīng)用(4)操作人員可直接利用其自身的鍵盤輸入程序或指令,也可利用系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)通訊接口和上位計算機聯(lián)網(wǎng),進行遠程監(jiān)控。(5)可以提供兩種驅(qū)動方式:采用交流伺服控制器驅(qū)動電動機和采用電網(wǎng)工頻電源直接驅(qū)動電動機。兩種驅(qū)動方式可通過指令自動切換,也可根據(jù)需要由操作員手動切換,最大限度地減少油井因抽油機的故障導(dǎo)致的停工時間,大大提高驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性。(6)任何負載狀態(tài)下,功率因數(shù)始終接近1,比一般的節(jié)能型抽油機專用電動機減少有功電量35%～65%,無功電量88%～95%。(7)適應(yīng)性強,普通的三相交流異步電動機(籠型電動機)皆可采用。(8)抽油機無須調(diào)平衡,減少了油井維護作業(yè)工作量。(9)無論啟動或正常運轉(zhuǎn)狀態(tài),伺服系統(tǒng)的輸出功率和輸入電流呈完全的線性關(guān)系,真正實現(xiàn)了軟啟動,徹底解決了“大馬拉小車”問題。六、交流伺服系統(tǒng)電機的節(jié)能特點及應(yīng)用6.3抽油機工作載荷分析抽油機的工作載荷看似很簡單,即電動機帶動抽油機的光桿往復(fù)上下運動,游梁的兩端分別承受光桿和平衡重的重量,兩邊的重量差應(yīng)當(dāng)控制在一定的范圍內(nèi),以使電動機工作時的負載波動盡可能小。

然而,事實上由于油井的載荷受到多種因素的影響,例如地質(zhì)條件的變化,管線結(jié)蠟造成的阻力變化等,抽油機的工作平衡經(jīng)常被打破。鑒于油井是野外作業(yè),井位分散,頻繁的調(diào)整抽油機平衡重是不可能的,故其電動機的工作狀態(tài)始終在“出力”和“發(fā)電”之間周期性變化是普遍存在的現(xiàn)象。六、交流伺服系統(tǒng)電機的節(jié)能特點及應(yīng)用

6.4運動控制程序功能系統(tǒng)內(nèi)置的運動控制程序是將讀取的瞬時轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速作為輸入變量,然后與設(shè)定的數(shù)值進行比較和運算,再進行邏輯分析和判斷,隨即調(diào)整電動機的工作狀態(tài)。例如,伺服系統(tǒng)一旦檢測到電動機進入“發(fā)電”狀態(tài),伺服系統(tǒng)立刻“釋放”電動機,使抽油機的勢能幾乎毫無損失的轉(zhuǎn)化為平衡重的動能,而不是消耗于制動或轉(zhuǎn)化為電能。待到系統(tǒng)檢測到電動機已退出“發(fā)電”狀態(tài),且轉(zhuǎn)速也恢復(fù)到額定轉(zhuǎn)速時,伺服系統(tǒng)再投入運行,就好比車輛上坡時發(fā)動機工作,當(dāng)下坡時車輛滑行,發(fā)動機休息,故可以簡稱這種控制策略為“僅在需要時工作”。六、交流伺服系統(tǒng)電機的節(jié)能特點及應(yīng)用

6.4運動控制程序功能這種控制策略避免了再生制動時電能的消耗或向電網(wǎng)回饋帶來的種種問題,也避免了隨之而來的銅損和鐵損等損耗,無論伺服系統(tǒng)處于“工作”或是“休息”狀態(tài),電動機的功率因數(shù)始終保持很高(大于0.95),最大限度的節(jié)約電能,也使伺服控制器工作的更加輕松,可靠性相應(yīng)提高。六、交流伺服系統(tǒng)電機的節(jié)能特點及應(yīng)用6.6小結(jié)

