永磁同步電動機在油田抽油機中的應用與節能分析

蘇錦智　張繼鵬

摘 要：永磁同步電動機具有結構簡單、體積小、效率高及功率因數高等優點。目前，永磁同步電動機已經在冶金行業（煉鐵廠和燒結廠等）、陶瓷行業（球磨機）、橡膠行業（密煉機）、石油行業（抽油機）、紡織行業（倍捻機、細紗機）等行業的中、低壓電動機中成功應用，并逐步積累了設計和運行經驗。永磁同步電動機是科技時代下衍生的新型電機設備。與傳統的電動機相比，它具有更高的效率和功率密度，在油田抽油機中具有較高的節能應用價值。基于此，油田企業應積極研究永磁同步電動機的特性，并結合實際的油田抽油機運用情況，選擇合適的油田抽油永磁同步電動機，從而促使油田開采工作順利開展。

關鍵詞：永磁同步電動機;油田抽油機;節能

中圖分類號：TM351 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）26-0047-03

Application and Energy Saving Analysis of Permanent Magnet

Synchronous Motor in Oilfield Pumping Unit

SU Jinzhi ZHANG Jipeng

（Baotou Chang'an Permanent Magnet Machine Co.， Ltd.，? Baotou Inner Mongolia 014030）

Abstract：The brushless electric motor has the advantages of simple structure， small size， high efficiency and high power factor. At present， the brushless electric motor has been successfully used in medium and low voltage motors in metallurgical industry （ironmaking and sintering plants， etc.） ， ceramic industry （ball mill） ， rubber industry （internal mixer） ， petroleum industry （pumping machine） ， textile industry （twisting machine， spinning machine） ， etc. ， and gradually accumulated experience in design and operation.Permanent magnet synchronous motor is a new type of motor equipment derived from the era of science and technology. Compared with the traditional motor， it has higher efficiency and power density， and has higher energy-saving value in the oil field pumping unit. Based on this， the relevant oilfield enterprises should actively study the characteristics of permanent magnet synchronous motor， combined with the actual application of oilfield pumping units， select the permanent magnet synchronous motor matching oilfield pumping units， so as to promote the smooth development of oilfield production.

Keywords： permanent magnet synchronous motor;oilfield pumping unit;energy conservation

永磁同步電動機的啟動和運行是由定子繞組、轉子鼠籠繞組和永磁體三者產生的磁場相互作用形成的。電動機靜止時，給定子繞組通入三相對稱電流產生定子旋轉磁場，定子旋轉磁場相對于轉子旋轉在籠型繞組內產生電流形成轉子旋轉磁場，定子旋轉磁場與轉子旋轉磁場相互作用產生的異步轉矩使轉子由靜止開始加速轉動。在這個過程中，轉子永磁磁場與定子旋轉磁場轉速不同會產生交變轉矩。當轉子加速到速度接近同步轉速的時候，轉子永磁磁場與定子旋轉磁場的轉速接近相等。定子旋轉磁場速度稍大于轉子永磁磁場時，它們相互作用產生轉矩，將轉子牽入同步運行狀態。在同步運行狀態下，轉子繞組內不再產生電流。此時，轉子上只有永磁體產生磁場。它與定子旋轉磁場相互作用，產生驅動轉矩。可知，永磁同步電動機是靠轉子繞組的異步轉矩實現啟動的。啟動完成后，轉子繞組不再起作用，由永磁體和定子繞組產生的磁場相互作用產生驅動轉矩。抽油機是有桿抽油系統中一種最主要的舉升開采石油的機器設備。根據是否有游梁，可將其分為游梁式抽油機和無游梁式抽油機[1]。在運用過程中，這兩種油田抽油機往往會因抽油機電動機的影響，產生與電機負荷運行不匹配的問題。若這一問題無法得到及時解決，在油田開采的過程中將會出現嚴重的能源損耗問題，從而降低油田企業的經濟效益。為解決這種不良開采問題，相關油田部門應結合實際情況將永磁同步電動機科學合理運用于油田抽油機，減少開采中產生的能源損耗，從而為油田企業的健康發展提供有力的保證。

1 永磁電動機的特性及設計特點

永磁同步電動機是以永磁體提供勵磁的電機，整體結構較為簡單，加工和裝配費用較低，且省去了容易出問題的集電環和電刷，提高了電動機運行的可靠性。因為它無須勵磁電流，所以沒有勵磁損耗，效率和功率密度更高[2]。永磁同步電動機由定子、轉子、電樞繞組和端蓋等部件構成。其中：定子與普通感應電動機基本相同，采用疊片結構以減小電動機運行時的鐵耗;轉子可做成實心，也可用疊片疊壓;電樞繞組可采用集中整距繞組，也可采用分布短距繞組和非常規繞組[3]。永磁同步電動機可以有效降低油田開采的能耗，使油田獲得更高的開采經濟效益。

