節(jié)能電控設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

節(jié)能電控設(shè)備的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

間抽控制器的特點(diǎn)及應(yīng)用

軟起動(dòng)及調(diào)壓節(jié)能型電控裝置的應(yīng)用范圍

無(wú)功補(bǔ)償節(jié)能型電控系統(tǒng)特點(diǎn)及應(yīng)用

超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)裝置的應(yīng)用

變頻調(diào)速電機(jī)的節(jié)能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

交流伺服系統(tǒng)電機(jī)的節(jié)能特點(diǎn)及應(yīng)用

永磁同步電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)節(jié)能的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

抽油機(jī)的設(shè)計(jì)能力是按照油井最大抽取量考慮的,一般留有采油能力的設(shè)計(jì)余量。另外,隨著油井由淺入深的抽取,井中液面逐漸下降,泵的充滿度越來(lái)越不足,直到最后發(fā)生空抽的現(xiàn)象。如果不加以控制,會(huì)浪費(fèi)大量的電能。

對(duì)于這種油井,最簡(jiǎn)單的方法是實(shí)行間抽,即:當(dāng)油井出液量不足或發(fā)生空抽時(shí),就關(guān)閉抽油機(jī),等待井下液量蓄積;當(dāng)液面超過(guò)一定深度時(shí),再開(kāi)啟抽油機(jī)進(jìn)行抽吸。這樣提高了抽油機(jī)的工作效率且避免了大量電能的浪費(fèi)。間抽控制的原始做法是派人定時(shí)到油井去開(kāi)停抽油機(jī),這種做法費(fèi)工費(fèi)時(shí)。間抽控制器已用于江蘇、長(zhǎng)慶、青海及大慶等油田一、間抽控制器的特點(diǎn)及應(yīng)用1.1液面探測(cè)器如果能直接測(cè)出井中的液面,那么就可以用它來(lái)控制抽油機(jī)的運(yùn)行。

1.2流量傳感器在井口通過(guò)流量傳感器檢測(cè)油井的出液量,是實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)控制最直接,也是最有效的力一法。

1.3電機(jī)電流傳感器應(yīng)當(dāng)說(shuō),電機(jī)電流的檢測(cè)是最方便、最可靠,也是最為廉價(jià)的方法。

1.4抽油桿載荷傳感器普遍采用的方法是通過(guò)特制的載荷傳感器,對(duì)抽油桿的載荷進(jìn)行檢測(cè)。一、間抽控制器的特點(diǎn)及應(yīng)用

抽油機(jī)井智能間抽控制裝置具有以下功能:

1)根據(jù)抽油機(jī)井的出液情況和壓力變化合理確定啟停時(shí)間;2)防盜開(kāi)關(guān)可以提供信號(hào)判斷是否有偷油事件發(fā)生;3)實(shí)時(shí)監(jiān)控油井生產(chǎn)的沖次及油壓、流量、電流和液面的變化,保存并自動(dòng)繪制曲線,且予以保留和遠(yuǎn)程傳輸;4)通過(guò)中間繼電器控制接觸器通斷,實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)控制,在啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行時(shí),以聲光方式報(bào)警,同時(shí)提供電動(dòng)機(jī)缺項(xiàng)自動(dòng)保護(hù)功;5)可讀取、顯示、保存和加載歷史啟停機(jī)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)格式為電子表格,可讀取和顯示當(dāng)前停機(jī)和啟機(jī)時(shí)間;6)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)輸:應(yīng)用多個(gè)設(shè)備與數(shù)據(jù)中心的PC機(jī)構(gòu)成分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),各種信息數(shù)據(jù)被現(xiàn)場(chǎng)的DTU設(shè)備上傳到數(shù)據(jù)中心,數(shù)據(jù)中心的命令也通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的DTU送達(dá)采集點(diǎn)。一、間抽控制器的特點(diǎn)及應(yīng)用

