永磁同步電機—油田抽油機用永磁同步電動機設(shè)計

    一、油田抽油機用電動機的特點

抽油機是油田主要生產(chǎn)機械，所消耗的電能占油田電能消耗的60％左右。抽油機對電動機的要求是大起動轉(zhuǎn)矩、高效率和寬廣的經(jīng)濟運行范圍。若采用感應(yīng)電動機，為滿足抽油機大起動轉(zhuǎn)矩的要求，需配置大容量的感應(yīng)電動機，而正常運行時平均負載率較低，效率和功率因數(shù)低，造成電能的大量浪費。與感應(yīng)電動機相比，將永磁同步電動機應(yīng)用于抽油機，具有以下優(yōu)點：①經(jīng)合理設(shè)計，可獲得大起動轉(zhuǎn)矩，因而可用小機座號的永磁同步電動機代替比其大1一2個機座號的感應(yīng)電動機，在降低永磁同步電動機體積的同時，提高了負載率；②可獲得高效率和高功率因數(shù)；③經(jīng)濟運行范圍寬。

二、油田抽油機用永磁同步電動機的設(shè)計準則

結(jié)合油田抽油機用電動機的特點及前述提高性能的技術(shù)措施，得到油田抽油機用永磁同步電動機的設(shè)計準則如下：

( 1）適當減小氣隙磁通，以降低鐵耗，但應(yīng)保證一定的反電動勢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)濟運行范圍。

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

( 3）轉(zhuǎn)子槽形和端環(huán)設(shè)計時應(yīng)考慮適當增大轉(zhuǎn)子電阻，以提高起動轉(zhuǎn)矩，但必須保證電動機有足夠的牽入轉(zhuǎn)矩。

( 4）轉(zhuǎn)子磁路設(shè)計應(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)電制動轉(zhuǎn)矩的最大值減小，電機最小轉(zhuǎn)矩增大，對電動機的起動有利。

三、油田抽油機用永磁同步電動機的設(shè)計

為增加零部件的通用性，抽油機永磁同步電動機采用YZ系列感應(yīng)電動機的定子沖片、機座、端蓋、接線盒、風罩等。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，提高電機的功率因數(shù)。轉(zhuǎn)子槽采用平底槽或凸形槽。油田抽油機用38oV系列永磁同步電動機包括11kw 、 15kw 、 18 . skw 、 22kw 、 3OkW 、37kw 、 45kw共7個功率等級，每個功率等級都有6 、 8極兩個規(guī)格，與三相感應(yīng)電動機的替代關(guān)系見表8一3 。

四、主要性能

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

油田抽油機用永磁同步電動機的主要性能如下：

( l）起動性能：該系列電機的起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)大于3，起動電流倍數(shù)小于11 。

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

( 3）經(jīng)濟運行性能：額定負載時的效率大于93寫，1 / 2負載時的效率大于90 % , 1 / 4負載時的效率大于84％。