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抽油機為何要配備高轉差率電機?

2020-1-28

異步電動機所謂異步,是指定子旋轉磁場轉速和轉子轉速不同。定子繞組通入三相交流電,產生旋轉磁場,旋轉磁場切割轉子導體,產生感應電動勢,感應電動勢在導體內產生電流,轉子電流與定子磁場相互作用產生電磁力,帶動轉子旋轉,這個旋轉的方向與定子的旋轉磁場的方向一致。無外力影響的情況下,轉子旋轉的速度低于定子磁場旋轉的速度。定子磁場旋轉的速度與轉子旋轉的速度之差與定子磁場的旋轉速度之百分比,就是轉差率。定子旋轉磁場的轉速和電網頻率嚴格對應,稱為同步轉速。n=60f/p ,其中f為電網頻率,p為電機磁極對數。所以,轉差率就是定子旋轉磁場轉速與轉子轉速之差再除以定子旋轉磁場轉速(同步轉速),一般采用百分比表示。

對于異步電機,電機學沒有像直流機那樣利用理想空載轉速和轉速降來表達轉速,轉速的刻化是借助同步轉速和轉差率。作為電動機的一種,異步電動機轉速,事實上同樣是由理想空載轉速和轉速降構成,這是由電動機機械特性的普遍規律所決定的,也是電動機轉速的普遍表達形式。對于同一極數的電動機,轉差率越大,說明電機相對于同步轉速的差別也大,即轉速越低。

什么是高轉差電機?

高轉差率電動機是指通過改變轉子槽形和導條材料提高電機轉差率,增加轉子電阻,從而使之具有堵轉轉矩較大,堵轉電流較小,轉差率較高和機械特性軟等特點。這樣,它在拖動沖擊性負載時,電機的轉速下降較多,因而能使被拖動設備的飛輪放出所儲存的功能。

高轉差率電機適合于傳動飛輪轉矩較大和不均勻沖擊負載,以及反轉次數多的工作場合。例如錘擊機、剪刀機、沖壓機和鍛壓機等機械設備。目前在節能產品領域,高轉差率電動機最大的應用是油田的抽油機系統。 

高轉差率電機在油田抽油機方面的應用

由于抽油機運行有著特殊要求,故所匹配的拖動裝置必須同時滿足三個最大的要求,即最大沖程,最大沖次,最大允許掛重。另外,還須具有足夠的堵轉轉矩,以克服抽油機啟動時嚴重的靜態不平衡。因此,往往抽油機在設計時確定的安裝容量裕度較大。我國在80年代引進國外超高轉差電動機和超高轉差多極電動機技術,對抽油機拖動裝置進行了大量的科學實驗,測試和分析,證明抽油機匹配超高轉差率多速節能電動機拖動裝置具有一定的節能效果。

降低抽油機拖動裝置的安裝容量裕量就是一個節能體現。由于所匹配功率下降,其對應的額定電流相應下降。網絡及電機繞組的銅耗與電流平方成正比,電流的下降自然帶來了損耗的降低而達到節能。拖動裝置軟的機械特性造就了抽油機運行過程中電動機功率的有功分量和無功分量的變化,促使輸入功率的降低。

抽油機固有的設計及運行特點與現場實際運行工況相比,不可避免地出現了大馬拉小車的不合理匹配。抽油機維持在PH點的負載,在現場從未出現過,絕大部分負載在電動機額定功率(指輸出功率)20%~30%左右。對普通電動機而言,如此運行,其效率和功率因數特低。對超高轉差率多速電動機來講,由于曲線平坦,效率及功率因數在負載變化情況下,其值變化不大,從而相對來講其效率及功率因數高于普通電動機,致使有功功率降低,功率因數提高。因此,就節能而言,抽油機匹配超高轉差電動機是合理的。

超高轉差率多速電動機軟的機械特性造就了抽油機懸點最大負荷降低,抽油泵上行速度緩慢,抽油桿的彈性變形減小,從而使抽油泵的填充系數增加,吸液量增大,每沖次來油量增加,使單位液耗電能降低,具有一定的節能效果。

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