早期的控制是引入了定時(shí)鐘,只需設(shè)定開(kāi)、停機(jī)時(shí)間,便能自動(dòng)地進(jìn)行間抽控制。但仍然無(wú)法解決令抽油機(jī)的工作能力動(dòng)態(tài)地響應(yīng)油井負(fù)荷的變化,達(dá)到最佳節(jié)能控制的目的,同時(shí)還有可能影響油井的產(chǎn)量。為了解決上述問(wèn)題,通過(guò)安裝相關(guān)的傳感器,精確感知油井負(fù)荷的動(dòng)態(tài)變化,實(shí)現(xiàn)智能間抽控制(IPOC)。可采用各種不同的傳感器達(dá)到節(jié)能控制的目的。小結(jié)：間抽控制器在低產(chǎn)油井上節(jié)能效果明顯（超過(guò)50%）,同時(shí)因?yàn)槠渫顿Y少、體積小,便于安裝,因此對(duì)于“三低”油田推廣應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性很好。一、間抽控制器的特點(diǎn)及應(yīng)用

由于抽油機(jī)的功率檔次有限,而每一口油井的參數(shù)都不一樣,在選配抽油機(jī)時(shí),不可能做到量身定做,剛好和抽油機(jī)的功率檔次相匹配,一般均留有一定的功率余量。各型抽油機(jī)在配用電動(dòng)機(jī)時(shí),為了保證抽油機(jī)在各種工況下正常運(yùn)行,也留有一定的功率余量。隨著油井由淺入深的抽取,油井的產(chǎn)液量越來(lái)越少,抽油機(jī)的負(fù)荷也相應(yīng)減小。

由于上述原因,造成了抽油機(jī)的實(shí)際負(fù)載率普遍偏低,大部分抽油機(jī)的負(fù)載率在20～30%之間,最高也不會(huì)超過(guò)50%,形成了大馬拉小車的現(xiàn)象。而當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于輕載運(yùn)行時(shí),其效率和功率因數(shù)都較低,此時(shí)若適當(dāng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)定子的端電壓,使之與電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率合理匹配,這樣就降低了電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流,從而降低電動(dòng)機(jī)的鐵耗和從電網(wǎng)吸收的無(wú)功功率,可以提高電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率和功率因數(shù),達(dá)到節(jié)能的目的。二、軟起動(dòng)及調(diào)壓節(jié)能型電控裝置的應(yīng)用范圍2.1電動(dòng)機(jī)定子繞組星/三角轉(zhuǎn)換降壓節(jié)能

由于低壓電動(dòng)機(jī)在正常工作時(shí),定子三相繞組是接成“”接法后接入380V電網(wǎng)的,這樣每相繞組承受380V的線電壓,電動(dòng)機(jī)可額定的輸出機(jī)械功率。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是與電壓的平方成正比的,當(dāng)電動(dòng)機(jī)輕載時(shí)(負(fù)載率<33%,可以將電動(dòng)機(jī)的繞組由“△

”接法改成“Y”接法),使每相繞組只承受220V的電壓,即為額定電壓的0.574，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩也就僅為額定轉(zhuǎn)矩的三分之一。當(dāng)負(fù)載率>33%時(shí),再將電動(dòng)機(jī)繞組改為

接法運(yùn)行,否則會(huì)因電流過(guò)大而燒毀電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)在進(jìn)行星/三角轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊電流。二、軟起動(dòng)及調(diào)壓節(jié)能型電控裝置的應(yīng)用范圍

星形/三角形接法的實(shí)現(xiàn)一般采用交流接觸器實(shí)現(xiàn),也可以通過(guò)可控硅開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn),兩種方法在節(jié)能效果上并無(wú)多大差異,而轉(zhuǎn)換控制電路轉(zhuǎn)換時(shí)的負(fù)載率則會(huì)對(duì)節(jié)能效果產(chǎn)生較大的影響。當(dāng)負(fù)載率β<33%時(shí),不能及時(shí)進(jìn)行

切換,會(huì)影響節(jié)能效果,而當(dāng)負(fù)載率β>33%時(shí),不能及時(shí)進(jìn)行

切換,會(huì)使電流過(guò)大,銅耗增加,反而費(fèi)電,同樣影響節(jié)能效果。為了不使轉(zhuǎn)換頻繁進(jìn)行,一般在轉(zhuǎn)換點(diǎn)的負(fù)載率之間設(shè)置一定的回差,常采用負(fù)載率β<30%時(shí)進(jìn)行

