适用于抽油机的永磁同步电动机的研发探析
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应用抽油机用永磁半直驱同步拖动装置效果分析抽油机是石油工业中常用的设备,主要用于提取地下油藏中的石油。
在传统的抽油机中,使用的是交流电动机作为驱动装置。
然而,传统的交流电动机存在效率低、噪音大、维护成本高等问题。
因此,近年来,永磁半直驱同步拖动装置作为一种新兴的驱动设备被广泛应用于抽油机中。
永磁半直驱同步拖动装置是由永磁同步电机、逆变器和控制系统组成的。
相对于传统的交流电动机,永磁半直驱同步电机具有结构紧凑、功率密度高、转矩密度大等优点。
下面将从效率、噪音、维护成本等方面对永磁半直驱同步电机进行效果分析。
首先,永磁半直驱同步拖动装置具有较高的效率。
由于其结构紧凑、电磁功率损耗小,使得整个系统的效率得到提高。
相比传统的交流电动机,永磁半直驱同步拖动装置可以提供更高的输出功率,在同样的工况下输出更大的扭矩,因此可以更加高效地提取石油。
其次,永磁半直驱同步拖动装置具有较低的噪音水平。
由于传统的交流电动机在运行时会产生较大的震动和噪音,而永磁半直驱同步拖动装置由于结构紧凑、没有传统电机中的旋转部件,使得该装置运行时噪音较低,减少了对周围环境和工作人员的噪音污染。
再次,永磁半直驱同步拖动装置具有较低的维护成本。
传统的交流电动机由于存在旋转部件,需要进行定期的检修和维护,增加了维护成本。
而永磁半直驱同步拖动装置由于结构简单,没有旋转部件,因此维护成本较低,可以节省维护成本。
除了以上几点,应用永磁半直驱同步拖动装置还有以下几个优点:首先,永磁半直驱同步拖动装置具有较宽的转速范围。
相比传统的交流电动机,永磁半直驱同步拖动装置可实现更广泛的速度范围,适应不同工况下的需求。
其次,永磁半直驱同步拖动装置具有更高的精度和控制性能。
由于永磁半直驱同步拖动装置采用了先进的控制技术,可以更加精确地调控工作状态,提供更大的灵活性和可靠性。
再次,永磁半直驱同步拖动装置具有较长的使用寿命。
由于永磁半直驱同步拖动装置具有结构简单、运行平稳等特点,使得其使用寿命相对较长,可以减少设备更换的频率和维护成本。
永磁电机的介绍、分析与应用一、永磁电机的发展及应用永磁电机是由永磁体建立励磁磁场,从而实现机电能量转换的装置,它与电励磁同步电机一样以同步速旋转,亦称永磁同步电机。
永磁同步电机,特别是稀土永磁同步电机与电励磁同步电机相比,具有结构紧凑、体积小、重量轻等特点,且永磁电机的尺寸和结构形式灵活多样,可以拓扑出很多种结构形式。
由于永磁电机取消了电励磁系统,从而提高了电机效率,使得电机结构简化,运行可靠。
永磁电机的发展是与永磁材料的发展密切相关的。
早在1821年法拉第发明世界上第一台电机模型,他就利用了天然永磁磁铁建立磁场,给放在磁场中的导线通以直流电,导线能够绕着永磁磁铁不停旋转,这可以说是永磁电机的雏形。
1831年法拉第在发现电磁感应现象之后不久,利用电磁感应原理发明了世界上第一台真正意义上的电机—法拉第圆盘发电机,其结构是将紫铜圆盘放置在蹄形永磁体的磁场中,圆盘的边缘和圆心处各与一个电刷紧贴,用导线把电刷和电流表连接起来,当转动圆盘中心处固定的摇柄时,电流表的指针偏向一边,电路中产生了持续的电流。
同年夏天,亨利对法拉第的电机模型进行了改进,制成了一个简单的永磁振荡电动机模型。
1832年斯特金发明了换向器,并对亨利的振荡电动机进行了改进,制作了世界上第一台能产生连续运动的旋转电动机。
同年,法国人皮克希发明了一台永磁交流发电机。
以上电机均是采用永久磁铁建立磁场的,由于当时永久磁铁是用磁性能很低的天然磁铁矿石做成的,造成电机体积庞大、性能较差。
1845年英国的惠斯通用电磁铁代替永久磁铁,并于1857年发明了自励电励磁发电机,开创了电励磁方式的新纪元。
由于电励磁方式能在电机中产生足够强的磁场,使电机体积小、重量轻、性能优良,在随后的70多年内,电励磁电机理论和技术得到了迅猛发展,而永磁励磁方式在电机中的应用则较少。
20世纪中期,随着铝镍钻和铁氧体永磁材料的出现以及性能的不断提高,各种微型永磁电机不断出现,在工农业生产、日常生活、军事工业中都得到了应用。
试析永磁电机应用在抽油机中的原理与效果作者:丁阿曼来源:《中国科技博览》2013年第25期[摘要]抽油机是将原油从地下抽到地面上来的设备。
本文通过对抽油机的负荷特点及托运现状的分析,得出抽没机普遍彩的异步电动机都存在着严重的电能浪费现象。
从而得出永磁电机应用在抽油机中的节能效果还是很明显的。
[关键词]永磁电机抽油机中图分类号:TE933.07 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)25-0273-01抽油机是将原油(含原油的液体)从地面(几百米至几千米)抽到地面上来的设备。
