伺服电机在油田的应用以及存在问题的解决办法.docVIP

伺服电机在油田使用存在的问题以及解决办法 赵国强、李强、张艳 （第九采油厂工程技术大队） 摘要：本文阐述了油田生产中的普通三相异步电机、永磁电机功率因数和效率特性，针对前两种电机在应用中自身无法克服的缺点，齐家北油田优选了伺服电机，伺服电机是一种智能化的节能电机，具有普通电机无法比拟的优势。通过在齐家北油田的试验应用，证明了伺服电机能够满足油田生产以及节能降耗的需求，在油田生产过程中具有广泛的应用前景。 关键字：在用电机；伺服电机；优点；面临问题；节能探讨； 目前油田在用的电机主要有三相异步电机和稀土永磁电机两种，但是两种电机都有自身无法克服的缺点，随着油田管理要求越来越精细、节能降耗形势日益严峻，油田需要一种节能并利于管理的电机以满足油田高效开发的需求。 1.目前在用电机 （1）普通三相异步电机 三相异步电动机运行时必须从电网中吸收的无功功率来建立旋转的磁场，所以它的功率因数永远小于1。空载时，P2= 0，η＝0，随着输出功率的增加，效率也在增加异步电动机额定效率在74%-94%之间；最大效率发生在(0.7-1.0)倍额定效率处。功率因数和效率较低是目前在用三相异步电机存在的最大问题。 （2）稀土永磁电机 永磁电机较好的克服了三相异步电机功率因数和效率较低的缺点，成为一种节能效果较好的电机，但是由于自身结构，存在以下两方面的问题： ①启动困难。永磁电机的启动困难始终是一个无法避免的问题，分析原因主要有以下及几点：一是由于永磁电机属于同步电机，在0.4-1.0s之间达到同步转速，在启动期间需要一个较大的启动转矩达，可以达到额定值的4-5倍甚至更高，所以启动电流也比较高，达到100A以上。二是由于电流较高，从变压器到电机之间的线路上由一个较大的电压降，导致定子产生的旋转磁场强度下降，转子与旋转磁场无法同步运行导致了启动失败，并且在未达到同步转速以前，电机本身存在极大的震动和噪音，这些都给目前的生产造成了极大的不便。 ②存在退磁可能性。永磁电机无法保证转子的磁场和旋转的磁场严格的垂直且同步，在某个阶段相对于转子磁场存在一个水平分量。该分量会有两方面的影响：一是与旋转的磁场相互作用会散发出热量，导致转子升温，从而使永磁体存在退磁的可能性。二是该水平分量使永磁体本身磁场发生变化，这是导致永磁体退磁的最主要原因。 2.伺服电机的应用 伺服拖动系统主要由带编码器的稀土永磁同步伺服电机和交流伺服控制器两大部分组成。伺服电机也称执行电机，它具有一种服从控制信号的要求而动作的职能，在控制信号来到之前，转子静止不动；信号来到之后，转子立即转动；当信号消失，转子能即时自行停转，因而得名“伺服”。 （1）较好的解决了永磁电机面临的问题 1）平稳启动、消除震动 从根本上解决了永磁电机启动困难的问题。变速箱和电动机的扭矩和输入功率变化趋于平缓，大大降低了机械冲击负载对机、杆、泵、变速箱的疲劳损伤，延长设备使用寿命。下图是古702-56-斜70井的启动电流曲线。 古702-56-斜70电机启动电流曲线 2）精确控制，节能最大化，消除退磁的可能性 交流伺服控制系统采取闭环控制，在电机轴上安装高精度编码器，把转子转角信息实时反馈给控制系统，控制系统根据电机转子磁场角度控制三相电流，使定子三相线圈合成磁场方向与转子磁场方向垂直并且精确同步，最大限度利用电流产生转矩，实现了电机精确的磁电控制，以达到节能最大化，于此同时从根本避免了永磁电机应用过程中退磁的可能性。 从以上两点可以看出伺服电机在保持永磁电机节能的基础上较好的克服了其自身无法克服的缺点。 此外伺服电机还具有无级变速、实时监控并输出扭矩、过平衡保护等功能。 （2）伺服电机在应用过程中存在的问题以及解决办法 伺服电机作为一种全新的电机，在现场面临的问题可以分为以下两类：一是技术方面；二是现场管理方面。 1）技术方面 技术方面主要包括两点：一是针对伺服电机平衡与节能的关系（定性）；二是由于伺服电机平衡度与节能的关系（定量）； 对于伺服电机存在两种电流：一是从电源至控制系统的电流，在测量电机耗电时用；二是控制系统处理后进入电机的电流，称为IU、IV、IW，在判断电机是否平衡时用。 ①伺服电机平衡与节能的关系（定性） 控制系统中有高精度的编码器，实现了转子扭矩的实时控制，所以在一个完整的周期内对于不需要输出扭矩的区间，电机断电不做功，抽油机在净扭矩作用下自主运行，正是由于伺服电机具备该功能，会造成一种抽油机在不平衡状态下更节能的假象。以功率平衡法为标准，通过现场试验得出在平衡状态下能耗最低，在非平衡状态下存在某时段电机不做功的的现象，但是电流峰值会大幅度的增加，从本质来讲抽油机的净扭矩更平稳，消耗功率反而会更高。古702-58-斜76，在严重欠平衡时峰值电流为20A/10A，严重过平衡时电流峰值为10A/24A，