抽油機(jī)用永磁同步電動(dòng)機(jī)選型技術(shù)要求2013

抽油機(jī)用永磁同步電動(dòng)機(jī)選型技術(shù)要求 二 O一三年五月 Q/SH 0451-2012 二 永磁同步電動(dòng)機(jī)在抽油機(jī)上的應(yīng)用分析 一 標(biāo)準(zhǔn)背景及起草過(guò)程 主要內(nèi)容 三 標(biāo)準(zhǔn)條文說(shuō)明解釋 四 永磁同步電動(dòng)機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)使用應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題 第一部分 標(biāo)準(zhǔn)背景及起草過(guò)程 根據(jù)股份公司 2010年中國(guó)石化企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制修訂項(xiàng)目計(jì)劃 （ 項(xiàng)目計(jì)劃編號(hào) 2010-044） ， 為規(guī)范永磁同步電動(dòng)機(jī)的選用 ， 促進(jìn)企業(yè)提高節(jié)能技術(shù)水平和管理水平 ， 由中國(guó)石油化工股份有限公司勘探開(kāi)發(fā)事業(yè)部提出 ， 中國(guó)石油化工股份有限公司科技開(kāi)發(fā)部歸口 ， 勝利油田分公司技術(shù)檢測(cè)中心負(fù)責(zé)起草該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn) 。 1 任務(wù)來(lái)源 2 目的意義 永磁同步電動(dòng)機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)相比 ， 具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大 、 高效區(qū)寬 、 功率因數(shù)高 （ 可達(dá) 0.9以上 ） 等優(yōu)點(diǎn) ， 已經(jīng)被油田所接受 ，并成為了抽油機(jī)動(dòng)力裝臵主要設(shè)備 。 但目前進(jìn)入油田市場(chǎng)的永磁電動(dòng)機(jī)品牌繁雜 ， 質(zhì)量 、 性能 、 節(jié)電效果不一 ， 而其檢測(cè)評(píng)價(jià)沒(méi)有相關(guān)的國(guó)標(biāo) 、 行標(biāo) ， 某些參數(shù)只能以異步電動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)作為參考 ，但其特有參數(shù) ， 比如：反電勢(shì)點(diǎn)等沒(méi)有可參考的依據(jù) ， 為對(duì)進(jìn)入油田市場(chǎng)的永磁電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo) 、 現(xiàn)場(chǎng)使用條件進(jìn)行規(guī)范 ，特編寫(xiě)本標(biāo)準(zhǔn) 。 這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的起草和出臺(tái) ， 將有助于采購(gòu)部門(mén)及使用部門(mén)科學(xué) 、合理的對(duì)抽油機(jī)用永磁同步電動(dòng)機(jī)的性能進(jìn)行評(píng)價(jià) ， 有助于規(guī)范油田市場(chǎng) 。 3 起草工作簡(jiǎn)要過(guò)程 標(biāo)準(zhǔn)起草工作小組先后奔赴現(xiàn)場(chǎng)使用數(shù)量較大、用戶反映良好的 5個(gè)永磁同步電動(dòng)機(jī)制造廠，針對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)，對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)以及技術(shù)使用難點(diǎn)進(jìn)行了交流，主要交流問(wèn)題包括： 1.1電動(dòng)機(jī)的機(jī)座號(hào)與轉(zhuǎn)速及功率的對(duì)應(yīng)關(guān)系； 1.2電動(dòng)機(jī)在功率、電壓、頻率為額定值時(shí)，其空載損耗、效率和功率因數(shù)保證值； 1.3額定電壓下，電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比應(yīng)不低于的保證值； 1.4額定電壓下，電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)電流與額定電流之比； 1.5不同負(fù)載下效率、功率因數(shù)的變化； 1.6空載反電勢(shì)的測(cè)定； 1.7是否具備相應(yīng)的試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)方法； 1.8了解各廠家電動(dòng)機(jī)使用的磁鋼性能以及定子、轉(zhuǎn)子矽鋼片的使用情況。 