抽油机虽然型号不同,传动系统也不同,但都是由电动机驱动工作的,它的功能是将电动机的旋转运动转变为往复直线运动。
抽油机的分类比较多,油田上用的最广泛的是游梁式抽油机。
它是一种变形的四连杆机构,其整机的结构犹如一架天平,一端是抽油载荷,另一端是平衡配重载荷,而且由驱动电机经复杂的齿轮减速机构进行往复运动。
电动机轴上的负载转矩是油井负荷与平衡转矩的合成转矩。
游梁式抽油机是一种带有冲击性的周期交变负载,其启动转矩大,在一个周期内负载波动大,抽油机停车后总是从负荷最重的点开始启动,为了使抽油机启动顺利,常按抽油机的最大负荷来选配电动机,也就是要求驱动电动机在选择容量时留有足够的余量,以保证带载启动时能克服抽油机较大的惯性扭矩,以满足启动要求。
在运行时有足够的过载能力,以克服交变载荷的最大扭矩,这就造成了运行过程中大多数情况下电动机处于轻载状态,运行效率和功率因数都很低,从而使电动机非常耗电。
所以,为达到降本增效的目的,大力推广抽油机节能技术势在必行。
近年来,国内各油田陆续采用了各种节能方法,取得了不少成果,其中比较成功的是高转差电机。
抽油机负荷周期性波动时高转差电机的转速波动也很大,转差变化范围在10%~26%,高转差虽然改善了抽油机的受力有不少优点,但从节能的角度看是不利的,不仅使转差损耗增大,也使过渡过程损耗增加,而稀土永磁同步电动机在节能方面的优点显著。
抽油机匹配节能电机应用分析摘要:通过对萨北油田不同节能电动机的工作原理和机械特性进行阐述。
并结合抽油机负载特性和电机实际应用情况,对节能电机的适应性进行了研究。
通过统计不同类型电机现场应用效果,探究抽油机适用节能电机类型,为保证抽油机的经济运行和今后节能电机的匹配提供依据。
关键词:节能电机适应性节能优化0 前言高转差电机、双功率电机以及永磁电机三种节能型电机在油田抽油机井广泛应用。
截止到2020年8月底,萨北油田抽油机井高转差电机1624台,双功率电机1180台,永磁电机290台,三种电机应用比例高达77.5%。
这些节能电机在现场应用中存在匹配不合理现象,如同一种电机在不同油井节能效果大不相同。
因此为了优化节能设备运行,针对这三种应用最广泛节能电机,开展现场应用效果分析和适应性分析。
1 节能电机原理及机械特性介绍1.1高转差节能电机高转差电机通过增加转子电阻增加电极的转差率,从而使电机在重负荷期间的速度降低,并增加了扭矩;使轻负荷期间速度增加,并减小了扭矩。
在运行周期内,其速度变化超过了12%。
这一特性减小了启动电流,增加了启动扭矩,装机容量降低了近40%。
1.2双功率节能电机双功率电机是在普通Y系列电机的基础上改造而成,成本低廉,双功率电机有2套串联的绕组,即大功率的启动绕组和小功率的工作绕组,电机启动时,电流较大,使用大功率绕组,转正常运行后,自动切换为小功率绕组,具有很好的节能效果。
1.3永磁节能电机永磁同步电机(包括无刷直流电机、永磁半直驱电机)与异步电机在结构方面相似,采用永久磁铁代替励磁绕组,定子和转子与普通Y系列电动机相似,电动机在转子上装有鼠笼条和稀土永磁钢,启动时笼条与旋转磁场相互作用产生异步启动力矩,牵入同步后笼条失去作用,永磁磁场与旋转磁场相互作用带动负载工作,运行时定子边励磁电流减少,铁损降低,大大提高了功率因数,降低了电机的温升与配电设备的容量,提高了低负载区(50%)以下电动机效率,实现节能的目的。
永磁同步电机在抽油机上应用分析技术检测中心2005——11永磁同步电机在抽油机上应用分析引言近几年永磁同步电动机在抽油机上的试用和分析研究证明,永磁同步电动机在抽油机上使用具有启动转矩大、效率高、功率因数高等优点,这些优点已被大家所公认。
然而,由于特殊的抽油机工况,永磁同步电动机在抽油机上的应用有其特殊性,如果不掌握这些特性,在实际使用中永磁同步电动机的优点就不能充分发挥出来,就不能达到最佳节电效果。
近几年永磁同步电动机在胜利油田的抽油机已有一定规模的推广应用,显示出许多独有的特性,掌握这些特性对用好永磁同步电动机十分必要。
应用情况分析1.应用情况2000年在抽油机上试用永磁同步电机,2001年做小规模先导试验,2002年开始一定规模的推广应用,到2005年6月我们胜利油田已在4个采油厂推广应用永磁同步电机2024台,累计节约电量5500多万kW.h,平均功率因数大于0.9且大部分呈容性。
节电测试统计数据(见表1)。
表1 2024台永磁同步电机与Y系列电动机节电参数比对表2.故障率调查统计2004年底,对在用2年以上的1356台永磁同步电动机作了跟踪调查和统计,有1189台一直运行良好,167台先后出现故障,其中断轴32起,轴承损坏113起,退磁2起,年故障率6.16%,低于10家采油厂Y系列电动机的年平均故障率8%。
在故障电机中:机械故障约占90%,电气故障约占10%。
