摘要：油田采油設(shè)備使用大量的游梁式抽油機，由于抽油機 電機的運行效率很低，浪費了大量的電能，目前也采用了許多電機節(jié)能技術(shù)，但效果均不佳 。文中介紹了采用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)來控制抽油機電機，從而達(dá)到良好的節(jié)能效果。
關(guān)鍵詞：抽油機；感應(yīng)電機；節(jié)能；直接轉(zhuǎn)矩控制

Research of direct torque contem system of induction motor in  oil extractor
XUE Yan1,YAN Po2
(1.Northwest Electric Power Design Institute,Shaanxi Xi'an 71003 2,China;
2.Shaanxi Huanghe Group Inc.,Shaanxi Xi'an 710043,China)
Abstract：A large number of oil extractor are used in oil field,because of all these equipment's electromotor running efficien cy is very low,a great deal of electricity energy is wasted.At the present time many technique of saving energy method be used,but the effect is not satisfactio n.The text introduce the direct torque control technique to solve the question o f electromotor low efficiency,the effect is very satisfaction.
Keywords：oil Extractor;induction motor;savingenergy;direct tor que control

1簡介

目前全國各油田共有機采井約11萬口，其中抽油機井占90%以上，產(chǎn)液量的65 %，產(chǎn)油量的75%都是靠抽油機采出的，其數(shù)量每年按10%速度增長，是油田產(chǎn)油的主要方式 ，同時，也是能耗大戶，其能耗占油田總能耗的1/3。因而，減少抽油機的能耗、提高 系統(tǒng)效率、降低采油成本成為各油田實現(xiàn)節(jié)能增效的主要任務(wù)。

抽油機電機一般均使用三相異步感應(yīng)電機，目前，對于抽油機電機采取了多種節(jié)能技術(shù)，可 歸納為以下幾種。

(1)更換節(jié)能電機；
(2)并接補償電容器；
(3)采用電壓調(diào)節(jié)裝置；
(4)采用通用變頻器。

采用上述節(jié)能措施后，抽油機電機運行效率有所提高，但由于抽油機電機運行工況存在轉(zhuǎn)矩 變化快、轉(zhuǎn)矩變化范圍大、平衡受井況變化影響、出現(xiàn)發(fā)電態(tài)等因素影響，長期運行節(jié)電效 果不佳，一般平均綜合節(jié)電率＜5%。

針對這種狀況，筆者采用當(dāng)前最新的電機直接轉(zhuǎn)矩控制原理，結(jié)合抽油機電機的運行工況， 研制了抽油機電機直接轉(zhuǎn)矩控制器，提高抽油機電機的綜合節(jié)電效率。

電機的直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)理論最先由德國魯爾大學(xué)Depenbrock教授于1985年提出。這是交 流電機調(diào)速理論繼矢量控制之后的一新突破。它用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標(biāo)系 中計算電機磁鏈和轉(zhuǎn)矩，由磁鏈和轉(zhuǎn)矩的Bang-Bang控制產(chǎn)生PWM信號，對逆變器的開關(guān)狀態(tài) 進(jìn)行最佳選擇，從而獲得高效的動態(tài)性能。

2直接轉(zhuǎn)矩控制原理

直接轉(zhuǎn)矩控制是定子磁場定向，因此建立在靜止的坐標(biāo)系(α,β)上。定子各量的變換公式如下：

其中：Xa(t),Xb(t),Xc(t)是定子相應(yīng)量的瞬時值，Xα(t)，Xβ(t)是(α，β) 坐標(biāo)系上的兩個分量。

直接轉(zhuǎn)矩控制的核心是磁鏈控制和轉(zhuǎn)矩控制，控制原理框圖如圖1所示。

控制時首先測出直流母線電壓和定子電流，再按式(1)的坐標(biāo)變換，將它們分 解到α，β方 向，并在這兩個方向計算出實際的磁鏈值和轉(zhuǎn)矩值，作為反饋分別與磁通給定和轉(zhuǎn)矩給定構(gòu) 成閉環(huán)，進(jìn)行Bang-Bang控制，產(chǎn)生磁鏈和轉(zhuǎn)矩請求信號，同時還要計算出磁鏈所 在扇區(qū)位置，最終通過轉(zhuǎn)矩請求、磁鏈請求、磁鏈扇區(qū)使逆變器開關(guān)優(yōu)化器發(fā)出優(yōu)化的PW M信號，驅(qū)動IGBT輸出電壓達(dá)到控制電機的目的。

3系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。圖中包括主回路和控制回路，主回路逆變器采用IG BT功率管；控制回路的核心采用DSP處理器，它具有高速數(shù)據(jù)計算處理能力，能夠滿足DTC高 速實時計算的要求。

4現(xiàn)場運行效果

基于直接轉(zhuǎn)矩控制原理研制的AMCS100型抽油機電機直接轉(zhuǎn)矩控制器，在大慶 油田采油七廠第三油礦170－70、174－82、176－663口抽油機井上安裝運行，經(jīng)檢測，在 原運行工況(沖次、沖程)不變的條件下，有功節(jié)電率分別達(dá)30.51%、20.96%、14.52%； 無功節(jié)電率分別達(dá)97.74%、97.88%、96.11%；功率因數(shù)分別達(dá)0.989、0.992、0.987 ；綜合節(jié)電率分別達(dá)39.35%、29.71%、21.60%，節(jié)能效果顯著。從節(jié)電效果來看，平均 負(fù)載重、有發(fā)電態(tài)的井節(jié)電率很高；對于平衡好基本無發(fā)電態(tài)的井節(jié)電率也可達(dá)到20%以上 。

5結(jié)論

將直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)應(yīng)用于抽油機的電機控制上，具有轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)動態(tài)響應(yīng)速 度快的特點，轉(zhuǎn)矩和磁鏈可分別進(jìn)行控制，易于抑制發(fā)電態(tài)的產(chǎn)生。經(jīng)實際運行，達(dá)到了顯 著的節(jié)能效果。極具推廣價值。

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