1 永磁同步電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家調(diào)研 統(tǒng)計(jì) 2007年以來(lái)的的試驗(yàn)室測(cè)試數(shù)據(jù)，主要包括空載測(cè)試參數(shù)、負(fù)載測(cè)試參數(shù)、堵轉(zhuǎn)測(cè)試參數(shù)。 2007年永磁同步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)室測(cè)試數(shù)據(jù)，包括不同功率、不同極數(shù)永磁同步電動(dòng)機(jī)的空載損耗、空載反電勢(shì)，不同負(fù)載率下的電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)、電動(dòng)機(jī)效率。 2008年、 2010年永磁同步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)室測(cè)試數(shù)據(jù)，包括不同功率、不同極數(shù)永磁同步電動(dòng)機(jī)的空載損耗、空載反電勢(shì)，不同負(fù)載率下（負(fù)載率為 25%、 50%、 75%、 100%、 120%）的電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)、電動(dòng)機(jī)效率。 2 試驗(yàn)室試驗(yàn) 3 起草工作簡(jiǎn)要過(guò)程 電 源 380V、 50HZ 電動(dòng)機(jī) 接線盒 電能測(cè)試儀 空載電參數(shù)測(cè)試原理圖 3 起草工作簡(jiǎn)要過(guò)程 2 試驗(yàn)室試驗(yàn) 電能測(cè)試儀 電 源 380V、 50Hz 電動(dòng)機(jī) 電能測(cè)試儀 發(fā)電機(jī) 反饋回電網(wǎng) 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀 試驗(yàn)室效率測(cè)試接線示意圖 3 起草工作簡(jiǎn)要過(guò)程 2 試驗(yàn)室試驗(yàn) 試驗(yàn)室電機(jī)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩測(cè)量裝置示意圖 1.連接法蘭盤(pán) 2.傳力杠桿 3.傳感器 4.上安裝板組件 5.調(diào)整墊塊 6. 下安裝板組件 7.數(shù)據(jù)處理單元 8.PC機(jī) 3 起草工作簡(jiǎn)要過(guò)程 2 試驗(yàn)室試驗(yàn) 永磁同步電動(dòng)機(jī)在堵轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)較劇烈，各個(gè)轉(zhuǎn)矩分量都是變換很快的瞬態(tài)量，這些都使永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測(cè)試較異步電機(jī)困難，目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有永磁同步電機(jī)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩測(cè)試儀器，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩都是根據(jù)理論計(jì)算得出，無(wú)法實(shí)現(xiàn)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的實(shí)測(cè)，造成電機(jī)生產(chǎn)廠家的標(biāo)注混亂，與電機(jī)實(shí)際堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩相差大。 轉(zhuǎn)矩測(cè)試采用的電機(jī)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩測(cè)試裝臵，能在 1s內(nèi)采集 600個(gè)點(diǎn)，并通過(guò)信號(hào)調(diào)理模塊將應(yīng)變電信號(hào)轉(zhuǎn)換成 232格式，通過(guò)電腦可清晰的看出瞬時(shí)堵轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)并通過(guò)軟件計(jì)算出電機(jī)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。 電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩具體測(cè)試方法是將鋼臂一端固定在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上，另一端放在壓力傳感器上。