塔架式抽油机用电动机的设计与节电分析.pdf

ELECTRIC DRIVE 2013 Vol43 No.1
电气传动2013年第43卷第1期
塔架式抽油机用电动机的
设计与节电分析
甄东芳,梅玮葛利俊',刘朝平2,邢浦旭3,敬敬
(1.渤海石油装备承徳石油机槭有限公司,河北承徳067000;
2.中海石油(中国)有限公司秦皇岛32-6作业公司,天津300452;
3.武汉大学动力与杌槭学院,湖北武汉430072)
摘要:针对目前油田抽油机的应用现状,采用场路结合的方法设计出与塔架式抽油机相匹配的开关磁阻电
机,并对电机的调速性能进行分析,验证了设计的合理性。最后,对抽油机与电机系统的实际节能效果及节电量
进行了计算,证明采用该电机,系统综合节电量得到有效提高,为实现油田“节能降耗”做出了贡献。
关键词:塔架式抽油机;开关磁阻电机;节能降粍;节电量
中图分类号:TM352
文献标识码:A
Motor Design and Power Saving Analysis of Tower-frame Pumping Unit
ZHEN Dong-fang, MEI Wei, GE Li-jun, LIU Zhao-ping, XING Pu-xu, DONG Jing-jing
(1. CNPC Bohai Equipment Chengde ilfeld Machinery o.,Ltd, Chengde 067000
Hebei, China; 2. CNOOC China Limited OHD 32-6 Operating Company,
Tianjin 300452, China; 3. School of Power and Mechanical Engineering
Wuhan University, Wuhan 430072, Huhei, China)
Abstract: Switched reluctance motor was designed with the method of magnetic field and magnetic circuit for
tower-frame pumping unit, considering the situation of oilfield pumping unit application. Analyzed the speed-adjusting
performance and validate that the design method is useful. Finally, the parameter of practical energy saving and the
amount of energy savin were calculae, whic can pe that the switched reluctance motor can improve the in
tegrated power saving amount, and can be used for the"energy saving and power savin
Key words: tower frame pumping unit; switched reluctance motor; energy saving and consumption reducing
amount of power saving
等等。其中塔架式抽油机直接将电能用于直线往
1引言
复运动,减少了机械传动过程中的能量损失,所
我国现有大多数油田的特点是低渗透,低产用电动机应适合重载启动、频繁正反转运行。开
油井,采用注水抽油的方式,抽油机消耗了大量关磁阻电机具有上述优点,且结构简单,运行可
的电能,占油田总电耗的比例很大。油田在用抽靠,可长期低速运行,功率因数高,二者相配合有
油机主要为游梁式抽油机,四连杆机构传动过程效提高了系统效率。
中也会产生一定的能耗,能量损失最高达28%,
加上旋转特性造成启动转矩大,大大降低了系统2塔架式抽油机及配用电机简介
的效率。
传统游梁式抽油机系统效率较低,匹配高转
在大力倡导节能降耗的今天,各种节能型抽差率电动机,综合节电率得到有效提高,但是仍
油机和节能型电机的研究迅速升温,如变频电然存在冲程冲次调节困难的问题。塔架式抽油机
机、节能型控制器、塔架式抽油机及其拖动装置具有长冲程、低冲次的特点,冲程冲次调节方便,
作者简介:頭东芳(1984-),女,硬士,Email:zhendfliuzp@l63.com
电气传动2013年第43卷第1期
甄东芳,等:塔架式抽油机用电动机的设计与节电分析
能耗低,有效降低了开采成本。
定功率为45kW、额定转速为1000 r/min的开关
21塔架式抽油机
磁阻电机。
塔架式抽油机由电机架、转动系统、工作机
本文采用传统的基于磁路的设计方法,根据
构、辅助机构4部分组成。主要采用双循环链条、给定的电机基本数据,设计得出电机的外形尺寸
由联体减速机驱动,主悬梁分布在双循环链条中和电磁参数。用有限元法来验证所设计的电机各
间与换相机并联,由换向机构将各链条串并联,参数是否合理,性能是否达到预期要求
从而实现换向功能。循环链条的循环运动经此换3.1结构参数
向机构变为主悬绳的上、下往复运动。
基于磁路的方法计算得到的电机结构参数
塔架式抽油机的工作原理为:电动机通过皮为:定子极数12,转子极数8,定子外径455mm,
带带动齿轮减速器,减速后带动主动链轮作连续转子内径100m,铁心长220mm,气隙0.7mm,
定向转动、主动链轮带动封闭链轮和循环轴循环定子极弧15°,转子极弧17°。
运行,循环轴的上下分别连接着两条钢丝绳、
在保证电机性能要求的基础上,设计得到的
条通过天轮与光杆上的悬绳器相连、另一条通过尺寸可以使用常规电机的机座,降低生产成本
地轮和小天轮与平衡箱相连。循环轴上下循环减少模具投人费用。
运动的同时带动抽油杆上下往返运动,从而实现
根据电机参数采用有限元法建立了定转子
开采作业的主要功能。
模型,如图2所示。冲片采用DW470-50的冷轧
2.2开关磁阻电机
硅钢片叠压而成,叠压系数为0.95。
开关磁阻电机的定转子均为双凸极结构,定
子上有集中绕组、转子无绕组,定转子的极对数不
相等。如图1所示为12/8极开关磁阻电机的结
构图。
图2有限元法建立的定转子片结构
3
太
Fig2 Stator and rotor structure with
finite element method
3.2电磁参数
图112/8极开关磁阻电机结构
开关磁阻电机给定的电磁参数包括:额定功
Fig 1 Structure of 12/8 switched reluctance motor
率为45kW,额定转速为1000 r/min,控制端输
开关磁阻电机遵循“磁阻最小原理”,即磁通入电床为380,额定转矩为430Nm,额定状态
总是沿着磁阻最小的路径闭合,进一步产生转
下的效率为95%。采用全压启动方式,功率电路
矩,使得转子转动起来。如图1所示,当C极通电如图3所示,采用三相不对称半桥结构。每相绕
后,磁场力使相对较近的转子极轴线与C极定子组各对应2只功率开关管和2个续流二极管,上
极轴线重合,则转子逆时针转动;接着给B相通
电,转子会以逆