永磁传动技术论文范文

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永磁传动技术论文

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一、永磁同步电机应用于电梯驱动技术

永磁同步电机无齿轮传动系统采用正弦波永磁同步电动机(简称永磁同步电动机),由于其减少了变速箱以及齿轮机械结构,减小了体积。论文参考网。同时永磁同步电机较之于以往交流异步电动机,应用于电梯拖动系统时有以下几个特点:

1、永磁同步电机机械噪音小,转矩波动小,转速平稳,动态响应快速准确。同步电动机比异步电动机对电压及转矩的扰动有着更强的承受能力,能做出比较快的反应。异步电动机当负载转矩发生变化时,电机的转差率也发生变化,转速也就随之变化,这样电机的转动部分的惯量就会阻碍电机做出快速的反应;而同步电机当负载转矩发生变化时,只要电机的功角做出相应的变化,而转速维持在原来的转速,这样电机转动部分的惯量就不会影响电机的快速反应。

2、相对于传统有齿轮传动系统,以永磁同步电机为主要技术的无齿轮曳引技术实现了无机房化,降低了建筑面积,整个电梯系统的成本降低,维护方便,减少了机械传动系统,噪音降低。

3、体积小,重量轻,随着高性能永磁材料的应用,转子无需励磁,相对于异步电机减少了变速用的变速箱,所以永磁同步电机功率密度不断增加,比起同容量的异步电机,它的体积,重量都要减小许多。

4、损耗小,效率高,永磁同步电机相对于异步电机无需励磁电流,无功电流分量,显著的提高了功率因数;由于高性能永磁材料的应用,提高了磁负荷,在相同功率的情况下,在设计过程中可以相应的减少电负荷,这样随之减小定子电流和定子铜耗。转子采用表面磁钢形式,在稳定运行时无转子铜损提高了效率。

5、性能价格比高。论文参考网。随着电力电子技术的成熟,电子器件的价格的降低,人们越来越多得用变频电源来驱动永磁同步电机,这就使整个驱动系统的成本不断降低。

二、国内外电梯驱动用永磁同步电动机的发展现状

国际上对电梯驱动用永磁同步电动机的研究己经进行了多年。从上世纪90年代起,电梯行业内的有关企业就开始了对电梯驱动用永磁同步电机的探索。日本三菱公司首先在高速电梯曳引机上使用永磁电机,提高了电梯的运行性能。日本在永磁电机应用于电梯的研究也己经进行了多年,并且取得了很大的成绩,其中以日本安川为代表的一些企业己经生产出了此类产品并获得了应用。他们在控制方式、转子位置检测、驱动变频器及电机本体设计等方面己经有了很多产品且申请了相关的专利。其产品经过实际测试,得到了国内同行的高度评价。论文参考网。东芝公司外旋转无齿轮永磁同步电动机曳引机的曳引轮与电机成为一体,实现了小型化、轻量化。

三、永磁同步电动机的分类

永磁同步电机按主磁场方向的不同,可分为径向磁场式和轴向磁场式;按电枢绕组位置的不同,可分为内转子式(常规式)和外转子式;按转子上有无起动绕组,分为无起动绕组的电动机(用于变频器供电的场合,利用频率的逐步升高而起动,并随着频率的改变而调节转速,常称为调速永磁同步电动机)和有起动绕组的电动机(可在某一频率和电压下利用起动绕组所产生的异步转矩起动,常称为异步起动永磁同步电动机);按供电电流波形的不同,可分为矩形波永磁同步电动机(简称无邪}J直流电动机)和正弦波永磁同步电动机(简称永磁同步电动机)。永磁同步电机无齿轮传动系统采用的正是正弦波永磁同步电动机(简称永磁同步电动机)。

四、变频调速永磁同步电动机的设计要求

由于采用变频器对电机实行变频变压调速时,经变频器输入电机的电源是一个含有大量谐波分量的电压或电流发生源,它对电机的性能产生很大影响,主要表现在:电机振动、电磁噪声、损耗增大、起动转矩下降,温升升高等现象,而电梯的运行恰在这几方面要求比较严格,为此必须有针对性地采取措施。