轉(zhuǎn)換,而當(dāng)β>35%,進(jìn)行

轉(zhuǎn)換。二、軟起動(dòng)及調(diào)壓節(jié)能型電控裝置的應(yīng)用范圍

通過(guò)降壓對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)的目的,一是減少起動(dòng)時(shí)過(guò)大的沖擊電流,二是減小全壓起動(dòng)時(shí)過(guò)大的機(jī)械沖擊。

那么在抽油機(jī)上使用降壓軟起動(dòng)裝置,其效果究意如何?由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與所加電壓的平方成正比,所加的電壓降低了,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩達(dá)不到負(fù)載的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí),電動(dòng)機(jī)是轉(zhuǎn)不起來(lái)的,而且電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩一般小于額定轉(zhuǎn)矩,降壓對(duì)起動(dòng)就更加不利了。當(dāng)電壓升到額定電壓的70%時(shí),電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩只有額定轉(zhuǎn)矩的50%,對(duì)于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩超過(guò)50%額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載,是轉(zhuǎn)不起來(lái)的。只有當(dāng)電壓升高到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩足以克服負(fù)載的靜轉(zhuǎn)矩時(shí),電動(dòng)機(jī)才能啟動(dòng)。

因此星/三角起動(dòng)器只適合起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小于三分之一額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載,一般的軟起動(dòng)器也只適合起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小于50%額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載,對(duì)于重載起動(dòng)的負(fù)載就降低起動(dòng)電流來(lái)說(shuō),軟起動(dòng)器也是無(wú)能為力的。二、軟起動(dòng)及調(diào)壓節(jié)能型電控裝置的應(yīng)用范圍

上面的分析僅僅局限于對(duì)減小起動(dòng)電流的討論,對(duì)需重載起動(dòng)的負(fù)載,雖然使用軟起動(dòng)器并不能達(dá)到減小起動(dòng)電流的目的,當(dāng)然更不能達(dá)到節(jié)省起動(dòng)能量的作用;但是由于軟起動(dòng)器的電壓是呈鈄坡上升的,雖然在達(dá)到起動(dòng)轉(zhuǎn)矩前電動(dòng)機(jī)并不旋轉(zhuǎn),但隨著電動(dòng)機(jī)軸上扭矩的不斷增大,被拖動(dòng)的負(fù)載是慢慢被加力的,所以用軟起動(dòng)器起動(dòng)需重載起動(dòng)的負(fù)載時(shí),同樣可以達(dá)到減小機(jī)械沖擊的目的。因此,對(duì)于抽油機(jī)來(lái)講,使用軟起動(dòng)器起動(dòng),不一定能達(dá)到減小沖擊電流的目的,但可以達(dá)到減小起動(dòng)時(shí)機(jī)械沖擊的目的,還是有一定作用的。小結(jié)：對(duì)于負(fù)載率在30%以下的油井,采用星/三角轉(zhuǎn)換控制的節(jié)能效果明顯,且控制簡(jiǎn)單,投資少,具有一定的推廣價(jià)值。二、軟起動(dòng)及調(diào)壓節(jié)能型電控裝置的應(yīng)用范圍2.2電動(dòng)機(jī)可控硅軟啟動(dòng),調(diào)壓節(jié)電

可控硅軟啟動(dòng),調(diào)壓節(jié)電控制框圖如下圖所示。由單片機(jī)控制改變串聯(lián)在電動(dòng)機(jī)定子主回路中的可控硅的導(dǎo)通角β,可以改變加在定子繞組上的端電壓大小,從而起到調(diào)壓節(jié)電的目的。二、軟起動(dòng)及調(diào)壓節(jié)能型電控裝置的應(yīng)用范圍

其優(yōu)點(diǎn)是可以動(dòng)態(tài)跟蹤電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)或輸入電功率,達(dá)到最佳節(jié)能效果。在負(fù)載突然增加時(shí)也可得到及時(shí)的響應(yīng),以免電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)。可兼作電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)器,同時(shí)由于采用單片機(jī)控制,具有完善的保護(hù)功能。

其缺點(diǎn)是造價(jià)較高,且由于可控硅的移相作用,會(huì)產(chǎn)生大量的諧波,對(duì)電網(wǎng)、電機(jī)以及通訊控制系統(tǒng)造成不良的影響,今后這類產(chǎn)品將因達(dá)不到電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)而被限制使用。小結(jié)：可控硅軟起動(dòng)、調(diào)壓節(jié)能,節(jié)省的只是電動(dòng)機(jī)自身?yè)p耗的一部分,節(jié)能效益與其投資不成比例,且因?yàn)槠洚a(chǎn)生大量諧波,對(duì)電網(wǎng)及電機(jī)均有影響,因此不宜推廣。二、軟起動(dòng)及調(diào)壓節(jié)能型電控裝置的應(yīng)用范圍

