永磁同步电动机在油田抽油机中的应用与节能分析

苏锦智　张继鹏

摘 要：永磁同步电动机具有结构简单、体积小、效率高及功率因数高等优点。目前，永磁同步电动机已经在冶金行业（炼铁厂和烧结厂等）、陶瓷行业（球磨机）、橡胶行业（密炼机）、石油行业（抽油机）、纺织行业（倍捻机、细纱机）等行业的中、低压电动机中成功应用，并逐步积累了设计和运行经验。永磁同步电动机是科技时代下衍生的新型电机设备。与传统的电动机相比，它具有更高的效率和功率密度，在油田抽油机中具有较高的节能应用价值。基于此，油田企业应积极研究永磁同步电动机的特性，并结合实际的油田抽油机运用情况，选择合适的油田抽油永磁同步电动机，从而促使油田开采工作顺利开展。

关键词：永磁同步电动机;油田抽油机;节能

中图分类号：TM351 文献标识码：A 文章编号：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

永磁同步电动机的启动和运行是由定子绕组、转子鼠笼绕组和永磁体三者产生的磁场相互作用形成的。电动机静止时，给定子绕组通入三相对称电流产生定子旋转磁场，定子旋转磁场相对于转子旋转在笼型绕组内产生电流形成转子旋转磁场，定子旋转磁场与转子旋转磁场相互作用产生的异步转矩使转子由静止开始加速转动。在这个过程中，转子永磁磁场与定子旋转磁场转速不同会产生交变转矩。当转子加速到速度接近同步转速的时候，转子永磁磁场与定子旋转磁场的转速接近相等。定子旋转磁场速度稍大于转子永磁磁场时，它们相互作用产生转矩，将转子牵入同步运行状态。在同步运行状态下，转子绕组内不再产生电流。此时，转子上只有永磁体产生磁场。它与定子旋转磁场相互作用，产生驱动转矩。可知，永磁同步电动机是靠转子绕组的异步转矩实现启动的。启动完成后，转子绕组不再起作用，由永磁体和定子绕组产生的磁场相互作用产生驱动转矩。抽油机是有杆抽油系统中一种最主要的举升开采石油的机器设备。根据是否有游梁，可将其分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机[1]。在运用过程中，这两种油田抽油机往往会因抽油机电动机的影响，产生与电机负荷运行不匹配的问题。若这一问题无法得到及时解决，在油田开采的过程中将会出现严重的能源损耗问题，从而降低油田企业的经济效益。为解决这种不良开采问题，相关油田部门应结合实际情况将永磁同步电动机科学合理运用于油田抽油机，减少开采中产生的能源損耗，从而为油田企业的健康发展提供有力的保证。

1 永磁电动机的特性及设计特点

永磁同步电动机是以永磁体提供励磁的电机，整体结构较为简单，加工和装配费用较低，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性。因为它无须励磁电流，所以没有励磁损耗，效率和功率密度更高[2]。永磁同步电动机由定子、转子、电枢绕组和端盖等部件构成。其中：定子与普通感应电动机基本相同，采用叠片结构以减小电动机运行时的铁耗;转子可做成实心，也可用叠片叠压;电枢绕组可采用集中整距绕组，也可采用分布短距绕组和非常规绕组[3]。永磁同步电动机可以有效降低油田开采的能耗，使油田获得更高的开采经济效益。

2 永磁同步电动机的应用与节能效果

永磁同步电动机具有节能的优势，所以在现阶段的发展过程中得到了十分广泛的应用，并且在油田的抽油机管理环节，其应用优势和应用价值显著，使得油田的开采工作效率更高。从永磁同步电动机和普通电动机的应用效果可知，永磁同步电动机的节能效果更加明显，可以有效提升油田企业的经济效益，确保油田企业在经营发展过程中呈现出更好的经济效益和社会效益。此外，可以结合油田企业的发展特点，有效优化设施设备和相关技术，进而在实践过程中促使油田企业良好发展。合理地将永磁同步电动机运用于企业油田开采工作，可以促使油田企业实际经济效益不断提升，因此各个油田企业应重视对永磁电动机的应用。同时，相关油田企业通过对永磁同步电动机的运用，可以有效避免因配电系统中电容问题而产生各种影响电动机运用功率的问题。借助永磁同步电动机的变压优势和运行优势，有效降低电能损耗。