(一)电动机低速平稳性的改善

电动机服务于电梯传动系统,因此对于运行的平稳性、动态响应性能和运行中的低噪声提出了较高的要求,尤其是对电机低速运行的平稳性要求更为严格,因为低速平稳性是保证电梯电机性能的重要指标。影响电动机低速平稳性的主要原因是电动机低速运行时的脉动转矩,该脉动转矩通常分为两种:一是由感应电动势或电流波形畸变而引起的纹波转矩,二是由齿槽或铁心磁阻变化而引起的齿谐波转矩。针对这两种情况,减小电动机低速脉动转矩的措施主要有以下几点:

1、使电机空载磁场气隙磁通密度的空间分布尽量接近于正弦形,以减少由谐波磁场引起的谐波转矩以及由谐波转矩引起的电磁振动。

2、合理选择定子槽数,使在该槽数下采用绕组短距、分布的方法来有效地削弱高次谐波电动势。

3、当转子有槽时,应该选择与定子槽数相配合的转子槽数。

4、增大电机的气隙长度,以减小气隙磁场齿谐波及相应的齿谐波转矩。

5、采用定子斜槽或转子斜极削弱齿谐波电动势,从而减少相应的齿谐波转矩。

6、减小定子槽的开口宽度或采用磁性槽楔,以降低由定子槽开口引起的气隙磁导的变化,从而减小了气隙磁场齿谐波。

7、采用阻尼绕组,以减小电枢反应磁链的脉动,可以有效地减少纹波转矩。

8、增大交轴同步电抗,使凸极永磁同步电动机的交轴同步电抗与直轴同步电抗的差距增大,从而增加电机的磁阻转矩,以增强电机低速运行时的输出能力。

(二)电动机低速平稳定位转矩的抑制

高精度的调速传动系统通常要求系统具有较高的定位精度。影响永磁同步电动机停转时定位精度的主要原因是电机的定位转矩,即电机不通电时所呈现出的磁阻转矩,该转矩使电机转子定位于某一位置。定位转矩主要是由转子中的永磁体与定子开槽的相互影响而产生的。

(三)提高弱磁扩速的能力

永磁同步电动机的励磁磁场由永磁体产生,不像电励磁同步电动机那样可以调节,这样在控制手段上就只能通过增大电机的直轴去磁电流以达到弱磁扩速的目的。

针对这一情况,对永磁同步电动机本身提出的要求是:

1、增大直轴同步电抗,以增强电机直轴电流的去磁能力。

2、选用抗去磁能力强的永磁体,并在电机结构上对永磁体加强保护,以避免永磁体发生不可逆性去磁。

3、充分利用电机的磁阻转矩,使永磁磁链设计得较低,从而增强电机的弱磁扩速能力。

4、保证电机转子具有适合高速运行的足够的机械强度。

五、结论

永磁同步电动机和异步电动机不同,永磁体提供的磁通量和磁动势随着磁路的饱和程度、材料尺寸、电机的运行状态变化而变化,而且由于转子磁路结构形式多种多样,不同的转子磁路结构,其空载漏磁系数各不相同,对电机的性能有着重要影响。据有关人士预计,在2010年新增的电梯90%以上是由低速、大转矩的永磁同步电动机直接驱动的无齿轮曳引电梯,永磁同步电动机在无齿轮曳引电梯中的应用将有很好的发展前景。

参考文献:

[1]廖富全.基于DSP的永磁同步电机交流伺服控制系统[J]兵工自动化,2005,(03).

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1.引言

近年来,随着电力电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展,永磁同步电动机得以迅速的推广应用。永磁同步电动机具有体积小,损耗低,效率高等优点,在节约能源和环境保护日益受到重视的今天,对其研究就显得非常必要。因此。这里对永磁同步电机的控制策略进行综述,并介绍了永磁同步电动机控制系统的各种控制策略发展方向。

2.永磁同步电机的数学模型

永磁同步电机(PMSM)的永磁体和绕组,绕组和绕组之间的相互影响,电磁之间的关系十分复杂,由于磁路饱和等非线性因素,建立精确的数学模型是很困难的。为了简化PMSM的数学模型,我们通常作如下的假设:

