抽油機用稀土永磁同步電動機的研制
薄保中，蘇彥民，謝力華，侯立軍
(西安交通大學，陜西 西安 710049)
摘 要：抽油機常常由三相異步電動機驅(qū)動，由于抽油機電機負荷率很低，造成電機效率低，功率因數(shù)低，電能浪費大。作者研制的稀土永磁同步電動機用于抽油機電機節(jié)能，文中介紹了節(jié)能機理、采取的關(guān)鍵技術(shù)和現(xiàn)場試驗情
況。稀土永磁同步電動機用于抽油機驅(qū)動，節(jié)能效益顯著，具有廣闊的應用前景。關(guān)鍵詞：稀土永磁；抽油機；電動機；節(jié)能
中圖分類號：tm341 文獻標識碼：a 文章編號：1001-6848(2000)05-0048-02
1橛 述
油田上大量采用游粱式抽油機采油，抽油機由三相異步電動機驅(qū)動，二者組成抽油機作為電動機負荷，在電動機軸上形成一個周期變動負荷。為了使載荷均勻，減少沖擊，抽油機上裝有平衡塊，平衡扭矩是一個正弦變化的扭矩，二者合成，折算到電機軸上，形成一變動負荷。上下沖程載荷不均勻，會有負功出現(xiàn)。在選擇電機時，為能帶載起動，防止異常現(xiàn)象導致燒毀電機，一般配功率較大的電機拖動，形成大馬拉小車的現(xiàn)象，電機長期工作在輕載狀態(tài)。
三相異步電機輕載時，功率因數(shù)、效率很低，整個系統(tǒng)效率很低，一般整機效率百分之30。
為了提高效率，油田上已采用超高轉(zhuǎn)差率電機，減小所配電機的機率，為了滿足起動要求，增加轉(zhuǎn)子異常條電阻，（可以提高起動轉(zhuǎn)矩）。負載率低時超高轉(zhuǎn)差率電機比普通電機節(jié)能，如果負載率較高，則用普通籠型電機效率高。但超高轉(zhuǎn)差率電機工作時轉(zhuǎn)羞率高，轉(zhuǎn)子銅耗正比于轉(zhuǎn)差率，故轉(zhuǎn)子銅耗增加，發(fā)熱嚴重，電機效率仍不高，這是這種電機的弱點。
在通過電機本體，開展節(jié)能的同時，結(jié)合電力電子技術(shù)和交流調(diào)速的進展，也有不少通過交流調(diào)速開展抽油機節(jié)能的設想，但是這種方法，成本高，加之油田抽油機一般都露天工作，電動機戶外使用，惡劣的自然環(huán)境和周邊社會環(huán)境（油、電、設備失盜現(xiàn)象猖獗）使得變頻器等電力電子產(chǎn)品難以在抽油機上采用。抽油機所用的驅(qū)動設備還應力求操作簡單，維護方便，堅固耐用，目前和今后相當一個時期實用的節(jié)能驅(qū)動設備仍是電器控制裝置而非電子裝置。
2抽油機稀土永磁同步電機拖動節(jié)能機理
抽油機稀土永磁同步電動機用于紡織機節(jié)能效果很好ⅲ，類似紡織機負荷，抽油機由異步機改為稀土永磁同步電機拖動也應節(jié)能，根據(jù)如下：
(1)稀土永磁同步電動機沒有轉(zhuǎn)差損耗，效率高于變通異步電動機和高轉(zhuǎn)差電機。
(2)采用具有自起動能力的稀土永磁同步電動機，這種電機定子與普通異步電動機定子相同，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖1所示，轉(zhuǎn)子上同時裝設有鼠籠條和稀土磁鋼，異步起動同步運行，它綜合了異步電動機和同步電動機的優(yōu)點，起動操作方便，可用于抽油機，運行時效率高、功卒因數(shù)高。
(3)異步電機負載波動時，轉(zhuǎn)速波動，轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)子損耗增加，改為同步電動機，空載運行或輕載時，電機磁電流是電機流中占比例大，激磁損耗大，改為同步，轉(zhuǎn)子磁場由永磁體提供，不再由定子線電流中輸入，大大降低空載電流，降低了銅損和鐵損。
(4)采用同步驅(qū)動，轉(zhuǎn)速提高，提高產(chǎn)量可達百分之5。
(5)磁性材料的發(fā)展，使采用磁轉(zhuǎn)子后，磁場很強，永磁材料價格逐年下降，性能愈來愈高，我國為稀土資源大國，蘊藏量占世界百分之85，推廣遇到的困難越來起小。
3關(guān)鍵技術(shù)的解決
3.1起動問題的解決
稀土永磁同步電動機起動過程中存在轉(zhuǎn)矩下凹（見圖2），這對起動和牽人同步不利，采取以下方法可以減小下凹，改善起動性能。
(1)盡可能消除凸極轉(zhuǎn)矩的影響。一般稀土永磁同步電動機由于結(jié)構(gòu)上交直軸不對稱而存在凸極轉(zhuǎn)矩，使起動性能變壞。消除凸 |
