抽油机用节能电机评价及改造方式的探讨

抽油机用节能电机评价及改造方式的探讨

作者：殷雷频道：电机发布时间：2008-11-26

1 抽油机用节能电机评价

抽油机作为活塞式有杆泵的地面举升设备，只要能够满足其运动及机械特性的电动机就可以作为其拖动的动力设备。常见的抽油机用节能电机有异步电机和同步电机；例如：(超)高转差三项异步电动机、永磁同步电动机等。

1．1常规游梁式抽油机的工作特性

抽油机工作时是由电机驱动减速器带动四连杆机构实现驴头上下摆动，驴头带动抽油杆使活塞泵做上下往复运动完成抽汲过程。抽油杆在上行和下行时负载的变化大，导致抽油机减速器的净扭矩波动幅度大，反映在电机上则电流变化大。由于抽油机具有自身的机械平衡装置和周期脉动的负载特性，所以要求电机具有高启动扭矩，才能保证抽油机在静止状态下启动起来。这样在选择电机时要求电机的额定功率要大(启动扭矩要大)，当抽油机启动以后正常运行时负载下降电机在轻载下工作(一般运行功率仅为装机功率的三分之一)，系统效率测试数据显示抽油机井电机效率多在40％。60％、功率因数在0．3～0．5之间。

1．2节能电机简介

多年来的实践表明，我们认为节能电机应具备“电机拖动负载与电机的输出扭矩(功率)间的合理匹配”的功能，抽油机在运行过程中，电机的输出功率随着载荷的变化在无人为干预的情况下实现自动转换。

统计我厂在用各类电机的情况显示，复式电机与双绕组电机能够实现“电机拖动负载与电机的输出扭矩(功率)问的合理匹配”，即启动和运行的功率不同。其它种类的节能电机仅仅做到了根据目前负载适当降低装机功率达到节能的目的，即启动与运行仍然是在相同功率下。当抽油机的负载率达到85％以上时，这类节能电机是启动不起来的，但是原机型所匹配的常规Y系列电机则不存在启动困难的问题。

(1)(超)高转差电机

节能原理：依靠降低转子转速％来达到增加扭矩从而降低装机功率的目的。(超)高转差电机与普通Y系列电机相比，具有以下特点：

a．超高转差率电机解决了起动问题以及通过降低转速降低载荷的峰值，就可以用小容量的电机取代大容量的普通电机，避免大马拉小车，取得良好的匹配，电机固定损耗(铁损、机械耗)及可变损耗均大大降低。

b．生产运行过程中(超)高转差电机比常规Y系列电机平均效率高。

c．提高功率因数，减少线损和无功损耗。

(2)双速双功率电机

在结构上与Y系列电机相似，区别在于利用单槽内下入单线“引出多组头”，通过在多组头之间改变接线方式，即实现了“双极双速”。该电机沿用了高转差率的特性，利用降低转速来达到提高扭矩实现降低装机机座号(装机功率)的目的。现场应用中速度的转换，需要停机靠人工实施转换。

优势

①保留了高转差率电机所具备的优势；

②节电效果效果明显：平均有功节电率可达到15％。

③由于其速度可以调整给抽油机井的调参工作带来了方便。

不足

①在一个固定的功率下运行，无法实现机采井运行负载与电机输出负载间的合理匹配，影响了其电机功能的发挥。

②由于转差率高的缘故，在运行过程中易出现丢转现象。

(3)永磁电机

在结构上与Y系列电机相似，所不同的是在电机转子内镶入永磁铁，使转子自身具有高强度磁场，可以用来取代电动机转子的电励磁，显著提高功率因数，减小定子电流和定子电阻损耗。永磁同步电机为同步工作方式，转子转速与定子旋转磁场完全同步，与异步电机相比，无转差损耗。

优势

①效率高、高效区范围宽。

②功率因数高，无功节电效果相当显著。

③起动力矩大、过载能力强在匹配合理的条件下、节电效果显著。

不足：

①无法实现抽油机运行负载与电机输出负载间的合理匹配。

②由于同步电机的启动特性较硬，在重载井上启动时电机易出现振动现象。

③制造成本较常规Y系列电机要高出至少40％左右。

④容易出现退磁现象。

(4)复式电机

优势

①实现了运行与电机输出的合理匹配，确保了电机始终在高效区运行。

②节电效果显著。

③自动控制实现的过程简单，运行平稳可靠。

不足：

①制造成本高、体积庞大、维修难度较大。

(5)双绕组电机

双绕组电机在设计上是在单槽内下入双线，即形成了两套绕组。我们称之为启动绕组和工作绕组，确保了该电机具有两种功率即启动功率和运行功率。在控制系统中巧妙的应用了Y一△转换，使实际的运行功率可以依据负载的需求多了一级功率的变换。在运行过程中，借助于专用的控制系统，实际上是在三个功率下依据负载需求自动切换运行。

①电机启动时，启动绕组在额定功率下(启动功率)启动电机，以满足抽油机启动时需高扭矩的要求，启动后转入正常运行。

②正常运行时，负载下降，通过控制箱自动转换到工作绕组上运行，电机的功率下降至运行功率。工作绕组是将两个绕组串联，运行功率的值是根据抽油机运行时的负载大小来决定的。

具体的实现过程如下：

两套绕组在电机的内部串联如图3所示。

u。U2，V。，v2，WI，W2为启动绕组，U2 U3，v2 V3，W2 W3为运行绕组。

①电机启动将启动组接成△形，具有启动转矩满足抽油机启动时对电机转矩的要求。

②电机在正常运行时，两套绕组串联接成△形，能满足负载率为50％时抽油机对电机转矩的要求。

③当负载率为30％以下时，启动绕组接成Y形。

优势：

·实现了运行负载与电机输出负载间的合理匹配，确保了电机始终在高效区运行。

·节电效果显著：由于双绕组电机具有三个功率可供选用，有功节电率在19％左右。

·自动控制实现的过程简单，运行平稳可靠。

2 节能电机的更新原则

2．1拖动装置节能的理论基础

抽油机井节能在理论上所追求的是“抽油机井的机械特性与电机特性间的合理匹配”，真正实现抽油机井运行负载与电机输出负载间的合理匹配。

2．2更新节能电机的原则

选择电机时要综合考虑，首先确定电机的类型，然后再选择电机的功率，最后需要考虑的是投资问题。

(1)节能电机类型的选择

抽油机用节能电机有高转差率电机、超高转差率电机和永磁电机三种类型。如何选择合适的电机类型，涉及到各种类型的电机在游梁式抽油机上工作特性的评价。应对抽油机井实际工况进行具体分析后，才能做出较为合理的选择。从以下几个方面进行比较：

①电机启动性能，要求其配套的拖动装置应具备较软的启动特性。

②电机的过载性能力

③电机的节电效果

(2)额定功率、最大扭矩的选择抽油机输入的功率就是电机必须输出的功率，抽油机系统的特性和功率要求随不同电机的选用而变化。电动机的选择首先应满足功率的要求；一般来说，最大泵径工况的功率需求总是最大的，可按可能使用的最大泵径、光杆最大冲程、抽油机最高冲次与由减速箱许用扭矩和额定悬点载荷确定的最大井深等参数计算所需功率，电机额定功率的选择应大于抽油机可能需求的最大功率，并要留有一定的余量。配备抽油机用电动机时除了满足功率要求外，还应满足最大扭矩的要求，即传到电机轴上的最大扭矩不应