(1)磁路不饱和,电机电感不受电流变化影响,不计涡流和磁滞损耗;

(2)忽略齿槽、换相过程和电枢反应的影响;

(3)三相绕组对称,永久磁钢的磁场沿气隙周围正弦分布;

(4)电枢绕组在定子内表面均匀连续分布;

(5)驱动二极管和续流二极管为理想元件;

(6)转子磁链在气隙中呈正弦分布。

对于永磁同步电机来说,即用固定转子的参考坐标来描述和分析其稳态和动态性能是十分方便的。此时,取永磁体基波励磁磁场轴线即永磁体磁极的轴线为d轴,而q轴逆时针方向朝前90o电角度。d轴与参考轴A之间夹角为。图1为永磁同步电机(PMSM)矢量图。

图1 PMSM空间向量图

Fig.1 Space vector diagram of PMSM

根据图1所示向量图进行坐标变换,满足功率不变原则,得到在旋转坐标系下PMSM的数学模型方程如下

(1)电压方程

由三相静止轴系ABC到同步旋转轴系dq的变换得:

(1)

,Rs为定子相电阻,其中:

(2)磁链方程

(2)

式中为转子(永磁体)在dq轴的磁链,,ud、uq,id、iq和、分别为dq轴的电流、电压和磁链。、为dq轴的电感。

(3)转矩方程

电磁转矩的表达式为:

(3)

pn为极对数,定子磁链空间矢量,is为定子电流空间矢量。

3.恒压频比开环控制(VVVF)

恒压频比开环控制(VVVF)是为了得到理想的永磁同步电机转矩-速度特性,基于在改变电源频率进行调速的同时,又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的。 按照这种控制策略进行控制,使供电电压的基波幅值随着速度指令成比例的线性增长,从而保持定子磁通的近似恒定。VVVF控制策略简单,易于实现,转速通过电源频率进行控制。但同时,由于系统中不引入速度、位置等反馈信号,因此无法实时捕捉电机状态,致使无法精确控制电磁转矩:在突加负载或者速度指令时,容易发生失步现象;也没有快速的动态响应特性。因此,恒压频比开环控制电机磁通而没有控制电机的转矩,控制性能差。通常只用于对调速性能要求一般的通用变频器上。

4.矢量控制(VC)

七十年代中期,德国学者提出“交流电机磁场定向的控制原理”,即用矢量变换的方法研究交流电机的动态控制规律。矢量控制理论采用矢量分析的方法来分析交流电机内部的电磁过程,是建立在交流电机的动态数学模型基础上的控制方法。它模仿对直流电机的控制技术,将交流电机的定子电流解祸成互相独立的产生磁链的分量和产生转矩的分量。分别控制这两个分量就可以实现对交流电机的磁链控制和转矩控制的完全解祸,从而达到理想的动态性能。使交流传动的动、静态特性有了显著的改善,开创了交流传动的新纪元。矢量控制是目前高性能交流电机调速系统所采用的主要控制方法,具有很好的动态性能。然而这种控制技术本身还是存在一些缺陷的,受电机参数影响较大,由于电机参数在不同运行情况与环境的多变性,所以系统鲁棒性不强;矢量控制的根本是实现类似直流电机的控制,因此需要进行复杂的解耦运算,增加了信号处理工作负荷,要求更高的硬件处理器配合;

5.直接转矩控制(DTC)

1985年德国学者M.DepenBrock教授首次提出了磁链采用六边形控制方案的直接转矩控制理论。该方法只是在定子坐标系下分析交流电机的数学模型,强调对电机的转矩进行直接控制,省掉了矢量旋转变换等复杂的变换和计算。其磁场定向所用的是定子磁链,只要知道定子电阻就可以把它观测出来。因此,DTC大大减少了矢量控制技术中控制性能易受参数变化影响的问题,很大程度上克服了矢量控制的缺点。