2 永磁同步電動機的應用與節能效果

永磁同步電動機具有節能的優勢，所以在現階段的發展過程中得到了十分廣泛的應用，并且在油田的抽油機管理環節，其應用優勢和應用價值顯著，使得油田的開采工作效率更高。從永磁同步電動機和普通電動機的應用效果可知，永磁同步電動機的節能效果更加明顯，可以有效提升油田企業的經濟效益，確保油田企業在經營發展過程中呈現出更好的經濟效益和社會效益。此外，可以結合油田企業的發展特點，有效優化設施設備和相關技術，進而在實踐過程中促使油田企業良好發展。合理地將永磁同步電動機運用于企業油田開采工作，可以促使油田企業實際經濟效益不斷提升，因此各個油田企業應重視對永磁電動機的應用。同時，相關油田企業通過對永磁同步電動機的運用，可以有效避免因配電系統中電容問題而產生各種影響電動機運用功率的問題。借助永磁同步電動機的變壓優勢和運行優勢，有效降低電能損耗。

從表1、表2數據可以看出，由于油田生產中一臺變壓器通常為3～5口油井供電，在選用異步電動機時存在富裕的容量，使得變壓器出現了“大馬拉小車”的現象。永磁電動機無功損耗小，一直高效率運行，減小了變壓器容量，一定程度上克服了變壓器“大馬拉小車”的問題。與此同時，配電系統可以不裝置相應的電容，充分降低了整體投資成本，同時能夠更有效地減少后續的維護時間和簡化運維管理流程，減少維護成本，有效避免因為電容存在而引起的諧波放大、震蕩等一系列問題，為油田企業安全穩定的運行和高質量發展提供保障，同時充分體現出應有的節能環保、高質高效的應用效果，在具體實踐過程中得到了廣泛推行和應用。

3 問題的分析

3.1 永磁電動機機械特性和抽油機負載特性匹配

永磁電動機機械特征和抽油機負載特征不匹配，是導致永磁同步電動機無法得到節能運用的重要問題。一旦抽油機的負荷與電動機負荷不一致，就會使電動機無法按照理想的功率和負荷開展工作，導致功率變化緩慢，無法滿足油田抽油機的運行需求，從而嚴重影響油田的開采效果[4]。因此，油田開采部門要切實有效地掌握永磁電動機的機械性等相關特性和效能，同時在實踐過程中要充分明確各個設備設施和零部件的具體應用特點，并且加大運維管理的力度，重視對永磁電動機機械特性的掌控和有效處理，結合油田抽油機的負載特性，選擇永磁同步電動機的功率，使其能有效滿足油田抽油機的運行需求。這樣既能確保油田企業能夠實現良好的發展，又能為其提供必要的支撐和保障，進而提升企業經濟效益和社會效益。

3.2 永磁電動機的選用

永磁電動機的選用同樣是油田企業運用油田抽油機的重要工作組成部分。一旦永磁電動機的選用出現問題，會嚴重影響永磁同步電動機的運用效率[5]。所以，相關油田企業應結合油田抽油機的實際運用情況，選擇符合其節能運用需求的永磁同步電動機型號，以有效保證電動機節能的運用效果。

3.3 脈動轉矩和去磁的影響

實際上，將永磁同步電動機運用于油田抽油機時，它的脈動轉矩和去磁效果都會影響永磁同步電動機的運用效果。永磁同步電動機中的脈動轉矩不合理，會使電機產生不正常的振動;永磁同步電動機中的去磁問題若得不到解決，會引發失磁問題，導致永磁同步電機無法被重復應用于油田企業，也會影響電動機的實際運用價值與壽命。因此，相關油田企業應重視對這種問題的解決，提前做好對永磁同步電動機的脈動轉矩設計以及相應的去磁工作，使油田電動機可以高質量安全穩定運行。做好對永磁同步電動機的脈動轉矩設計以及相應的去磁工作，可以實現重復性運用，從而最大限度地提升運行效能，保障永磁同步電動機的安全運用性能和節能運用價值。這樣還可以有效去除各類風險因素或者安全隱患，進一步凸顯其運行效能，體現出良好的應用價值和綜合效能。

4 結語

將永磁同步電動機運用于油田抽油機，可以最大限度地降低能源損耗。相關油田部門應正確認識永磁電動機的節能價值，結合實際的油田抽油機開采情況，合理選用永磁同步電動機開展工作，充分發揮永磁電動機的價值，促使油田開采工作順利高效開展，從而不斷提高油田企業的經濟效益。

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