【正文】 大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)的優(yōu)點(diǎn) a) 超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)在抽油機(jī)一個(gè)沖次內(nèi)的速度變化較大 ,充分利用系統(tǒng)的動(dòng)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。 四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)裝置的應(yīng)用 長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 b) 超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)的軟特性改變了光桿運(yùn)行速度的規(guī)律 ,使光桿在重載荷期間基本上呈勻速運(yùn)行狀態(tài) ,此時(shí)加速度趨于 0,如圖 2。 四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)裝置的應(yīng)用 長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 ? c) 若油井液量增加 ,使用超高轉(zhuǎn)差率電機(jī) ,在相同工況下 ,抽油機(jī)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%。 ? e) 由于抽油機(jī)的輕載荷運(yùn)行時(shí)間遠(yuǎn)多于重載荷運(yùn)行時(shí)間 ,超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)的高效區(qū)設(shè)計(jì)在輕載荷區(qū)。 四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)裝置的應(yīng)用 長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 ? f) 使用普通電機(jī) ,抽油機(jī)在接近上下死點(diǎn)時(shí) ,拖動(dòng)電機(jī)超過(guò)同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行而進(jìn)入發(fā)電狀態(tài) ,變電能反饋給電網(wǎng) ,增加了系統(tǒng)損耗。 ? g) 由于超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)匹配合理 ,功率因數(shù)可提高 50%~80%,無(wú)功功率降低 60%以上。 ? h) 在 CJT節(jié)能拖動(dòng)裝置的基礎(chǔ)上開發(fā)出的 CDJT變極變速拖動(dòng)裝置 ,還具有多級(jí)變速的功能。 四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)裝置的應(yīng)用 長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)裝置的應(yīng)用 長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 電機(jī)機(jī)械特性的軟 、 硬就是指轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩變化的大小 。 普通電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性較硬 ,在一定負(fù)載下 ,轉(zhuǎn)速 n(或角速度 ω )較大 。 四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)裝置的應(yīng)用 長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 由圖 5可知 :普通電動(dòng)機(jī)的 η 、cosψ 曲線陡峭 。普通電動(dòng)機(jī)在額定輸出功率點(diǎn) η 、 cosψ 較高 ,運(yùn)行最經(jīng)濟(jì)。 四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)裝置的應(yīng)用 長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 由上述可知 ,抽油機(jī)固有的設(shè)計(jì)及運(yùn)行特點(diǎn)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)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 。 對(duì)普通電動(dòng)機(jī)而言 , 其效率和功率因數(shù)特低 。 因此 ,就節(jié)能而言 ,抽油機(jī)匹配超高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)是合理的 。 四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)裝置的應(yīng)用 HP長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 作為調(diào)參 （ 調(diào)沖 ） 措施的應(yīng)用 油田在采油過(guò)程中 ,從工藝或某些特定條件的需要出發(fā) ,要調(diào)整沖次。整個(gè)過(guò)程需停機(jī)進(jìn)行 ,執(zhí)行該任務(wù)費(fèi)事、費(fèi)時(shí) ,勞動(dòng)強(qiáng)度大。 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(dòng)機(jī)及拖動(dòng)裝置的應(yīng)用 長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 當(dāng)油井的地下滲透能力小于抽油機(jī)的泵排量時(shí) (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(shí)行間抽 。 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(huì)造成井口結(jié)蠟 、 結(jié)鹽或結(jié)油的后果 ,使油井無(wú)法再開啟 。 變頻調(diào)速電機(jī)已用于長(zhǎng)慶 、 勝利及新疆等油田 五、變頻調(diào)速電機(jī)的節(jié)能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 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(jī)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn) 。 抽油機(jī)改用變頻器拖動(dòng)以后有以下幾個(gè)好處 :① 可根據(jù)油井的實(shí)際供液能力 ,動(dòng)態(tài)調(diào)整抽取速度 ,一方面達(dá)到節(jié)能目的 ,同時(shí)還可以增加原油產(chǎn)量 。③ 大大提高了功率因數(shù) (可由原來(lái)的 提高到 ),從而大大減少了供電電流 ,減輕了電網(wǎng)及變壓器的負(fù)擔(dān) ,降低了線損 ,挖掘出了大量的 “ 擴(kuò)容 ” 潛力 。 五、變頻調(diào)速電機(jī)的節(jié)能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 抽油機(jī)利用變頻器調(diào)速，使之動(dòng)態(tài)適應(yīng)油井負(fù)荷的變化，達(dá)到節(jié)電的目的，必須要加外部傳感器，否則無(wú)法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)智能控制，只能實(shí)現(xiàn)人工定值控制。流量檢測(cè)是最直觀、最準(zhǔn)確的方法，如果能實(shí)現(xiàn)小流量檢測(cè)并解決防堵問(wèn)題，應(yīng)盡量采用流量傳感器。