转差角频率越大,转矩越大。转差角频率增加,转矩也增加。说明异步电机的转矩和转矩增长率都可以通过控制定子磁场对转子的角频率来控制。也就是说,异步电机DTC是建立在电机转差角频率控制的理论基础上的。而同步电机并不存在这种转差角频率,正是由于这个原因,DTC策略在同步电机上没有能够快速地得到应用。直到1996年英国的French.C和Acarnley .P发表了关于PMSM的DTC的论文,1997年由澳大利亚的Zhong L, Rahman.M.T教授和南航的胡育文教授等合作提出了基于PMSM的DTC方案,初步解决了DTC控制策略在PMSM上应用的理论基础。有了这个理论基础,PMSM的DTC控制也成了众多学者研究的一个热点。

就目前而言,永磁同步电机控制的直接转矩控制摒弃了矢量控制解耦的思想,将转子磁通定向更换为定子磁通定向,通过控制定子磁链的幅值以及磁通角,达到控制转矩的目的,具有控制手段直接、结构简单高效、控制性能优良、动态响应迅速的特点。直接转矩控制在克服了矢量控制弊端的同时,这种粗犷式控制方式也暴露出固有的缺陷。首先控制器采用Bang-Bang控制,实际转矩必然在上下限内脉动;再者调速范围受限。在低速时,转矩脉动会增加,而且定子磁链观测值会不准。另外,电机参数的时变对直接转矩控制也有影响。

6.结论

本文所阐述的永磁同步电机的控制方式是最基本的三种控制方式。通过文中的阐述,可以看出每种控制方式都有其利弊,可以根据设备的应用环境工况来选择设备的控制方法。

同时随着控制理论的不断发展,学者们采用智能控制策略,如最优控制、遗传算法、模糊控制等方法,用来克服每种控制方式的弊端,使得永磁同步电机的应该更加广泛,充分发挥其体积小,损耗低,效率高等优点。

参考文献

[1]王成元,周美文,郭庆鼎.矢量控制交流伺服驱动电动机[M].北京:机械工业出版社,1994.

[2]李华德,杨立永,李世平.直接转矩控制技术的新发展[J].工业大学,2001.

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0 引言

微型纯电动汽车具有无污染、低噪声、小体积、低速度和易驾驶等优点,是解决能源危机和环境污染的重要途径,已成为当今研究的热点[1]。它能够穿梭于城市的各种道路,最高时速一般为 50km/h,因此微型纯电动汽车作为代步或教学工具是相当合适的,不仅适合上班族的快速交通需要,也能为普通人短距离慢速交通提供方便。它的总体开发主要有两种方式,即改装和全新设计,但由于技术上的制约,我国对微型电动汽车的研究绝大多数建立在改装车的基础上,并且对电动汽车改装方面的研究还不够深入,有些文献只是从理论上分析,没有路面试验,因此,本文在介绍电动汽车改装理论的基础上,进行了将大众桑塔纳轿车改装为纯电动轿车的工作,并对改装车进行了路面性能试验。

1 微型电动汽车的发展现状

微型纯电动汽车已成为国外市场、商业化的轻型纯电动汽车新品种。在日本,微型电动汽车享有不用年检、不用车位证,还有停车优惠的政策,并且日本有一些企业和社区内还设置了微型纯电动车的停放站,一般会停放着二三十辆微型纯电动汽车,使用者打卡就能够开走车,用完汽车后放回停放站车子就可以充电,因此拥有不错的市场。在美国,微型纯电动汽车电机额定功率一般为3-7.5kw,最高速度为60km/h,续驶里程为50-80km,只能用作城市内街道和社区交通、高尔夫球场和特殊场合,不能上高速公路[2];在欧洲,纯电动汽车经过十几年的发展,已经在欧洲各国尤其是在政府部门当中拥有大量的用户。但商业化进程缓慢,原因是没有成功地解决续驶里程问题,而且各大汽车厂商发展电动汽车的热情明显不如日本和美国,其注意力更多地转向了其它新能源车的开发和发展。