交流異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功就地補(bǔ)償就是將補(bǔ)償電容器組直接與電動(dòng)機(jī)并聯(lián)運(yùn)行,電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)所需的無(wú)功功率由電容器提供,有功功率則仍由電網(wǎng)提供,因而可以最大限度地減少拖動(dòng)系統(tǒng)的無(wú)功功率需求,使整個(gè)供電線路的容量及能量損耗、導(dǎo)線截面、有色金屬消耗量以及開(kāi)關(guān)設(shè)備和變壓器的容量都相應(yīng)減小,提高供電質(zhì)量。三、無(wú)功補(bǔ)償節(jié)能型電控系統(tǒng)特點(diǎn)及應(yīng)用

無(wú)功就地補(bǔ)償只對(duì)長(zhǎng)期空載或輕載運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)有用,對(duì)于重載運(yùn)行的電動(dòng)機(jī),因?yàn)槠浔旧砉β室驍?shù)較高,沒(méi)有補(bǔ)償?shù)谋匾?。由于抽油機(jī)大部分處于輕載運(yùn)行狀況,且由于其具有分散性,低壓輸電線路較長(zhǎng),本身功率因數(shù)又偏低,無(wú)功就地補(bǔ)償?shù)男Ч^好。對(duì)于抽油機(jī)這樣的負(fù)載,由于負(fù)載頻繁變化,沒(méi)有必要采用自動(dòng)投切的電容器組補(bǔ)償,因?yàn)檫@樣會(huì)增加成本,降低可靠性,是得不償失的。只要根據(jù)電機(jī)容量及平均負(fù)載率,選配一只適當(dāng)容量的電容器進(jìn)行固定補(bǔ)償就行了,這樣既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。三、無(wú)功補(bǔ)償節(jié)能型電控系統(tǒng)特點(diǎn)及應(yīng)用4.1作為節(jié)能措施的應(yīng)用

作為節(jié)能措施的應(yīng)用抽油機(jī)由于其特殊的運(yùn)行要求,所匹配的拖動(dòng)裝置必須同時(shí)滿足三個(gè)最大的要求,即最大沖程、最大沖次、最大允許掛重。另外還需具有足夠的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩,以克服抽油機(jī)啟動(dòng)時(shí)嚴(yán)重的靜態(tài)不平衡。因此往往抽油機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)確定的安裝容量裕度較大,世紀(jì)80年代中期分別引進(jìn)國(guó)外超高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)(CJT)和超高轉(zhuǎn)差多極電動(dòng)機(jī)(CDJT)技術(shù),對(duì)抽油機(jī)拖動(dòng)裝置進(jìn)行了大量科學(xué)實(shí)驗(yàn)、測(cè)試和分析,證明抽油機(jī)匹配CDJT節(jié)能拖動(dòng)裝置具有顯著的節(jié)能效果。四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)裝置的應(yīng)用