光桿的平均載荷大，說(shuō)明井下液量少，應(yīng)減速運(yùn)行，反之則可加速運(yùn)行。 五、變頻調(diào)速電機(jī)的節(jié)能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 再生能量的處理問(wèn)題 由于抽油機(jī)屬位能性負(fù)載，尤其當(dāng)配重不平衡時(shí)，在抽油機(jī)工作的一個(gè)沖程中，會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)處于再生制動(dòng)工作狀態(tài)（發(fā)電狀態(tài)），電動(dòng)機(jī)由于位能或慣性，其轉(zhuǎn)速會(huì)超過(guò)同步速，再生能量通過(guò)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。直流母線電壓過(guò)高時(shí)將會(huì)對(duì)濾波電容器和功率開關(guān)器件構(gòu)成威脅，為了保護(hù)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(hù)停機(jī)功能。同時(shí)，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(dòng)機(jī)的額定功率來(lái)選配的，過(guò)大的沖擊電流會(huì)引起變頻器的過(guò)載保護(hù)，不能正常工作。這樣，選用與電機(jī)額定功率同容量的變頻器，甚至略小于電機(jī)額定功率的變頻器（要視抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率而定）都可以長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。 五、變頻調(diào)速電機(jī)的節(jié)能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 這里主要講電磁干擾（ EMI）問(wèn)題，即變頻器對(duì)微電腦控制器，傳感（變送）器及通信設(shè)備的干擾問(wèn)題。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(guò)連接導(dǎo)線傳導(dǎo)的干擾。因?yàn)槭莻鲗?dǎo)性干擾，采用屏蔽線是不解決問(wèn)題的，要從信號(hào)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(wèn)題。 配以流量 、 載荷等傳感器 ,可實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)的控制 。 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 。 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展 ,其價(jià)格將進(jìn)一步降低 ,性能將進(jìn)一步提高 。其中 AC伺服電機(jī)又可分為 AC同步伺服電機(jī)和 AC異步伺服電機(jī)。 2023年在大慶齊家北油田首次進(jìn)行了伺服電機(jī)嘗試，取得成功。 中原油田、勝利油田也有應(yīng)用。 通常電動(dòng)機(jī)無(wú)須更換 ,僅須在現(xiàn)有的抽油機(jī)的電動(dòng)機(jī)后部加裝一只增量式光電編碼器即可繼續(xù)投入使用 。 (2)能夠?qū)﹄妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 、 轉(zhuǎn)矩和位置信息實(shí)行精確的記錄 、 傳輸和運(yùn)算 ,并可根據(jù)抽油機(jī)載荷的瞬時(shí)變化隨時(shí)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ,即驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)僅在抽油機(jī)需要外部提供動(dòng)力時(shí)工作 。 （ 3)采用了智能化的高可靠性功率器件 ,具有過(guò)流 、 過(guò)壓 、 短路 、欠相 、 溫升 、 故障自檢保護(hù)和故障報(bào)警等功能 。 (5)可以提供兩種驅(qū)動(dòng)方式 :采用交流伺服控制器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和采用電網(wǎng)工頻電源直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 。 (6)任何負(fù)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(jī)專用電動(dòng)機(jī)減少有功電量 35%～ 65%,無(wú)功電量 88%～ 95%。 (8)抽油機(jī)無(wú)須調(diào)平衡 ,減少了油井維護(hù)作業(yè)工作量 。 六、交流伺服系統(tǒng)電機(jī)的節(jié)能特點(diǎn)及應(yīng)用 長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 抽油機(jī)工作載荷分析 抽油機(jī)的工作載荷看似很簡(jiǎn)單 ,即電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)抽油機(jī)的光桿往復(fù)上下運(yùn)動(dòng) ,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(dòng)機(jī)工作時(shí)的負(fù)載波動(dòng)盡可能小 。 鑒于油井是野外作業(yè) ,井位分散 ,頻繁的調(diào)整抽油機(jī)平衡重是不可能的 ,故其電動(dòng)機(jī)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 。 例如 ,伺服系統(tǒng)一旦檢測(cè)到電動(dòng)機(jī)進(jìn)入 “ 發(fā)電 ” 狀態(tài) ,伺服系統(tǒng)立刻 “ 釋放 ” 電動(dòng)機(jī) ,使抽油機(jī)的勢(shì)能幾乎毫無(wú)損失的轉(zhuǎn)化為平衡重的動(dòng)能 ,而不是消耗于制動(dòng)或轉(zhuǎn)化為電能 。 六、交流伺服系統(tǒng)電機(jī)的節(jié)能特點(diǎn)及應(yīng)用 長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 運(yùn)動(dòng)控制程序功能 這種控制策略避免了再生制動(dòng)時(shí)電能的消耗或向電網(wǎng)回饋帶來(lái)的種種問(wèn)題 ,也避免了隨之而來(lái)的銅損和鐵損等損耗 ,無(wú)論伺服系統(tǒng)處于 “ 工作 ” 或是 “ 休息 ” 狀態(tài) ,電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)始終保持很高 (大于 ),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 。對(duì)稠油井還可以防止驢頭與光桿 “ 打架 ” 。 （ 3)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可根據(jù)井底供油情況進(jìn)行抽空控制 ,選擇間歇抽油或自動(dòng)調(diào)節(jié)抽汲參數(shù) 。 六、交流伺服系統(tǒng)電機(jī)的節(jié)能特點(diǎn)及應(yīng)用 長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 節(jié)能原理淺析 永磁同步電動(dòng)機(jī)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。 稀土永磁同步電機(jī)與異步電機(jī)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(lì)磁由原來(lái)依靠定子邊勵(lì)磁變?yōu)橛赊D(zhuǎn)子邊