我国电动汽车的研发也有一定的历史,基本与国外处于同一起跑线。“十五”期间,国家设立“电动汽车重大科技专项”,目的就是通过组织企业、高等院校和科研院所等方面力量进行联合攻关从而维护我国能源安全、改善大气环境、提高汽车工业竞争力。中国加人WTO后,国内企业将面对开放市场和经济全球化的压力和冲击,中国汽车工业更是面临严峻挑战,要在电动汽车产品上与国外开展竞争,就必须通过技术创新和组织管理创新,以高新技术带动传统汽车工业,在新一代汽车技术上取得突破, 实现我国工业的跨越式发展[6,7,8]。目前,我国的部分高校、汽车研究所以及生产企业正在联合开发充电电池和纯电动汽车,已取得了一些成果。根据国情,我国企业还开发了各种形式的微型纯电动汽车,如“Micro 哈里”,它是由清华大学与清能华通共同研发,采用了自主研发的新型四轮智能驱动技术和高性能锂离子动力蓄电池,百公里能耗低,续驶里程大于120km,最高车速 65km/h。2010年7月,清华大学、常州市政府及润物控股有限公司签订协议,在常州共建微型纯电动汽车试运行示范基地,以推动微型纯电动汽车的产业化发展。

2 改装电动车的总体方案

设计中将原有大众桑塔纳汽车的发动机系统、传动系统、电器及控制系统、仪表板及相关附属件拆除,保留变速箱、行走、转向和制动系统。为减轻车重,将车壳去掉,改敞蓬。电动汽车总体布置如图1所示。

图1 电动汽车总体布置图

图1 为微型纯电动汽车的总体布置图,从图中可以看出,微型纯电动汽车的动力系统主要由电气系统和机械传动系统两部分组成,其中电气系统主要由蓄电池组、电动机及其控制器组成;机械传动系统主要是由变速传动装置以及驱动车轮构成。动力系统的控制器可以根据制动踏板和加速踏板输入的信号,发出相应的控制指令来控制功率转换器。功率转换器的功能是调节电动机和电源之间的功率流,控制功率电路的功率输出,实时控制驱动电机的转速和转矩,然后电机输出的动力再通过变速器传动装置,驱动车轮按驾驶员要求行驶[3],因此选电动机及控制系统是设计的关键。

3 微型电动汽车动力系统的设计

3.1 电动汽车电动机的选择

本次设计选用了三种类型的电动机,即有刷直流电动机、开关磁阻电动机和永磁无刷直流电动机。

(1)有刷直流电动机。其优点是控制简单、技术成熟,但其过载能力与转速提升能力不足。如长时间运行,要经常维护,更换电刷和换向器,而且转子散热条件差,限制了电机转矩质量比的进一步提高。由于上述缺陷,在新研制的电动汽车上已不采用。

(2)开关磁阻电动机。其结构上省去了转子上的滑环、绕组和永磁体等,是一种新型电动机。具有维修容易,可靠性好,易冷却,调速范围宽,控制灵活等特点,而且效率比交流感应电动机高,但由于其具有较高的非线性特性,驱动系统复杂,输出转矩波动大,功率变换器的直流电流波动也大,因此需要在直流母线上需装一很大的滤波电容,不符合本文汽车改装方案的设计要求。

(3)永磁无刷直流电动机。由于利用了电子换相器取代了传统的机械电刷和机械换相器,因此结构简单、无机械磨损、运行可靠。同时还具有调速精度高、高效率、高启动转矩等优点[4],是一种高性能的电动机,而且永磁无刷直流电动机无换向火花和无线电干扰,寿命长,运行可靠,维修简便,具有更高的能量密度和效率,在电动汽车中有很好的应用前景。

经过上述三种电动机优缺点的比较以及性能的分析,采用永磁无刷直流电动机作为本次电动汽车改装的动力机较合适。

3.2 电动汽车用电动机的参数选择

(1)电动机的额定功率

由于改装用于研究或代步工具使用,设计时速为最高40公里/小时,电机的额定功率,公式为:

根据上述设计计算的电动机的额定功率和额定转速,选择额定电压96伏,额定功率5kW,额定转速为3000r/min的永磁直流无刷电动机较为合适。

3.3 对电池的选择

本次设计选用铅酸电池,其可靠性高、原料易得、价格便宜,是电动汽车储能动力源中较为成熟的一种,而且它的比功率基本上能满足电动汽车加速和爬坡要求。电池容量的选择主要考虑最大输出功率和输出能量,其中电池单节容量为150A・h,电压为12V,尺寸为300×170 ×210mm,电池数目为8节,以保证电动汽车的动力性和续驶里程。

