开关磁阻电动机原理及现场试验

朱荣杰 曹武（大庆油田有限责任公司第一采油厂）

开关磁阻电动机原理及现场试验

朱荣杰 曹武（大庆油田有限责任公司第一采油厂）

开关磁阻电动机是一种新型调速电动机，调整系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是新一代无极调速系统。它的结构简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高。主要有开关磁阻电动机、功率变换器、控制器与位置检测器四部分组成。2012 年在第一采油厂试验 2 口井，有功节电率 22.21%，系统效率上升27.09%，吨液百米耗下降18.91%。同时具有消除负功、延长减速箱使用寿命的优点。

开关磁阻 电动机 试验 节能

我 国 20 世 纪 80年 代 末 开 始 了 开 关 磁 阻 电 动 机调速系统的研究与试制，21世纪后才进入现场应用阶段，很快成为了一代新型调速控制系统。

1 SRD系统的组成及功能

开关磁阻电动机调速系统由四部分组成：一是开关磁阻电动机，它的功能主要是旋转机械能的输出；二是检测系统，主要功能是检测电流和电动机转子位置，并通过运算得到电动机工作电流与电动机转子位置之间的逻辑关系；三是功率变换器，它的功能主要是接收控制系统的指令，调整电动机的工作电流，并进一步接受检测系统的检测；四是控制器，它的整个控制系统的中枢指挥部件，它的功能是将所有的检测信号进行计算与分析，并与发出的功率控制指令与转数指令进行对比，从而对发出的控制信号进行调整。系统框图见图1。

图1 SRM系统框图

2 电动机的工作原理

开关磁阻电动机也称为双凸极可变磁阻电动机，其定、转子的凸极均由普通硅钢片叠压而成。转子为无绕组的非永磁体，定子凸极上绕有集中绕组，径向相对的两个绕组联接起来，称为“一相”，电动机相数越多，相邻两相之间的夹角越小（也称为电动机的步进角越小），电动机输出的转矩波动越小（或称之为电动机输出转矩越平稳），电动机的工作性能越稳定，但相数越多，结构越复杂，主开关器件越多，其成本变越高。目前应用较多 的 是 四 相 （8 个 定 子 凸 极/6 个 转 子 凸 极） 结 构（见 图2） 和 三 相 （12 个 定 子 凸 极/8 个 转 子 凸 极） 结构。开关磁阻电动机的运行遵循“磁阻最小原理”。即：磁通沿着磁阻最小的路径闭合，具有一定形状的铁心在移动到主轴线与磁场的轴线重合时磁阻最小。依次给D→A→B→C相绕组通电，转子以逆时针方向连续旋转；反之，顺时针方向转动。可见，SR电动机的转向与相绕组的电流方向无关，而仅取决于相绕组通电的顺序。其转速取决于每相通电的时间。由此可以认定，开关磁阻电动机没有固定的转差率，也没有固定的同步转速，只有可供调整的转速范围。

图2 四相8/6级 SR电动机典型结构

3 试验效果分析

在第一采油厂两口井进行了现场试验，试验前后进行了对比测试，测试结果见表1。对比结果表明，更换电动机前后，产液量稳定，有功功率由8.96kW 下降到 6.97kW， 下 降 1.99kW，有功节电率 22.21% ； 系 统 效 率 由 27.91% 上 升 到 35.47% ， 上升 7.56 个 百 分 点 ， 上 升 27.09% ； 吨 液 百 米 耗 电 由1.01kWh 下 降 到 0.82kWh， 下 降 0.19kWh， 下 降18.91%。

表1 开关磁阻电动机现场试验效果对比

对2口井测试了安装开关磁阻电动机前后的电流、功率对比曲线，见图3、图4。

图3 试验井1电流对比曲线

从试验井1曲线对比可以得出，该井更换电动机前后电流有较大幅度的下降，特别是功率曲线，在功率也有较大幅度的下降的同时可明显地见到消除了负功率，在取得一定的节能效果的同时，消除了减速箱的“背击”现象，对延长减速箱使用寿命起到一定的作用。

图4 试验井1功率对比曲线

试验井2电流、功率对比曲线见图5、图6。

图5 试验井2电流对比曲线

图6 试验井2功率对比曲线

从试验井2曲线对比可以得出，该井更换电动机前后对比，电流和功率有较大幅度的下降。

4 结语

现场应用表明，开关磁阻电动机具有较好的节能效果，同时对于普通电动机存在负功状态时，可以消除负功，消除抽油机减速箱背击现象，延长减速箱使用寿命。

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.009.002

2013-04-17）

朱荣杰，高级工程师，2005年毕业于中国石油大学（石 油 工 程 专 业）， 从 事 采 油 工 作 ，E-mail:zhurongjie@petrochina.com. cn，地址：黑龙江省大庆市萨尔图区中七路114号，邮编：163001。