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抽油机为何要配备高转差率电机?

2020-1-28

异步电动机所谓异步,是指定子旋转磁场转速和转子转速不同。定子绕组通入三相交流电,产生旋转磁场,旋转磁场切割转子导体,产生感应电动势,感应电动势在导体内产生电流,转子电流与定子磁场相互作用产生电磁力,带动转子旋转,这个旋转的方向与定子的旋转磁场的方向一致。无外力影响的情况下,转子旋转的速度低于定子磁场旋转的速度。定子磁场旋转的速度与转子旋转的速度之差与定子磁场的旋转速度之百分比,就是转差率。定子旋转磁场的转速和电网频率严格对应,称为同步转速。n=60f/p ,其中f为电网频率,p为电机磁极对数。所以,转差率就是定子旋转磁场转速与转子转速之差再除以定子旋转磁场转速(同步转速),一般采用百分比表示。

对于异步电机,电机学没有像直流机那样利用理想空载转速和转速降来表达转速,转速的刻化是借助同步转速和转差率。作为电动机的一种,异步电动机转速,事实上同样是由理想空载转速和转速降构成,这是由电动机机械特性的普遍规律所决定的,也是电动机转速的普遍表达形式。对于同一极数的电动机,转差率越大,说明电机相对于同步转速的差别也大,即转速越低。

什么是高转差电机?

高转差率电动机是指通过改变转子槽形和导条材料提高电机转差率,增加转子电阻,从而使之具有堵转转矩较大,堵转电流较小,转差率较高和机械特性软等特点。这样,它在拖动冲击性负载时,电机的转速下降较多,因而能使被拖动设备的飞轮放出所储存的功能。

高转差率电机适合于传动飞轮转矩较大和不均匀冲击负载,以及反转次数多的工作场合。例如锤击机、剪刀机、冲压机和锻压机等机械设备。目前在节能产品领域,高转差率电动机最大的应用是油田的抽油机系统。 

高转差率电机在油田抽油机方面的应用

由于抽油机运行有着特殊要求,故所匹配的拖动装置必须同时满足三个最大的要求,即最大冲程,最大冲次,最大允许挂重。另外,还须具有足够的堵转转矩,以克服抽油机启动时严重的静态不平衡。因此,往往抽油机在设计时确定的安装容量裕度较大。我国在80年代引进国外超高转差电动机和超高转差多极电动机技术,对抽油机拖动装置进行了大量的科学实验,测试和分析,证明抽油机匹配超高转差率多速节能电动机拖动装置具有一定的节能效果。

降低抽油机拖动装置的安装容量裕量就是一个节能体现。由于所匹配功率下降,其对应的额定电流相应下降。网络及电机绕组的铜耗与电流平方成正比,电流的下降自然带来了损耗的降低而达到节能。拖动装置软的机械特性造就了抽油机运行过程中电动机功率的有功分量和无功分量的变化,促使输入功率的降低。

抽油机固有的设计及运行特点与现场实际运行工况相比,不可避免地出现了大马拉小车的不合理匹配。抽油机维持在PH点的负载,在现场从未出现过,绝大部分负载在电动机额定功率(指输出功率)20%~30%左右。对普通电动机而言,如此运行,其效率和功率因数特低。对超高转差率多速电动机来讲,由于曲线平坦,效率及功率因数在负载变化情况下,其值变化不大,从而相对来讲其效率及功率因数高于普通电动机,致使有功功率降低,功率因数提高。因此,就节能而言,抽油机匹配超高转差电动机是合理的。

超高转差率多速电动机软的机械特性造就了抽油机悬点最大负荷降低,抽油泵上行速度缓慢,抽油杆的弹性变形减小,从而使抽油泵的填充系数增加,吸液量增大,每冲次来油量增加,使单位液耗电能降低,具有一定的节能效果。

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