从表1、表2数据可以看出，由于油田生产中一台变压器通常为3～5口油井供电，在选用异步电动机时存在富裕的容量，使得变压器出现了“大马拉小车”的现象。永磁电动机无功损耗小，一直高效率运行，减小了变压器容量，一定程度上克服了变压器“大马拉小车”的问题。与此同时，配电系统可以不装置相应的电容，充分降低了整体投资成本，同时能够更有效地减少后续的维护时间和简化运维管理流程，减少维护成本，有效避免因为电容存在而引起的谐波放大、震荡等一系列问题，为油田企业安全稳定的运行和高质量发展提供保障，同时充分体现出应有的节能环保、高质高效的应用效果，在具体实践过程中得到了广泛推行和应用。

3 问题的分析

3.1 永磁电动机机械特性和抽油机负载特性匹配

永磁电动机机械特征和抽油机负载特征不匹配，是导致永磁同步电动机无法得到节能運用的重要问题。一旦抽油机的负荷与电动机负荷不一致，就会使电动机无法按照理想的功率和负荷开展工作，导致功率变化缓慢，无法满足油田抽油机的运行需求，从而严重影响油田的开采效果[4]。因此，油田开采部门要切实有效地掌握永磁电动机的机械性等相关特性和效能，同时在实践过程中要充分明确各个设备设施和零部件的具体应用特点，并且加大运维管理的力度，重视对永磁电动机机械特性的掌控和有效处理，结合油田抽油机的负载特性，选择永磁同步电动机的功率，使其能有效满足油田抽油机的运行需求。这样既能确保油田企业能够实现良好的发展，又能为其提供必要的支撑和保障，进而提升企业经济效益和社会效益。

3.2 永磁电动机的选用

永磁电动机的选用同样是油田企业运用油田抽油机的重要工作组成部分。一旦永磁电动机的选用出现问题，会严重影响永磁同步电动机的运用效率[5]。所以，相关油田企业应结合油田抽油机的实际运用情况，选择符合其节能运用需求的永磁同步电动机型号，以有效保证电动机节能的运用效果。

3.3 脉动转矩和去磁的影响

实际上，将永磁同步电动机运用于油田抽油机时，它的脉动转矩和去磁效果都会影响永磁同步电动机的运用效果。永磁同步电动机中的脉动转矩不合理，会使电机产生不正常的振动;永磁同步电动机中的去磁问题若得不到解决，会引发失磁问题，导致永磁同步电机无法被重复应用于油田企业，也会影响电动机的实际运用价值与寿命。因此，相关油田企业应重视对这种问题的解决，提前做好对永磁同步电动机的脉动转矩设计以及相应的去磁工作，使油田电动机可以高质量安全稳定运行。做好对永磁同步电动机的脉动转矩设计以及相应的去磁工作，可以实现重复性运用，从而最大限度地提升运行效能，保障永磁同步电动机的安全运用性能和节能运用价值。这样还可以有效去除各类风险因素或者安全隐患，进一步凸显其运行效能，体现出良好的应用价值和综合效能。

4 结语

将永磁同步电动机运用于油田抽油机，可以最大限度地降低能源损耗。相关油田部门应正确认识永磁电动机的节能价值，结合实际的油田抽油机开采情况，合理选用永磁同步电动机开展工作，充分发挥永磁电动机的价值，促使油田开采工作顺利高效开展，从而不断提高油田企业的经济效益。

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