永磁同步電機(jī)—油田抽油機(jī)用永磁同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)

    一、油田抽油機(jī)用電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)

抽油機(jī)是油田主要生產(chǎn)機(jī)械，所消耗的電能占油田電能消耗的60％左右。抽油機(jī)對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求是大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、高效率和寬廣的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍。若采用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，為滿足抽油機(jī)大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求，需配置大容量的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，而正常運(yùn)行時(shí)平均負(fù)載率較低，效率和功率因數(shù)低，造成電能的大量浪費(fèi)。與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比，將永磁同步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用于抽油機(jī)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：①經(jīng)合理設(shè)計(jì)，可獲得大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因而可用小機(jī)座號(hào)的永磁同步電動(dòng)機(jī)代替比其大1一2個(gè)機(jī)座號(hào)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，在降低永磁同步電動(dòng)機(jī)體積的同時(shí)，提高了負(fù)載率；②可獲得高效率和高功率因數(shù)；③經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍寬。

二、油田抽油機(jī)用永磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

結(jié)合油田抽油機(jī)用電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)及前述提高性能的技術(shù)措施，得到油田抽油機(jī)用永磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則如下：

( 1）適當(dāng)減小氣隙磁通，以降低鐵耗，但應(yīng)保證一定的反電動(dòng)勢(shì)E0，使E0小于并接近于UN，以保證具有高的功率因數(shù)和寬的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍。

( 2）確定定子繞組的匝數(shù)時(shí)，要兼顧起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)電流、功率因數(shù)和永磁材料用量。

( 3）轉(zhuǎn)子槽形和端環(huán)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)增大轉(zhuǎn)子電阻，以提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，但必須保證電動(dòng)機(jī)有足夠的牽入轉(zhuǎn)矩。

( 4）轉(zhuǎn)子磁路設(shè)計(jì)應(yīng)考慮增大直軸電抗Xd，并且盡量減小交直軸電抗的比值Xq / Xd，使發(fā)電制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的最大值減小，電機(jī)最小轉(zhuǎn)矩增大，對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)有利。

三、油田抽油機(jī)用永磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)

為增加零部件的通用性，抽油機(jī)永磁同步電動(dòng)機(jī)采用YZ系列感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子沖片、機(jī)座、端蓋、接線盒、風(fēng)罩等。定子繞組采用雙層分布短距繞組，三相繞組采用星形接法。

轉(zhuǎn)子沖片如圖8一59所示，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為內(nèi)置式U形或W形結(jié)構(gòu)，以放置較多的永磁體，提高電機(jī)的功率因數(shù)。轉(zhuǎn)子槽采用平底槽或凸形槽。油田抽油機(jī)用38oV系列永磁同步電動(dòng)機(jī)包括11kw 、 15kw 、 18 . skw 、 22kw 、 3OkW 、37kw 、 45kw共7個(gè)功率等級(jí)，每個(gè)功率等級(jí)都有6 、 8極兩個(gè)規(guī)格，與三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的替代關(guān)系見(jiàn)表8一3 。

四、主要性能

表8一3為22kw 、 6極永磁同步電動(dòng)機(jī)與其所代替的37kw 、 6極感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的比較，可以看出，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩能夠滿足要求，起動(dòng)電流與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)基本相當(dāng)，效率和功率因數(shù)明顯高于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。

油田抽油機(jī)用永磁同步電動(dòng)機(jī)的主要性能如下：

( l）起動(dòng)性能：該系列電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)大于3，起動(dòng)電流倍數(shù)小于11 。

( 2）功率因數(shù)：其功率因數(shù)在額定負(fù)載時(shí)應(yīng)不低于0 . 93，在1 / 2負(fù)載到額定負(fù)載范圍內(nèi)應(yīng)不低于0 . 9，在1 / 4負(fù)載時(shí)應(yīng)不低于0 . 85 。

( 3）經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性能：額定負(fù)載時(shí)的效率大于93寫(xiě)，1 / 2負(fù)載時(shí)的效率大于90 % , 1 / 4負(fù)載時(shí)的效率大于84％。