降低抽油機(jī)拖動(dòng)裝置的安裝容量裕量就是一種節(jié)能的體現(xiàn),功率匹配變化如下表所示,所匹配功率下降,其對(duì)應(yīng)的額定電流相應(yīng)下降。網(wǎng)絡(luò)、電機(jī)繞組的銅耗與電流平方成正比,電流的下降自然會(huì)帶來(lái)?yè)p耗的降低,從而達(dá)到節(jié)能的目的。四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)裝置的應(yīng)用四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)裝置的應(yīng)用4.1.1節(jié)能原理簡(jiǎn)介由超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)和節(jié)能控制箱組成的抽油機(jī)節(jié)能拖動(dòng)裝置,電機(jī)和控制箱可根據(jù)要求做成分體或連體式,專門設(shè)計(jì)制造用于游梁式抽油機(jī)。超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)具有軟的機(jī)械特性,較低的啟動(dòng)電流,較高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩;節(jié)能控制箱具有過(guò)熱、過(guò)載、缺相等保護(hù)功能及功率因數(shù)補(bǔ)償。4.1.2超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)a)超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)在抽油機(jī)一個(gè)沖次內(nèi)的速度變化較大,充分利用系統(tǒng)的動(dòng)能均衡作用可使減速箱最大凈扭矩降低40%,最小扭矩有所增加,扭矩變化范圍小,扭矩曲線趨于平坦,如圖1。減輕了齒輪的疲勞破壞,減少了減速器齒輪的事故。四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)裝置的應(yīng)用b)超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)的軟特性改變了光桿運(yùn)行速度的規(guī)律,使光桿在重載荷期間基本上呈勻速運(yùn)行狀態(tài),此時(shí)加速度趨于0,如圖2。所以抽油桿r的最大應(yīng)力和應(yīng)力變化范圍減小,減輕了疲勞和斷脫。四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)裝置的應(yīng)用c)若油井液量增加,使用超高轉(zhuǎn)差率電機(jī),在相同工況下,抽油機(jī)最大載荷和載荷變化范圍減小,抽油桿和油管的彈性變形減小,沖程終端的加速度使泵產(chǎn)生超位移效應(yīng),使泵的有效沖程增加,泵效得到提高,相同沖次下增加產(chǎn)液量5%~10%。d)超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)的啟動(dòng)扭矩大、啟動(dòng)電流小，降低裝機(jī)功率，使電機(jī)的固定損耗(鐵損、機(jī)械損)降低。e)由于抽油機(jī)的輕載荷運(yùn)行時(shí)間遠(yuǎn)多于重載荷運(yùn)行時(shí)間,超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)的高效區(qū)設(shè)計(jì)在輕載荷區(qū)。雖然超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)的額定效率低,但其平均效率較普通電機(jī)高得多,如圖3。四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)裝置的應(yīng)用f)使用普通電機(jī),抽油機(jī)在接近上下死點(diǎn)時(shí),拖動(dòng)電機(jī)超過(guò)同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行而進(jìn)入發(fā)電狀態(tài),變電能反饋給電網(wǎng),增加了系統(tǒng)損耗。采用超高差率電機(jī)則可消除發(fā)電狀態(tài),如圖4。g)由于超高轉(zhuǎn)差率電機(jī)匹配合理,功率因數(shù)可提高50%~80%,無(wú)功功率降低60%以上。降低電網(wǎng)電流及線路損耗50%。h)在CJT節(jié)能拖動(dòng)裝置的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出的CDJT變極變速拖動(dòng)裝置,還具有多級(jí)變速的功能?？稍趲酌腌娭袃?nèi)非常方便地按下按鈕以實(shí)現(xiàn)調(diào)沖次目的(最低同步轉(zhuǎn)速500r/min),特別適用于需經(jīng)常調(diào)沖次的抽油機(jī)。四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)裝置的應(yīng)用四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)裝置的應(yīng)用

電機(jī)機(jī)械特性的軟、硬就是指轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩變化的大小?！坝病贝硭俣茸兓?“軟”代表速度變化大。普通電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性較硬,在一定負(fù)載下,轉(zhuǎn)速n(或角速度ω)較大。CJT電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性較軟,在同一負(fù)載下,轉(zhuǎn)速n(或角速度ω)較低,即轉(zhuǎn)差率較大,具有降低扭矩峰值、減小抽油機(jī)懸點(diǎn)沖擊載荷的作用,在某些工況下具有節(jié)能效果。四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)裝置的應(yīng)用

由圖5可知:普通電動(dòng)機(jī)的η、cosψ曲線陡峭;CJT電動(dòng)機(jī)的η、cosψ曲線平坦;普通電動(dòng)機(jī)在額定輸出功率點(diǎn)η、cosψ較高,運(yùn)行最經(jīng)濟(jì);在輕負(fù)載時(shí),普通電動(dòng)機(jī)的η、cosψ較低,CJT電動(dòng)機(jī)η、cosψ較高。四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)裝置的應(yīng)用

由上述可知,抽油機(jī)固有的設(shè)計(jì)及運(yùn)行特點(diǎn)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行工況相比,不可避免地出現(xiàn)了大馬拉小車的不合理匹配。絕大部分負(fù)載在電動(dòng)機(jī)額定功率(指輸出功率)的20%～30%左右。對(duì)普通電動(dòng)機(jī)而言,其效率和功率因數(shù)特低。