對(duì)電機(jī)施加電壓，測(cè)試其堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。 3 起草工作簡(jiǎn)要過(guò)程 2 試驗(yàn)室試驗(yàn) 主要包括 2008年、 2010年現(xiàn)場(chǎng)永磁同步電動(dòng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)。 3 起草工作簡(jiǎn)要過(guò)程 3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試 4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 5 征求其他油田有關(guān)單位和專家的意見(jiàn)，提出本標(biāo)準(zhǔn)的征求意見(jiàn)稿 統(tǒng)計(jì) 2007年以來(lái)的的試驗(yàn)室及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、測(cè)試數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)包括： 4.1空載損耗、空載反電勢(shì)； 4.2不同負(fù)載下的電動(dòng)機(jī)效率、功率因數(shù)； 4.3堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩、堵轉(zhuǎn)電流； 4.4現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行電壓、功率因數(shù)及電動(dòng)機(jī)功率利用率等參數(shù)。 第二部分 永磁同步電動(dòng)機(jī)在抽油機(jī)上的應(yīng)用分析 抽油機(jī)用節(jié)能電動(dòng)機(jī)主要包括雙功率電機(jī) 、直線電機(jī) 、高轉(zhuǎn)差電機(jī) 、電磁調(diào)速電機(jī) 、磁阻電機(jī) 、抽油機(jī)專用永磁同步電機(jī) 、齒輪減速電機(jī) 等，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)。 實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果說(shuō)明 ， 抽油機(jī)專用永磁同步電動(dòng)機(jī)是近幾年不斷發(fā)展不斷完善的電動(dòng)機(jī) ， 任何抽油機(jī)上都可以應(yīng)用 ， 節(jié)電效果最好 。 特別其容性無(wú)功特性是其他電機(jī)無(wú)法比擬的 。 因此在抽油機(jī)上應(yīng)為首選電機(jī) 。 1 抽油機(jī)用節(jié)能電機(jī) 類型 原理及優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 普通 Y系列電機(jī) 油田抽油機(jī)上應(yīng)用的最多，約占 80%，價(jià)格低，穩(wěn)定可靠， 是一種傳統(tǒng)電機(jī) 在抽油機(jī)上應(yīng)用效率較低，沒(méi)有特色 雙功率電動(dòng)機(jī) 兩個(gè)電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，啟動(dòng)后，根據(jù)負(fù)載情況自動(dòng)確定大功率還是小功率段運(yùn)行。電機(jī)啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，啟動(dòng)時(shí)的電壓降小 配電柜需加裝集成電路控制板，使控制線路復(fù)雜，且損耗大、效率低、功率因數(shù)低，與其他節(jié)能電機(jī)相比，在抽油機(jī)上并無(wú)優(yōu)勢(shì)可言 直線電機(jī) 電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成了直線運(yùn)動(dòng)，電機(jī)支架取代了抽油機(jī)；電機(jī)直接拖動(dòng)抽油機(jī)桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，省去了所有的減速傳動(dòng)設(shè)備；占地面積較小。 電機(jī)自身效率較低，控制線路復(fù)雜，產(chǎn)生諧波分量較大 ,引起變壓器的電壓波形畸變；價(jià)格較高 高轉(zhuǎn)差電機(jī) 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、電流小，啟動(dòng)時(shí)的電壓降較小。無(wú)功節(jié)電較明顯，電機(jī)功率因數(shù)有所提高 轉(zhuǎn)差大，銅耗正比于轉(zhuǎn)差率，銅耗增加，發(fā)熱嚴(yán)重，效率 不高 電磁調(diào)速電機(jī) 一部分是普通的 Y系列電動(dòng)機(jī)，另一部分是電磁調(diào)整部分。