(1)伺服驅(qū)動系統(tǒng)可對抽油機沖次和上下沖程速比進行無級調(diào)節(jié),達到優(yōu)選參數(shù),提高泵效、增加產(chǎn)量的目的;對稠油井還可以防止驢頭與光桿“打架”。(2)伺服驅(qū)動系統(tǒng)可提高供電系統(tǒng)功率因數(shù),達0.9以上,同時大幅度降低抽油機啟動電流及運行時的平均電流,從而節(jié)約電費、提高了電網(wǎng)及變電站容量利用率、減少了線路損耗,提高了經(jīng)濟效益。（3)伺服驅(qū)動系統(tǒng)可根據(jù)井底供油情況進行抽空控制,選擇間歇抽油或自動調(diào)節(jié)抽汲參數(shù)。該系統(tǒng)可以采用現(xiàn)有的抽油機電動機,且抽油機的結(jié)構(gòu)無須改動,因此很容易被納入油田的技術(shù)改造工作。六、交流伺服系統(tǒng)電機的節(jié)能特點及應(yīng)用7.1節(jié)能原理淺析永磁同步電動機的組成部分：定子、永久磁鋼轉(zhuǎn)子、位置傳感器、電子換向開關(guān)等。永磁同步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小、重量輕、損耗小、效率高、功率因數(shù)高等優(yōu)點，主要用于要求響應(yīng)快速、調(diào)速范圍寬、定位準(zhǔn)確的高性能伺服傳動系統(tǒng)和直流電機的更新替代電機。稀土永磁同步電機與異步電機同樣由定子與轉(zhuǎn)子2部分組成,不同的是在轉(zhuǎn)子鼠籠條內(nèi)嵌入了稀土永磁鋼,使勵磁由原來依靠定子邊勵磁變?yōu)橛赊D(zhuǎn)子邊稀土永磁鋼勵磁,變異步電機為同步電機。因此,定子邊勵磁電流大量減少,轉(zhuǎn)子邊的銅、鐵損耗亦大量減少,大幅度提高了功率因數(shù)與效率,降低了電機的溫升和配電設(shè)備的容量。七、永磁同步電機系統(tǒng)節(jié)能的特點及應(yīng)用范圍7.2與抽油機的適配狀況永磁電機采用封閉式外殼結(jié)構(gòu),完全適應(yīng)野外工作環(huán)境,其外形結(jié)構(gòu)和安裝尺寸與Y系列電機完全相同,現(xiàn)場換裝方便。該系列電機除保留了原異步電機結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、經(jīng)久耐用等優(yōu)點外,還具有下列優(yōu)點。

a)效率高額定效率為92%,高于Y系列電機約4%,節(jié)能效果顯著,綜合節(jié)電率為15%以上。b)功率因數(shù)高功率因數(shù)由1/4負載到額定負載時,均保持在0.9以上。而異步電機的平均運行功率因數(shù)僅為0.4左右。

七、永磁同步電機系統(tǒng)節(jié)能的特點及應(yīng)用范圍

7.2與抽油機的適配狀況

c)啟動轉(zhuǎn)矩大過載能力強啟動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的3.0～4.0倍,其啟動轉(zhuǎn)矩和過載能力均提高了1個機座號,能替換比它大1～2個功率等級的Y系列異步電機。因此,稀土永磁同步電機完全適用于常規(guī)抽油機的配套生產(chǎn),是目前抽油機用異步驅(qū)動電機較理想的節(jié)能替代產(chǎn)品。7.3永磁同步電機節(jié)能效果分析