對(duì)CJT電動(dòng)機(jī)來(lái)講,由于曲線平坦,η、cosψ在負(fù)載變化情況下,其值變化不大,從而相對(duì)來(lái)講其η、cosψ高于普通電動(dòng)機(jī),致使有功功率降低,功率因數(shù)提高。因此,就節(jié)能而言,抽油機(jī)匹配超高轉(zhuǎn)差電動(dòng)機(jī)是合理的。

軟的機(jī)械特性造成了抽油機(jī)懸點(diǎn)最大負(fù)荷降低,抽油泵上行速度緩慢,抽油桿的彈性變形減小,從而使抽油泵的填充系數(shù)增加,吸液量增大,每沖次來(lái)油量增加,使單位液耗電能降低。四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)裝置的應(yīng)用4.2作為調(diào)參（調(diào)沖）措施的應(yīng)用

油田在采油過(guò)程中,從工藝或某些特定條件的需要出發(fā),要調(diào)整沖次。過(guò)去和現(xiàn)在均采用較笨重的辦法,即由專業(yè)人員到現(xiàn)場(chǎng)拆換皮帶輪的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。整個(gè)過(guò)程需停機(jī)進(jìn)行,執(zhí)行該任務(wù)費(fèi)事、費(fèi)時(shí),勞動(dòng)強(qiáng)度大。采用CDJT變極變速拖動(dòng)裝置,則可由采油工在幾秒鐘內(nèi)非常方便地按下按鈕就可實(shí)現(xiàn)調(diào)沖目的(最低同步轉(zhuǎn)速500r/min),特別適用于需經(jīng)常調(diào)沖次的抽油機(jī)。且不影響生產(chǎn)，十分方便。四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)裝置的應(yīng)用

小結(jié)：高轉(zhuǎn)差率多極電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng),節(jié)能效果明顯,且能適應(yīng)油井調(diào)參要求,軟的機(jī)械特性對(duì)延長(zhǎng)抽油機(jī)壽命有利。四、超高轉(zhuǎn)差率多速節(jié)能電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)裝置的應(yīng)用當(dāng)油井的地下滲透能力小于抽油機(jī)的泵排量時(shí)(絕大多數(shù)油井如此),為了提高抽吸效率,降低單位產(chǎn)量的能耗指標(biāo),最直接的辦法是實(shí)行間抽。但是大多數(shù)的油井是不允許間歇性工作的,因?yàn)槿绻L(zhǎng)時(shí)間停機(jī)的話,輕則會(huì)影響產(chǎn)油量,重則會(huì)使油井無(wú)法再開(kāi)啟。含蠟量高或含鹽量高以及油的粘稠度高且地處高寒地區(qū)的油井,如果間歇工作,會(huì)造成井口結(jié)蠟、結(jié)鹽或結(jié)油的后果,使油井無(wú)法再開(kāi)啟。對(duì)于注水油井,如果停止抽取,勢(shì)必會(huì)影響產(chǎn)油量,這將是得不償失的事,對(duì)于這類油井,就要采用其它的節(jié)能方法。變頻調(diào)速電機(jī)已用于長(zhǎng)慶、勝利及新疆等油田五、變頻調(diào)速電機(jī)的節(jié)能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

為了使抽油泵的排量與油井的滲透能力相適應(yīng),可以采用改變抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)。

低壓變頻器已是十分成熟的電氣產(chǎn)品。抽油機(jī)改用變頻器拖動(dòng)以后有以下幾個(gè)好處:①可根據(jù)油井的實(shí)際供液能力,動(dòng)態(tài)調(diào)整抽取速度,一方面達(dá)到節(jié)能目的,同時(shí)還可以增加原油產(chǎn)量;②由于實(shí)現(xiàn)了真正的軟起動(dòng),對(duì)電動(dòng)機(jī)、變速箱、抽油機(jī)都避免了過(guò)大的機(jī)械沖擊,大大延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命,減少了停產(chǎn)時(shí)間,提高了生產(chǎn)效率;③大大提高了功率因數(shù)(可由原來(lái)的0.25-0.5提高到0.9以上),從而大大減少了供電電流,減輕了電網(wǎng)及變壓器的負(fù)擔(dān),降低了線損,挖掘出了大量的“擴(kuò)容”潛力。