4 结论与展望

我们对改装后的微型纯电动汽车进行了路面行驶试验,其最大行驶里程45km,最大爬坡度15%,最大速度大于25km/h,可作日常代步或教学工具。本次改装试验说明利用普通汽油车改微型纯电动汽车方案可行,稍加改进就可应用于人们的日常需求,实现日常代步,同时也减少了废气污染,减轻了能源危机。

但本文的方案设计还有许多需要改进的地方,如动力系统系统,它是微型纯电动汽车的关键系统,关乎微型纯电动汽车整车的动力性能,详细叙述如下:

(1)本文只对动力系统的主要部件电动机、蓄电池和改装车整体结构选型进行了设计分析,没有涉及到动力系统的具体部件及电路方面的设计分析,对动力系统的具体部件和电路加以设计分析是后续研究工作的重点。

(2)在微型电动汽车改装过程中,由于受原车结构及蓄电池性能的影响,电动汽车的整车动力性能仍存在缺陷,以后的工作中应继续对整车结构和蓄电池的布置进行优化,提高整车的动力性能。

(3)本文对微型纯电动汽车动力系统只是进行了初步布置设计,对动力系统在整车上进行详细的布置设计,并建模型分析动力系统布置对车架受力的影响,以及对整车舒适性的影响将是下一步应该进行的工作。

【参考文献】

[1]孙逢春,张承宁,祝嘉光.电动汽车[M].北京:北京理工大学出版社,1997.

[2]郭自强.轻型电动车发展动向[C]//上海:第五次全国轻型电动车会议论文,2005.

[3]万沛霖.电动汽车的关键技术[M].北京:北京理工大学出版社,1998.

[4]王勇.永磁无刷直流电动机的应用和发展[J].上海:科技资讯,2008,28:127.

[5]刘刚,刘传涛.皮卡车改装电动汽车动力系统的匹配设计[J].中国高新技术企业.2010,31:19-20.

篇4

抽油机节能技术在油田推广应用。一是在管理方面,推广应用抽油机井系统优化软件与单井自动化监控系统,从源头把关,保证系统效率。二是在硬件方面,主要包括抽油机、电动机、控制柜节能技术应用;应用节能电机,如:高滑差电机、永磁交流电机、多绕组电机、双转子电机等节能技术;空抽控制柜、变频控制器和无功补偿箱等控制装置。三是从全年费用“盘子”中,分离出专项费用,实现“专款专用”。选择遵守以下基本原则:

优先原则:根据区块实际特点,在保证油井最佳产能的前提下,优化参数设计、精确调整运行参数。

适用原则:通过现场适应性、实用性试验,优选匹配最佳、节能效果最好的节能产品推广应用,避免盲目引进。

主次原则:以节能电机为主,以节能控制箱为辅的原则,同时兼顾旧机型抽油机和普通旧电机的节能技术改造,充分合理发挥节能设备优势,从而达到在较少资金取得较好的节能效果。

规模原则:节能拖动装置在一定范围内可降低电功消耗。

2.论证节能技术与试用验证

2.1节能技术论证

一般用节能抽油机、控制箱等节能设备较多。筛选永磁电机、空抽控制器、低压无功计量补偿装置等节能设备,并分段实施。

交流永磁电机 采用稀土永久磁铁代替励磁绕组激磁,没有转差损耗,定子电流减小,功率因数高,电机在负载变化和电网电压波动时,不存在速度波动,没有机械传动过程损耗。

直流无刷永磁电动机 是一种典型的机电一体化结构。电动机定子绕组多做成三相对称星形接法,同三相异步电动机十分相似。转子上粘有已充磁的永磁体,为检测转子极性,在电动机内装有位置传感器(霍尔元件)。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成,其功能:接受电动机的启动、停止、制动信号,以控制电动机的启动、停止和制动;接受位置传感器信号和正反转信号,用来控制逆变桥各功率管的通断,产生连续转矩;接受速度指令和速度反馈信号,用来控制和调整转速;提供保护和显示等。