比較容易調(diào)整抽油機(jī)的沖次 體積大，重量大，成本高，電磁調(diào)整系統(tǒng)要多耗一部分電能，因此，整體效率很低，其額定效率僅為 60% 70% 磁阻電機(jī) 速度調(diào)整非常方便，比較容易調(diào)整抽油機(jī)的沖次 控制線路復(fù)雜，產(chǎn)生諧波分量較大引起變壓器的電壓波形畸變；噪聲很大。 且整套系統(tǒng)效率不高 齒輪減速電機(jī) 輸出轉(zhuǎn)速很低， 180 300轉(zhuǎn) /分，齒輪傳送效率較高。在低產(chǎn)液量井上使用效率提高特別明顯，體積小重量輕，價(jià)格低，電機(jī)額定功率大幅下降4 5個(gè)功率等級(jí) 效率、功率因數(shù)較低且有機(jī)械減速部分，每年有部分的維護(hù)工作量 1 抽油機(jī)用節(jié)能電機(jī) 2 替代異步電機(jī)優(yōu)勢(shì) 1、 效率與功率因數(shù)高 異步電機(jī)在工作時(shí) ， 轉(zhuǎn)子繞組要從電網(wǎng)吸收部分電能勵(lì)磁 ， 消耗了電網(wǎng)電能 ， 這部分電能最終以電流在轉(zhuǎn)子繞組中發(fā)熱消耗掉 ， 該損耗約占電機(jī)總損耗的 2030%， 它使電機(jī)的效率降低 。 該轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流折算到定子繞阻后呈感性電流 ， 使進(jìn)入定子繞阻中的電流落后與電網(wǎng)電壓一個(gè)角度 ， 造成電機(jī)的功率因數(shù)降低 。 另外 ， 從永磁同步電機(jī)與異步電機(jī)的效率及功率因數(shù)曲線可以看出 ， 異步電動(dòng)機(jī)在負(fù)載率 50%時(shí) ， 其運(yùn)行效率和運(yùn)行功率因數(shù)大幅度下降 ， 所以在抽油機(jī)上運(yùn)行時(shí)效率不高 。 永磁同步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子上鑲嵌了永磁體后 ， 由永磁體來(lái)建立轉(zhuǎn)子磁場(chǎng) ， 在正常工作時(shí)轉(zhuǎn)子與定子磁場(chǎng)同步運(yùn)行 ， 轉(zhuǎn)子中無(wú)感應(yīng)電流 ， 不存在轉(zhuǎn)子電阻損耗 ， 只此一項(xiàng)可提高電機(jī)效率 4%5%。 由于在永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中無(wú)感應(yīng)電流勵(lì)磁 ， 定子繞組有可能呈純阻性負(fù)載 ， 使電機(jī)功率因數(shù)幾乎近于 1. 2 替代異步電機(jī)優(yōu)勢(shì) 永磁同步電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 圖 2、 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大 異步電機(jī)啟動(dòng)時(shí) ， 要求電機(jī)具有足夠大得啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ， 但又希望啟動(dòng)電流不要太大 ， 以免電網(wǎng)產(chǎn)生過(guò)大的電壓降落而影響接在電網(wǎng)上的其他電機(jī)和電氣設(shè)備的正常運(yùn)行 。 此外 ， 啟動(dòng)電流過(guò)大時(shí) ， 將使電機(jī)本身受到過(guò)大電磁力的沖擊 ， 如果經(jīng)常啟動(dòng) ， 還有使繞組過(guò)熱的危險(xiǎn) 。 永磁同步電動(dòng)機(jī)一般也使用異步啟動(dòng)方式 ， 由于永磁同步電動(dòng)機(jī)在正常工作時(shí)轉(zhuǎn)子不起作用 ， 在設(shè)計(jì)永磁同步電動(dòng)機(jī)時(shí) ， 可使轉(zhuǎn)子繞組完全滿足高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求 ， 例如使啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)由異步電機(jī)的 1.8倍上升到 2.5倍 ， 甚至更大 ， 較好的解決了動(dòng)力設(shè)備中的“ 大馬拉小車(chē) ” 的現(xiàn)象 。 2 替代異步電機(jī)優(yōu)勢(shì) 3、 工作溫升降低 由于異步電機(jī)工作時(shí) ， 轉(zhuǎn)子繞組有電流流動(dòng) ， 而這個(gè)電流完全以熱能的形式消耗掉 ， 所以在轉(zhuǎn)子繞組中將產(chǎn)生大量的熱量 ， 使電機(jī)的溫升升高 ， 影響了電機(jī)的壽命 。 