【正文】 長江大學(xué)機械工程學(xué)院 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 長江大學(xué)機械工程學(xué)院 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 長江大學(xué)機械工程學(xué)院 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。 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。 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。 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 長江大學(xué)機械工程學(xué)院 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 長江大學(xué)機械工程學(xué)院 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 長江大學(xué)機械工程學(xué)院 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 長江大學(xué)機械工程學(xué)院 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 ， 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 長江大學(xué)機械工程學(xué)院 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 長江大學(xué)機械工程學(xué)院 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 長江大學(xué)機械工程學(xué)院 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 長江大學(xué)機械工程學(xué)院 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 長江大學(xué)機械工程學(xué)院 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) 。 可兼作電動機的軟啟動器 ,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準而被限制使用 。 小結(jié)：可控硅軟起動 、 調(diào)壓節(jié)能 ,節(jié)省的只是電動機