3.关于退磁问题永磁同步电动机机在抽油机上的应用,人们最耽心的是退磁问题。
为此,笔者从正在抽油机井场运行2年以上的永磁同步电机随机抽取5台进行解剖,拆出所有永磁体,从每台中随机抽取4——5块,共抽取23块永磁体型号为(NTP33SH)。
用中国计量科学院生产的NIM——10000H大块稀土永磁无损测量装置测试23块永磁体的剩磁、磁感矫顽力、内禀矫顽力、最大磁能积,测试结果见表3。
从测试结果可以看出,随机抽取的5台电机23块永磁体,所有磁性参数都达到国家标准。
永磁电机在渤海油田潜油电泵上的应用与探讨158研究与探索Research and Exploration ·工艺流程与应用中国设备工程 2024.03 (下)磁同步电机的可靠驱动及稳定运行,就需要对现有各种型号、各种品牌的变频器进行大规模提升改造。
具体措施和建议如下。
(1)渤海油田此矿区油井深度一般在1500m 左右,为了防止变频器停机后油井残余液体回流造成电机定子绕组产生可能危及人身安全的高电压,因此,变频器输出端需要增加隔离装置,保证在地面设备供电端到井下电机负载端之间存在明显的断点,以实现永磁电机供电回路上的物理隔离,确保检维修期间的电气作业安全。
(2)原三相异步电动机极对数为一对极,工频下的额定转速为3000r/min。
新投用的永磁电机极对数为两对极,如果仍要满足原来的额定转速要求,就需要变频器的额定输出频率可以达到100Hz 或者120Hz。
原设计的施耐德变频器在“V/f”控制模式下的输出频率范围为0~70Hz,因此,需要对此类型变频器的核心功率器件及控制卡件进行升级改造,以满足永磁电机需求的频率范围。
(3)建议积极与业内永磁电机制造商厂家沟通,可以根据油田实际需求设计出一款适用于井下高温高压工况的一对极永磁电机,这样就可以满足原来的3000r/min 转速需求,而降低对老旧变频器进行大规模改造的工作量。
这样,在经济投入很小的情况下,就可以取得比较可观的节能效果,短期效益良好。
5 结语渤海油田油井开采大都采用电潜泵人工举升的方表1类别记录日期计量产液Q (t)泵入口压力(Psi)泵出口压力(Psi)泵有效扬程(m)1天消耗电量W(KWH)百米方液耗电量 X (kWh/(100m·t))节能原三相异步电动机/1.607/新投用永磁电机2023/2/2170.110962086695.981512 1.27720.52%2023/2/3140.910702081711.241488 1.509 6.11%2023/2/414310361961651.651608 1.5970.64%2023/2/5200.89561830616.341680 1.29919.15%2023/2/6217.49141804625.932136 1.23523.17%2023/2/72787881717654.282064 1.17426.92%2023/2/82677251726707.112136 1.09331.97%2023/2/9248.56761715733.662040 1.17227.09%2023/2/102406501713750.912040 1.13229.56%2023/2/112406331702755.142064 1.12629.96%2023/2/12234615.51705771.642040 1.14328.87%2023/2/13234598.41704782.972040 1.11330.71%2023/2/14234589.21700786.732040 1.10831.04%2023/2/15226.9583.21710797.822040 1.12729.87%2023/2/16226.9580.11701793.642040 1.13329.51%2023/2/17226.9573.81701798.12040 1.12729.90%2023/2/18226.95731698796.542040 1.12929.76%2023/2/19226.95721696795.842040 1.1329.70%2023/2/21206.25681704804.012040 1.2323.43%2023/2/22206.2564.21710811.112040 1.2224.10%2023/2/23206.25621702806.682016 1.22623.68%2023/2/24206.25591701808.262040 1.2124.73%2023/2/25206.25601702807.932040 1.22523.80%2023/2/26206.25611703807.772040 1.22523.79%2023/2/27206.25601702808.341512 1.22423.84%平均值24.89%式,因此,电潜泵使用了大量的三相异步电动机驱动。