a)降低電耗,提高功率因數(shù),抽油機單耗下降了15%以上,功率因數(shù)平均達到0.8以上。b)使用永磁電機后,解決了電容過補償問題,可以省去補償電容器。c)挖掘電網(wǎng)潛在容量,減緩用電負荷增長,增加了電網(wǎng)容量。七、永磁同步電機系統(tǒng)節(jié)能的特點及應(yīng)用范圍7.4使用中存在的問題a)推廣使用前期,永磁同步電機與現(xiàn)有的保護裝置不配套,帶上保護裝置則頻繁動作停機,不用保護裝置則因線路故障或負荷增大而燒損電機。目前已有多個廠家開發(fā)出配套保護裝置,此問題已得到解決。b)在現(xiàn)場,大部分用功率為37kW的永磁電機替代原來的75kW的電機,由于永磁電機啟動力矩大,初裝時可以順利啟動,且運行良好。但由于地下開采層位或井況的變化,有些井負荷變化較大,如不及時更換大功率的永磁電機,電機長時間處于過載運行狀態(tài),電流達到額定電流的1.5～2.8倍,容易發(fā)熱引起褪磁,耗電反而增加。因此,選配永磁電機時應(yīng)根據(jù)油井負荷大小的動態(tài)變化來確定合理功率的永磁電機。c)在修理永磁同步電機過程中發(fā)現(xiàn),永磁同步電機燒壞后轉(zhuǎn)子褪磁,電機空載電流增大(新電機空載電流為7～8A,轉(zhuǎn)子褪磁后則高達42A,無法正常使用),需要更換轉(zhuǎn)子中的永磁材料。七、永磁同步電機系統(tǒng)節(jié)能的特點及應(yīng)用范圍8.1SRD傳動系統(tǒng)的組成

八、開關(guān)磁阻電機節(jié)能的特點及應(yīng)用范圍SR電動機定、轉(zhuǎn)子實際結(jié)構(gòu)

八、開關(guān)磁阻電機節(jié)能的特點及應(yīng)用范圍8.2開關(guān)磁阻電機的結(jié)構(gòu)特點

八、開關(guān)磁阻電機節(jié)能的特點及應(yīng)用范圍1定子和轉(zhuǎn)子均為凸極結(jié)構(gòu)；2定子上空間相對的兩個極上的線圈串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成一相繞組3定子集中繞阻、繞組為單方向通電4轉(zhuǎn)子上無繞組5最常見的組合為6/4極，8/6極或12/8極。四相SR電機的工作原理圖8.3開關(guān)磁阻電機運行的原理

八、開關(guān)磁阻電機節(jié)能的特點及應(yīng)用范圍A-A’通電?

1-1‘與A-A’重合B-B’通電?

2-2‘與B-B’重合C-C’通電?

3-3‘與C-C’重合D-D’通電?

1-1‘與D-D’重合

磁阻電動機是利用磁阻最小原理，也就是磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合，一定形狀的鐵心在移動到最小磁阻位置時，必定使自己的軸線與主磁場的軸線重合，也就是利用磁引力拉動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。依次給A-B-C-D繞組通電，轉(zhuǎn)子逆勵磁順序方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)8.3開關(guān)磁阻電機運行的原理

八、開關(guān)磁阻電機節(jié)能的特點及應(yīng)用范圍下面通過圖示來說明轉(zhuǎn)子的工作原理，右圖是磁阻電動機的正視圖，定子六個齒極上繞有線圈，徑向相對的兩個線圈是連接在一起的，組成一“相”，該電機有3相，結(jié)合定子與轉(zhuǎn)子的極數(shù)就稱該電機為三相6/4結(jié)構(gòu)。在下圖標(biāo)注的A、B、C相線圈僅為后面分析磁路帶來方便，并不是連接三相交流電8.3開關(guān)磁阻電機運行的原理

八、開關(guān)磁阻電機節(jié)能的特點及應(yīng)用范圍圖中紅色的線圈是通電線圈，黃色的線圈沒有電流通過；通過定子與轉(zhuǎn)子的深藍色線是磁力線；把轉(zhuǎn)子啟動前的轉(zhuǎn)角定為0度。從左面圖起，A相線圈接通電源產(chǎn)生磁通，磁力線從最近的轉(zhuǎn)子齒極通過轉(zhuǎn)子鐵芯，磁力線可看成極有彈力的線，在磁力的牽引下轉(zhuǎn)子開始逆時針轉(zhuǎn)動；中間圖是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了10度的圖，右面圖是轉(zhuǎn)到20度的圖。8.3開關(guān)磁阻電機運行的原理

八、開關(guān)磁阻電機節(jié)能的特點及應(yīng)用范圍磁力一直牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到30度為止，到