但是,將變頻器用于抽油機(jī)拖動(dòng)時(shí),也有幾個(gè)問(wèn)題需要解決,主要是沖擊電流問(wèn)題和再生能量的處理問(wèn)題。五、變頻調(diào)速電機(jī)的節(jié)能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

1.閉環(huán)控制的采樣問(wèn)題抽油機(jī)利用變頻器調(diào)速，使之動(dòng)態(tài)適應(yīng)油井負(fù)荷的變化，達(dá)到節(jié)電的目的，必須要加外部傳感器，否則無(wú)法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)智能控制，只能實(shí)現(xiàn)人工定值控制。所采用的傳感器的類型，與間抽控制器大體相同，但是在要求上是有差別的。流量檢測(cè)是最直觀、最準(zhǔn)確的方法，如果能實(shí)現(xiàn)小流量檢測(cè)并解決防堵問(wèn)題，應(yīng)盡量采用流量傳感器。光桿載荷傳感器也能用來(lái)檢測(cè)井下液量的多少，與間抽控制不同的是，閉環(huán)調(diào)速控制只要求載荷的變化趨勢(shì)，不需要標(biāo)定空抽設(shè)定值。光桿的平均載荷大，說(shuō)明井下液量少，應(yīng)減速運(yùn)行，反之則可加速運(yùn)行。電流控制不可取，因?yàn)檫@里除了配重的影響外，當(dāng)電機(jī)調(diào)速時(shí)，電流也是隨著變化的，因此不能將電流信號(hào)用作控制依據(jù)。五、變頻調(diào)速電機(jī)的節(jié)能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍2、再生能量的處理問(wèn)題由于抽油機(jī)屬位能性負(fù)載，尤其當(dāng)配重不平衡時(shí)，在抽油機(jī)工作的一個(gè)沖程中，會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)處于再生制動(dòng)工作狀態(tài)（發(fā)電狀態(tài)），電動(dòng)機(jī)由于位能或慣性，其轉(zhuǎn)速會(huì)超過(guò)同步速，再生能量通過(guò)與變頻器逆變橋開(kāi)關(guān)器件（IGBT）并聯(lián)的續(xù)流二極管的整流作用，反饋到直流母線。由于交-直-交變頻器的直流母線采用普通二級(jí)管整流橋供電，不能向電網(wǎng)回饋電能，所以反饋到直流母線的再生能量只能對(duì)濾波電容器充電而使直流母線電壓升高，稱作"泵升電壓"。直流母線電壓過(guò)高時(shí)將會(huì)對(duì)濾波電容器和功率開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成威脅，為了保護(hù)電容器及功率開(kāi)關(guān)器件的安全，所以，變頻器都設(shè)置了直流母線電壓高保護(hù)停機(jī)功能。五、變頻調(diào)速電機(jī)的節(jié)能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍3.沖擊電流問(wèn)題

如果抽油機(jī)不平衡,造成過(guò)大的沖擊電流，沖擊電流與工作電流之比最大可超過(guò)5倍，甚至超過(guò)額定電流的3倍！不僅浪費(fèi)掉大量的電能，而且嚴(yán)重威脅到設(shè)備的安全。同時(shí)，也給采用變頻器調(diào)速控制造成很大的困難，一般變頻器的容量是按電動(dòng)機(jī)的額定功率來(lái)選配的，過(guò)大的沖擊電流會(huì)引起變頻器的過(guò)載保護(hù)，不能正常工作。通過(guò)對(duì)抽油機(jī)曲柄配重塊的調(diào)整，可以使沖擊電流降到電機(jī)額定電流之內(nèi)，沖擊電流與正常工作電流之比在1.5倍以內(nèi)。這樣，選用與電機(jī)額定功率同容量的變頻器，甚至略小于電機(jī)額定功率的變頻器（要視抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率而定）都可以長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。由于抽油機(jī)的起動(dòng)扭矩往往很大，慣性也很大，所以要將變頻器的加減速時(shí)間設(shè)置得足夠長(zhǎng)，一般為30～50s，才不致在起動(dòng)時(shí)引起過(guò)載保護(hù)。五、變頻調(diào)速電機(jī)的節(jié)能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍4.電磁兼容性問(wèn)題這里主要講電磁干擾（EMI）問(wèn)題，即變頻器對(duì)微電腦控制器，傳感（變送）器及通信設(shè)備的干擾問(wèn)題。變頻器是一個(gè)很強(qiáng)的電磁騷擾源，變頻器中的開(kāi)關(guān)器件，以及SPWM電壓波形,會(huì)對(duì)控制及通信系造成很大的干擾。干擾的途徑，除了感應(yīng)、輻射之外，還包括傳導(dǎo)干擾，即通過(guò)連接導(dǎo)線傳導(dǎo)的干擾。在控制系統(tǒng)中，變頻器只是一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的運(yùn)行頻率（速度）指令由控制器通過(guò)對(duì)油井液量等信號(hào)的控制運(yùn)算后給予，變頻器就通過(guò)控制信號(hào)線，給微電腦控制器造成了很大的干擾，以致使控制器無(wú)法正常工作。因?yàn)槭莻鲗?dǎo)性干擾，采用屏蔽線是不解決問(wèn)題的，要從信號(hào)線上的共模及差模干擾入手，采用共模與差模濾波器，才能解決干擾問(wèn)題。五、變頻調(diào)速電機(jī)的節(jié)能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

