开关磁阻电动机用作游梁式抽油机拖动试验及效果评价

辛宏 李楼楼 甘庆明 陆梅 黄伟

（低渗透油气藏国家工程实验室;长庆油田公司油气工艺研究所）

开关磁阻电动机用作游梁式抽油机拖动试验及效果评价

辛宏 李楼楼 甘庆明 陆梅 黄伟

（低渗透油气藏国家工程实验室;长庆油田公司油气工艺研究所）

机驱动系统[1]。目前，其产品应用于电动车驱动系统、家用电器（洗衣机、食品加工机械等）、通用工业（风机、泵、压缩机等）、伺服与调速系统、牵引电动机等[5]。

SRD系统由开关磁阻电动机与微机智能控制器两部分组成，其中电动机内安装有位置传感器，控制器由功率电路和控制电路等单元组成。

开关磁阻电动机为定子、转子双凸极可变磁阻电动机且定子、转子极数不同。其定子、转子均由普通硅钢片叠压而成，转子上既无绕组也无永磁体，定子极上绕有集中绕组。图2给出三相12/8极结构。以图2中定、转子的相对位置作为起始位置，依次给B→C→A相绕组通电，转子既会逆着励磁顺序以逆时针方向连续旋转；反之，依次给C→B→A相通电，则电动机会以顺时针方向转动。开关磁阻电动机的转向与相绕组的电流方向无关，而取决于相绕组通电的顺序。通过控制相绕组的电子开关（IGBT）S1、S2，就可以改变电动机的转向、转矩、转速、制动等工作状态。

图2 开关磁阻电动机基本结构与原理

3 室内试验测试

为了验证开关磁阻电动机特性，开展了11 kW、15 kW开关磁阻电动机的机械特性、空载特性测试，并在不同转速不同负载情况下与变频调速系统进行了运行效率对比。试验采用开关磁阻电动机拖动三相异步电动机方式进行，二者中间连接扭矩测试仪。通过增大2台电动机间的速度差实现磁阻电动机负载的变化，异步电动机采用变频调速，磁阻电动机设计转速变化范围为0～1.8倍额定转速。

1）空载电流小。相同功率等级下，分别测试空载时开关磁阻电动机与三相异步电动机+变频调速的绕组电流和控制器输入电流，数据见表1。开关磁阻电动机空载电流仅为三相异步电动机+变频调速的四分之一左右，可见开关磁阻电动机空载小、自身效率高。

表1 空载状态下室内测试不同系统电流对比

2）启动扭矩大、电流小。开展系统过载和堵转能力试验（图3）。开关磁阻电动机启动扭矩最高达到额定转矩的2.5倍时，电流仅为额定电流的0.3倍。具有高启动转矩和低启动电流的性能，适合重载启动的场合。通常，三相异步电动机启动扭矩最高达到额定转矩的1.8倍时，电流为额定电流的5～7倍。

图3 开关磁阻电动机室内测试过载性能曲线

3）调速范围广、高效区间宽。通过恒转矩、恒功率特性、系统效率试验，测试15 kW电动机，额定转速750 r/min，转速调节范围150～1350 r/min。如图4所示，当转速和负载率在一个比较大的范围内电动机效率较高；当转速大于450 r/min、负载率为20%～100%时，开关磁阻电动机运行效率均能保持在80%以上。

图4 开关磁阻电动机室内测试不同转速下转矩与效率的关系曲线

5 现场应用存在问题

1）与三相异步电动机相比，噪音大，带载过程中最大声音可达到85 dB。

2）部分电动机因过载保护导致电动机停机，分析原因跟设置的电动机保护限值和保护时间有关系。当油井工况发生变化，载荷在某一时刻超过限定值时，电动机自动保护；由于现场人员不熟悉新型电动机产品，一旦发生故障，为不影响现场生产，马上更换电动机。

6 结论

1）开关磁阻电动机具有大扭矩启动、低负载高效、调速、正反转的特点，其特性与抽油机“重载启动、轻载运行”特性完美匹配，适合用作游梁式抽油机的拖动电动机。

2）开关磁阻电动机效率高、功率因数高，节能效果明显，对电网无污染，不需要无功补偿。

3）针对现场存在部分电动机出现因过载保护导致电动机停机的问题，重新设置电动机保护限值和保护时间，确保正常运行。由于开关磁阻电动机自身结构特点，存在噪音相对三相异步电动机较大的问题，也要逐步改进完善。

[1]王宏华.开关磁阻电动机调速控制技术[M].北京：机械工业出版社，2014：7-8.

[2]唐任远，顾国彪，秦和，等.中国电气工程大典：电机工程[M].北京：中国电力出版社，2008：12-14.

[3]王会来，傅书贵，刘柯娣，等.通过优化抽油系统设计提高抽油机井运行效率[J].石油钻采工艺，2001，23（6）：50-52.

[4]甘庆明.开关磁阻电机在采油设备中的应用探讨[J].石油机械，2009，37（4）:70-72.

[5]张志学.开关磁阻电机在节能长冲程抽油机的应用[J]石油矿场机械，2009，38（8）:75-78.

（编辑 李发荣）

2016-07-19