浅析天平游梁式抽油机的电气系统

郑严

摘 要：天平游梁式抽油机的驱动电机是采用新型材料和先进加工技术制造的高性能永磁同步电动机，同时基于变频器控制系统，采用先进的电气控制技术，对电动机的运行状态进行调节和控制，可适时调整电动机的速度和出力，优化抽油机的工作状态，提高生产效率。

关键词：永磁同步电动机；变频器；天平游梁式抽油机

1 天平游梁式抽油机简介

游梁式抽油机在我国石油机械中占有主导地位，经过多年来的改进创新，抽油机的结构形式和控制方式都发生了巨大的改变。天平游梁式抽油机除去普通游梁式抽油机的齿轮减速结构，用底座上的支架来连接游梁和前后驴头，利用工作驴头和配重驴头重量对称的平衡方式取代了普通游梁式抽油机离心力的平衡方式。天平游梁式抽油机工作时，电动机通过皮带把动力传递给驱动轮，使驱动轮上的驱动绳移动，从而带动抽油杆上下运动，完成抽油过程。由于天平游梁式抽油机采用对称平衡方式，所以电动机的动力只需要克服机械摩擦力即可，使得电动机的输出功率变小，效率得到提高。

基于机械部分的改进，天平游梁式抽油机采用了新型材料及先进加工技术制造的特种电动机——永磁同步电动机。根据各油田区块的地质条件，永磁同步电动机通过变频器控制系统，可任意调整抽油机的冲程和冲次，可适时调整电动机的运行速度和输出功率，提高抽油泵的抽汲量，提高采收率。

2 永磁同步电动机

普通游梁式抽油机是采用三相交流异步电动机做为动力装置，由曲柄连杆机构把电机的旋转运动转化为抽油杆的上下往复运动。这一过程需要曲柄连杆机构和井口的一整套装置来完成，增加了生产成本且耗能较大。虽然异步电动机具有结构简单、结实耐用等特点，但其效率低，耗电量大，网损大等问题也逐渐被引起重视，各种新型电动机的开发及应用已成为亟待解决的问题。

抽油机想要实现直接的上下往复驱动形式，就要有高性能的电动机。经过多年的研究证明，永磁同步电动机可以做为天平游梁式抽油机的驱动部件。因为永磁同步电机的转子由永磁体制成，它用永磁体代替电励磁同步电动机的励磁绕组，永磁体的固有特性，使它不再需要外加任何能量就能在其周围产生强磁场，这使得电动机结构相对简单，降低了加工和装配费用，在降低生产成本的同时也提高了可靠性。新型永磁体具有高矫顽力和高磁能积，使得永磁同步电动机性能稳定性好、节能效果明显。基于天平游梁式抽油机机械结构的平衡技术，也使得电动机在抽油杆的上下行程中输出功率均衡，提高了电动机的效率。

3 天平游梁式抽油机的电气控制系统

天平游梁式抽油机应用变频器控制技术来实现对永磁同步电动机的控制。针对地下油层的含水率与粘稠度等实际情况、针对抽油杆运行过程中受到冲击力变形的问题、针对提高抽油泵抽汲度增产增效的问题，我们要研究相应的控制方案，设置好变频器参数，用变频器来适时控制永磁同步电动机的运行，从而实现对抽油机运行状态的控制和调节，提高产量，增加效益。

天平游梁式抽油机控制系统由一台变频器和一块控制板组成，控制板上有一整套与变频器相连的控制线路。控制板接收到抽油机上电气设备所发出的电信号后，输出相应的驱動信号给驱动组件（即变频器），变频器根据预先设定的参数输出相应的指令，完成相对应的控制过程。油田工作人员只需要根据油田实际情况来设置变频器参数，即可实现对永磁同步电动机的控制，达到油田生产的要求。

4 天平游梁式抽油机的电气控制方案

随着专用变频器种类的增加，随着变频器可接收控制信号的增多，变频技术日趋成熟，电动机控制方案日趋合理先进。

4.1 冲次调节

在采油过程中，工作人员可根据每口油井的供液情况分别设置变频器的参数值，调整永磁同步电动机的运行速度，继而调整抽油杆的运行速度，增加抽油泵的抽汲量，提高工作效率。

4.2 上下行程运行方向控制

天平游梁式抽油机安装有上、下行程的限位开关，由上、下限位开关将控制信号送给控制板，控制板将信号处理后送给变频器，由变频器控制电动机的正反转运行，实现抽油杆的上下行程的换向。

4.3 运行速度控制与运行曲线设定

要实现抽油机增产增效的目的，首要问题是要增加抽油泵的工作效率，要在抽油泵下行过程中适当降低运行速度，增加运行时间，保证泵的充液量。并且在上行程中设定合理的间停时间，保证泵阀能完全关闭，减少回流量。

可以在抽油机上、下行程及换向过程中，通过变频器设定永磁同步电动机多个时段的运行速度，使抽油机的换向过渡平稳且无冲击，减小了对抽油杆机械应力损伤。同时，由于换向平稳，使抽油杆的变形量得到恢复，相对增加了有效冲程，提高了泵效。

利用变频器的参数可以设定驱动器在启动加速时作无冲击性缓启动；可以调整变频器的电机启动运行后的加减速时间，获得最好的电机运行速度曲线；可以应用曲线指令的设定改变电机的运行平滑度。

5 结束语

开发研究新型技术，节能降耗，挖潜增效是油田开发的主题。天平游梁式抽油机的电气系统设计合理，技术先进，节能效果明显，应用前景广阔。

参考文献

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