小結(jié)：變頻調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng),通過(guò)調(diào)速使抽油機(jī)動(dòng)態(tài)適應(yīng)油井負(fù)荷變化,也可方便地進(jìn)行調(diào)參。配以流量、載荷等傳感器,可實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)的控制。同時(shí)其軟起動(dòng)性能好,對(duì)延長(zhǎng)抽油機(jī)壽命,減少維護(hù)費(fèi)用有利。節(jié)能效果最好,能耗基本上與轉(zhuǎn)速成正比,只要降速,肯定節(jié)能。是抽油機(jī)節(jié)能電控裝置的發(fā)展方向。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,其價(jià)格將進(jìn)一步降低,性能將進(jìn)一步提高。五、變頻調(diào)速電機(jī)的節(jié)能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍伺服電機(jī)的類型很多,在功率較大的控制系統(tǒng)中主要是DC伺服電機(jī)和AC伺服電機(jī)二大類。其中AC伺服電機(jī)又可分為AC同步伺服電機(jī)和AC異步伺服電機(jī)。伺服系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，其可以實(shí)現(xiàn)位置控制和零速控制，從而能大幅度降低電機(jī)運(yùn)行中的能耗，在交流伺服控制器驅(qū)動(dòng)下，能量轉(zhuǎn)換效率高于異步電機(jī)。2008年在大慶齊家北油田首次進(jìn)行了伺服電機(jī)嘗試，取得成功。到2012年達(dá)到438口井。

中原油田、勝利油田也有應(yīng)用。6.1系統(tǒng)組成油田抽油機(jī)用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要是由一套交流伺服控制系統(tǒng)及一臺(tái)三相交流異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)組成。通常電動(dòng)機(jī)無(wú)須更換,僅須在現(xiàn)有的抽油機(jī)的電動(dòng)機(jī)后部加裝一只增量式光電編碼器即可繼續(xù)投入使用。六、交流伺服系統(tǒng)電機(jī)的節(jié)能特點(diǎn)及應(yīng)用6.2系統(tǒng)特點(diǎn)(1)它是一種智能化的抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置,其特點(diǎn)是在交流電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)中運(yùn)用了智能化的邏輯控制程序,故可針對(duì)油井實(shí)際充液程度自動(dòng)調(diào)整抽油機(jī)的速度和頻率。(2)能夠?qū)﹄妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和位置信息實(shí)行精確的記錄、傳輸和運(yùn)算,并可根據(jù)抽油機(jī)載荷的瞬時(shí)變化隨時(shí)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩,即驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)僅在抽油機(jī)需要外部提供動(dòng)力時(shí)工作。當(dāng)抽油機(jī)由于自重而加速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)即停止提供動(dòng)力并放任電動(dòng)機(jī)自由旋轉(zhuǎn),從而最大限度地利用抽油機(jī)自身的慣性或勢(shì)能,實(shí)現(xiàn)了電能的零浪費(fèi)。

（3)采用了智能化的高可靠性功率器件,具有過(guò)流、過(guò)壓、短路、欠相、溫升、