空抽控制器 是美国汉诺威专利技术,通过高分辨率传感器检测抽油机电机动力线电流、电压及相位角,计算出电机运转实时有功功率、无功功率,并根据抽油机上行、下行电流变化与抽油机加载、卸载过程的关系准确描述出抽油机加载及卸载过程的电流运行轨迹及加、卸载过程的时间变化,将采集到的数据存储在主控制器的存储区中,并对预置在芯片里的具有广域代表性的数学模型进行个性化修正,找出真实反映每台抽油机实际运行情况的电流、功率及负荷的变化规律,达到对抽油机智能化、科学化管理。通过科学控制间机抽井的启、停状态,防止油井空抽,达到节省能耗、降低磨损的目的。

抽油机变频控制器 是一种输出频率可调的电力拖动设备,从电机转速公式:N=60f/p×(1-S)得出,电机转速与频率成正比,电机在保持磁通量不变,在电压与频率之比为恒定值状态,功率与电压成正比,功率与频率也成正比,下调频率能降低电机输出功率,达到节能的目的。

双转子柔性电动机 由两台同轴不同功率的异步电动机组成,互为主辅电机,不同负荷下分别对应着主电机、辅电机、主辅电机同时运行三种状态。自动控制装置可根据抽油机负载情况,控制运行状态的转换,使其运行在最佳状态。

抽油机机井整体工艺参数优化 在保证产液量的情况下,抽油机井整体工艺参数优化技术采用损失功率最低或机械采油成本最低为原则的设计方法,合理优化抽油机井杆柱、管柱、泵型、电机、调整冲程、冲次等抽汲参数,使抽汲系统达到最优,能对对检泵作业井的参数设计和新投产井机、杆、泵选择及能耗进行预测和分析。

2.2试用验证

2006年开始,组织各采油厂对永磁交流电机、摩擦换向式抽油机、智能变速多功率超高转差电机、直流无刷永磁电机、空抽控制器等技术产品,选择不同的油田、油井进行试装;并对节电情况进行节能测试,作如下对比。

节能率测试结果对比

③.截止2009年底,在油田随检泵作业应用抽油机整体工艺参数优化技术600多口井次,实施优化后,泵径增大130口井,泵径减小52口井,冲次降低250多口井,冲次增大10口井,调大冲程16口井,应用小功率永磁电机178口井。

④.双转子柔性电动机:2007年现场试验4口井,平均有功功率降低0.91kW,无功功率降低13.7kVar,运行电流降低20.54A,平均单井日节电38.84kwh,节电率达20%。

⑤.加装抽油机空抽控制器、变频器;摩擦换向式抽油机等技术改造后,节能效果也比较明显效。

4.认识、体会与努力方向

机械采油是一个系统工程,应将采油工艺、油藏条件、地面设备、地面条件等有机结合起来,结合抽油机、油井效用年限,综合考虑,才能取得最佳的经济效益。

节能抽油机电机或节能控制装置是可以降低电能消耗,降耗低碳是进一步提高抽油井效率的主要手段之一,但要增加技术与管理环节,系统可靠性要降低,维护管理成本会相应地增加,只有加大应用规模,取得规模效应,才能实现好的经济和社会效益。

节能型抽油机是发展方向,能与油井负荷相匹配,并有完善的保护功能;有数据采集和存储功能;联网和通信功能以及遥控遥测功能;并能适应油田的野外环境要求,操作简单,智能化程度高。

自动化控制是攻关方向。应用微型计算处理机和自动适应电子控制器进行控制、监测,具有抽油(液)效率高、节电、功能多、安全可靠、自动化程度高、经济性好、适应性强等特点、功能。

参考文献:

[1]于海迎.抽油机节能技术及其发展趋势.石油和化工节能.2007. 2;

[2]徐甫荣,赵锡生. 抽油机节能电控装置综述. 电气传动自动化.2004.06;

[3]赵来军,倪振文,职黎光,刘刚,黎若鹏. 抽油机变频控制技术.采钻工艺;

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