油田抽油机应用开关磁阻电机的优点

油田抽油机应用开关磁阻电机的优点
目前各大油田为降低生产成本，都将节能增效作为首要目标，对抽油机要尽量降低电机的耗电量。

根据抽油机的运行特点，为了实现这个目的，电机应具有以下特点：电机损耗小，在较宽的负载变化范围内能够保持较高的功率因数和效率；速度能够平滑无级调节且调速范围较宽，以适应不同井况的要求及其供排关系；能够实现软启动，减少启动时对抽油机的冲击，降低选用电机及变压器的容量。

满足上述要求的电机，一方面自身的功率因数和效率要较高，另一方面可以使抽油机的机、杆、泵整个系统达到较好配合，提高系统效率。

因此研制具有上述特点的电机驱动系统已成为必然趋势，山东艾磁驱动科技股份有限公司生产的开关磁阻电机驱动系统就是具有这些特点的一种新型电机驱动系统。

该电机具有十分突出的综合性能，是当前抽油机最为理想的动力系统。

它的研制和生产对油田的节能生产具有重大意义。

1．开关磁阻电机电机结构简单、坚固可靠
开关磁阻电机定转子都是双凸极结构，电机损耗小，在较宽的负载变化范围内都能保持较高的功率因数和效率；电动机转子无绕组，成本低，定子绕有集中绕阻，各项绕组采用直流励磁，产生步进的单相脉振磁场，依赖磁阻转矩旋转，位置闭环控制，不会失步，可控性好。

电动机可高速旋转而不致变形；转子转动惯量小，易于加、减速；转子无永磁体，可具有较高的最大允许温升，无退磁现象。

2．开关磁阻电机高起动转矩，低起动电流，实现了完全意义上的软启动，无论在何种状态运行，都不存在倒发电，冲击电网现象。

油田抽油机在启动时，需要带载直接起动，所需起动转矩较大，普通电机起动电流为6-8倍额定电流。

为满足起动要求所配电机的功率较大，而该机在运行时所需转矩较小，90%以上的电机负载率在50%以下，长期以来抽油机所配电机大都处于轻载运行状态，负载率极低，功率损耗大，能源浪费严重，而开关磁阻电机驱动系统非常适合重载启动的场合，具有高启动转矩和低启动电流的性能。

启动转矩达到额定转矩的1.5倍时，启动电流仅为额定电流的30%，可完全满足游梁式抽油机带平衡块启动的需要，减少电机启动时对电网和抽油机的冲击，降低所选用电机及变压器的容量，节约投资成本，减少维护费用。

3．系统效率高，功率因数高，调速范围广，可根据井况任意调节转速开关磁阻电机调速范围广，可在30~2000r/min范围内实现无级调速，在其宽广的转速和功率范围内，均具有高输出和高效率。

在低速及非额定负载下高效率则更加明显，并且在转速和负载转矩变化范围较大时都能稳定在高水平，能有效的提高抽油机的运行效率，实现节能和降低采油成本。

4．冲次可无级调节，调速方便，操作简单，节省费用
开关磁阻电机驱动系统调速范围非常宽，在较宽的调速范围内，都能保持较高的效率，能够以较低的冲次进行平稳的运行，最低运行冲次能到0.5冲次以下，调到变频器加普通三相异步电机所调不到的冲次，以适应不同的井况要求及其供排关系。

不用换皮带轮，直接按调节按扭就可调速，节省换皮带轮所花的吊车费、人工费、停产费等费用。

5．开关磁阻电机驱动系统可靠性高，寿命长
由于开关磁阻电机转矩方向与绕组电流方向无关，只需单方向绕组电流，所以控制所需的功率元件少，电路结构简单。

该系统中的功率开关元件均直接与电
机绕组相串联，避免了直通短路现象，所以保护电路可以简化，提高系统的工作可靠性。

由于转子无任何形式的绕组，机械强度极高，而在定子方面只有几个集中绕组，因此绝缘程度高，寿命长。

油田用开关磁阻电机的位置检测器用霍尔传感器代替原先所用的光电传感器，避免了电机轴承内的润滑油所产生的油雾在野外环境下受到昼夜温差大的影响，产生凝露，遇灰尘风沙后产生的污损物污染光电盘，造成电机位置检测出现故障性停机，使开关磁阻电机的故障率大为降低，有极高的运行可靠性。

6．控制系统保护功能齐全
运行过程中若发生的缺相、过流、欠压、过压等故障，开关磁阻电机调速系统可以实现自动保护。

7、开关磁阻电机驱动系统对抽油机实现闭环控制，提升抽油机效率，节省电能。

开关磁阻电机驱动系统能够随抽油机扭矩的变化工作在最佳状态。

抽油机扭矩变化越大，电流的均方根值就越高，能量损失越大；抽油机扭矩越平衡，电流均方根值就越近电流平均值，能量损失就越小，抽油机地面效率就越高。

开关磁阻电机可驱动系统根据对电机的扭矩检测信号实现对抽油机的闭环控制，使电机扭矩波动范围变小，减少了能量损失。

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抽油机的负荷是呈周期性波动的，要使抽油机电机在负荷曲线的每一点都工作最优，同时使抽游机的功率输出在每个周期里跟随负荷的变化，可以将抽油机的转矩曲线存入控制系统，就可以通过曲柄转角的检测计算出相应转矩，从而改变对电机控制，调节转速，使输出转矩与实际相符，避免“大马拉小车”问题，节省电能。

进入中后期开采的油井，往往存在抽油泵充满系数低，抽油机冲次很
难准确确定等问题，且随着动液面的不断变化充满度也在不断变化，把抽油泵的充满系数与冲次紧密结合起来形成闭环控制，一直是一个难题。

开关磁阻电机驱动系统具有记忆功能，通过长期鉴别，能跟踪油井出液量的变化，判断出充满系数的大小，给出增加冲次或者减少冲次的信号，调整抽油机的冲次，冲次可在0.5~8冲/min之间无级可调。

与此同时，设置了相应的安全监控，当有井卡、杆断或其它的故障，系统会停抽报警。

保证合理的抽油泵充满度，减少抽油泵干磨，系统的设计使抽油机工作在最佳的工作状态，延长了检泵周期，降低了抽油机的能耗，提升了抽油机的效率。

8、帮助提高油井的出液量，增加抽油设备的使用寿命。

开关磁阻电机驱动系统可实现上冲程快、下冲程慢，从而使油液充满度大，增加产液量；开关磁阻电机驱动系统可实现软起动和上快下慢的特性，减少了抽油杆的磨损和对井况的影响，延长使用寿命，减少维修次数。

9、开关磁阻电机可频繁正反转，频繁启停，可达到每小时一千次以上，可进行电机换向，不需要机械换向结构，简化了立式抽油机的结构设计。

电机换向时采用S曲线柔性控制换向不稳，对设备冲击振动小。

10、控制接口丰富，可接开关量、模拟量扩展板、PLC、触摸屏，可实现远程控制。