朱榮杰 曹武（大慶油田有限責任公司第一采油廠）

開關磁阻電動機原理及現(xiàn)場試驗

朱榮杰 曹武（大慶油田有限責任公司第一采油廠）

開關磁阻電動機是一種新型調(diào)速電動機，調(diào)整系統(tǒng)兼具直流、交流兩類調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點，是新一代無極調(diào)速系統(tǒng)。它的結(jié)構(gòu)簡單堅固，調(diào)速范圍寬，調(diào)速性能優(yōu)異，且在整個調(diào)速范圍內(nèi)都具有較高效率，系統(tǒng)可靠性高。主要有開關磁阻電動機、功率變換器、控制器與位置檢測器四部分組成。2012 年在第一采油廠試驗 2 口井，有功節(jié)電率 22.21%，系統(tǒng)效率上升27.09%，噸液百米耗下降18.91%。同時具有消除負功、延長減速箱使用壽命的優(yōu)點。

開關磁阻 電動機 試驗 節(jié)能

我 國 20 世 紀 80年 代 末 開 始 了 開 關 磁 阻 電 動 機調(diào)速系統(tǒng)的研究與試制，21世紀后才進入現(xiàn)場應用階段，很快成為了一代新型調(diào)速控制系統(tǒng)。

1 SRD系統(tǒng)的組成及功能

開關磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)由四部分組成：一是開關磁阻電動機，它的功能主要是旋轉(zhuǎn)機械能的輸出；二是檢測系統(tǒng)，主要功能是檢測電流和電動機轉(zhuǎn)子位置，并通過運算得到電動機工作電流與電動機轉(zhuǎn)子位置之間的邏輯關系；三是功率變換器，它的功能主要是接收控制系統(tǒng)的指令，調(diào)整電動機的工作電流，并進一步接受檢測系統(tǒng)的檢測；四是控制器，它的整個控制系統(tǒng)的中樞指揮部件，它的功能是將所有的檢測信號進行計算與分析，并與發(fā)出的功率控制指令與轉(zhuǎn)數(shù)指令進行對比，從而對發(fā)出的控制信號進行調(diào)整。系統(tǒng)框圖見圖1。

圖1 SRM系統(tǒng)框圖

2 電動機的工作原理

開關磁阻電動機也稱為雙凸極可變磁阻電動機，其定、轉(zhuǎn)子的凸極均由普通硅鋼片疊壓而成。轉(zhuǎn)子為無繞組的非永磁體，定子凸極上繞有集中繞組，徑向相對的兩個繞組聯(lián)接起來，稱為“一相”，電動機相數(shù)越多，相鄰兩相之間的夾角越?。ㄒ卜Q為電動機的步進角越小），電動機輸出的轉(zhuǎn)矩波動越小（或稱之為電動機輸出轉(zhuǎn)矩越平穩(wěn)），電動機的工作性能越穩(wěn)定，但相數(shù)越多，結(jié)構(gòu)越復雜，主開關器件越多，其成本變越高。目前應用較多 的 是 四 相 （8 個 定 子 凸 極/6 個 轉(zhuǎn) 子 凸 極） 結(jié) 構(gòu)（見 圖2） 和 三 相 （12 個 定 子 凸 極/8 個 轉(zhuǎn) 子 凸 極） 結(jié)構(gòu)。開關磁阻電動機的運行遵循“磁阻最小原理”。即：磁通沿著磁阻最小的路徑閉合，具有一定形狀的鐵心在移動到主軸線與磁場的軸線重合時磁阻最小。依次給D→A→B→C相繞組通電，轉(zhuǎn)子以逆時針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)；反之，順時針方向轉(zhuǎn)動?？梢姡琒R電動機的轉(zhuǎn)向與相繞組的電流方向無關，而僅取決于相繞組通電的順序。其轉(zhuǎn)速取決于每相通電的時間。由此可以認定，開關磁阻電動機沒有固定的轉(zhuǎn)差率，也沒有固定的同步轉(zhuǎn)速，只有可供調(diào)整的轉(zhuǎn)速范圍。

圖2 四相8/6級 SR電動機典型結(jié)構(gòu)

3 試驗效果分析

在第一采油廠兩口井進行了現(xiàn)場試驗，試驗前后進行了對比測試，測試結(jié)果見表1。對比結(jié)果表明，更換電動機前后，產(chǎn)液量穩(wěn)定，有功功率由8.96kW 下降到 6.97kW， 下 降 1.99kW，有功節(jié)電率 22.21% ； 系 統(tǒng) 效 率 由 27.91% 上 升 到 35.47% ， 上升 7.56 個 百 分 點 ， 上 升 27.09% ； 噸 液 百 米 耗 電 由1.01kWh 下 降 到 0.82kWh， 下 降 0.19kWh， 下 降18.91%。

表1 開關磁阻電動機現(xiàn)場試驗效果對比

對2口井測試了安裝開關磁阻電動機前后的電流、功率對比曲線，見圖3、圖4。

圖3 試驗井1電流對比曲線

從試驗井1曲線對比可以得出，該井更換電動機前后電流有較大幅度的下降，特別是功率曲線，在功率也有較大幅度的下降的同時可明顯地見到消除了負功率，在取得一定的節(jié)能效果的同時，消除了減速箱的“背擊”現(xiàn)象，對延長減速箱使用壽命起到一定的作用。

圖4 試驗井1功率對比曲線

試驗井2電流、功率對比曲線見圖5、圖6。

圖5 試驗井2電流對比曲線

圖6 試驗井2功率對比曲線

從試驗井2曲線對比可以得出，該井更換電動機前后對比，電流和功率有較大幅度的下降。

4 結(jié)語

現(xiàn)場應用表明，開關磁阻電動機具有較好的節(jié)能效果，同時對于普通電動機存在負功狀態(tài)時，可以消除負功，消除抽油機減速箱背擊現(xiàn)象，延長減速箱使用壽命。

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.009.002

2013-04-17）

朱榮杰，高級工程師，2005年畢業(yè)于中國石油大學（石 油 工 程 專 業(yè)）， 從 事 采 油 工 作 ，E-mail:zhurongjie@petrochina.com. cn，地址：黑龍江省大慶市薩爾圖區(qū)中七路114號，郵編：163001。