由于永磁同步電動(dòng)機(jī)效率高 ， 轉(zhuǎn)子繞組中不存在電阻損耗 ， 定子繞組中較少有或幾乎不存在無(wú)功電流 ， 使電機(jī)溫升低 ， 延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命 。 2 替代異步電機(jī)優(yōu)勢(shì) 4、 對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響 因異步電機(jī)的功率因數(shù)低 ， 電機(jī)要從電網(wǎng)中吸收大量的無(wú)功電流 ，造成電網(wǎng) 、 輸變電設(shè)備及發(fā)電設(shè)備中有大量無(wú)功電流 ， 進(jìn)而使電網(wǎng)的品質(zhì)因數(shù)下降 ， 加重了電網(wǎng)及輸變電設(shè)備的負(fù)荷 ， 同時(shí)無(wú)功電流在電網(wǎng) 、 輸變電設(shè)備及發(fā)電設(shè)備中均要消耗部分電能 ， 造成電力電網(wǎng)效率變低 ， 影響了電能的有效利用 。 同樣由于異步電機(jī)的效率低 ， 要滿足輸出功率的要求 ， 勢(shì)必要從電網(wǎng)多吸收電能 ， 進(jìn)一步增加了電網(wǎng)能量的損失 ， 加重了電網(wǎng)負(fù)荷 。 在永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中無(wú)感應(yīng)電流勵(lì)磁 ， 電機(jī)的功率因數(shù)高 ，提高了電網(wǎng)的品質(zhì)因數(shù) ， 使電網(wǎng)中不再需要安裝補(bǔ)償器 。 同時(shí) ， 因永磁同步電動(dòng)機(jī)的效率高也節(jié)約了電能 。 2 替代異步電機(jī)優(yōu)勢(shì) 使用抽油機(jī)專用永磁電機(jī)替代普通電機(jī)，電動(dòng)機(jī)的容量減少，工作電流大幅度下降，自身?yè)p耗和線路損耗大幅度減少，經(jīng)濟(jì)效益顯著，主要包括以下 4個(gè)方面。 1.抽油機(jī)專用永磁同步電動(dòng)機(jī)具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、效率和功率因數(shù)高、無(wú)轉(zhuǎn)差及過(guò)負(fù)載能力強(qiáng)的特點(diǎn)，可使配套三相異步電動(dòng)機(jī)功率降低 1-2個(gè)功率段。每臺(tái) 30kW永磁高效同步電動(dòng)機(jī)替代 55kW異步電機(jī)平均節(jié)電 1.5kW左右，按年運(yùn)行 8000h計(jì)算，每年可節(jié)電12000kWh。 3 替代異步電機(jī)效益分析 3.由于變壓器、電動(dòng)機(jī)容量的降低，可使供電線路電流下降、功率因數(shù)提高，可使供電系統(tǒng)在不改變?cè)瓉?lái)供電設(shè)備的基礎(chǔ)上，增加系統(tǒng)的供電能力。 功率因數(shù)的提高可使電流、視在功率減小1/2以上，在不增加變電所的容量的情況下，相當(dāng)于變電所增容50%。 2.電流下降使得線路損耗下降。變壓器至電動(dòng)機(jī)的電纜長(zhǎng)度約為 100m,截面積為 25mm2。電流的下降，使單井低壓電纜有功損耗減少 0.5 0.7kW；變壓器容量的減少，自身?yè)p耗減少 0.3 kW左右；一條帶 10口井的 6000V線路可減少高壓線路損耗約 3.9kW。 3 替代異步電機(jī)效益分析 4.永磁同步電動(dòng)機(jī)可在容性負(fù)載狀態(tài)下運(yùn)行，低壓側(cè)不需要增加任何電容補(bǔ)償，就可使線路的功率因數(shù)達(dá)到 0.9以上；由于變壓器呈感性負(fù)載，可以和電動(dòng)機(jī)進(jìn)行一部分的無(wú)功補(bǔ)償，因此高壓側(cè)的功率因數(shù)可達(dá)到 0.95以上，減少電容補(bǔ)償費(fèi)用。 3 替代異步電機(jī)效益分析 永磁同步電動(dòng)機(jī)機(jī)在抽油機(jī)上的應(yīng)用 ， 人們最擔(dān)心的是退磁問(wèn)題 。 曾 抽測(cè) 6個(gè)生產(chǎn)廠家的 12臺(tái)在用永磁同步電機(jī) ， 其中4家的主要參數(shù)合格率為零 ， 主要是用磁體的質(zhì)量不過(guò)關(guān)； 2家的全部合格 。 不合格的主要原因是：據(jù)調(diào)研 ， 國(guó)內(nèi)永磁體正規(guī)生產(chǎn)廠的設(shè)備先進(jìn) ， 檢驗(yàn)設(shè)備齊 ， 工藝過(guò)程全部真空化， 產(chǎn)品的質(zhì)量好 。 一些設(shè)備陳舊 ， 檢驗(yàn)設(shè)備不全 ， 工藝落后的廠家生產(chǎn)的永磁體各項(xiàng)性能參數(shù)很難做到長(zhǎng)期穩(wěn)定 。 因此， 必須要求該電機(jī)廠選用正規(guī)生產(chǎn)廠家的永磁體 。 4 現(xiàn)場(chǎng)使用的幾個(gè)問(wèn)題 1.退磁問(wèn)題 五類磁鋼： 鋁鎳鈷磁鋼 、 鐵氧體磁鋼 、 燒結(jié)釹鐵硼 、 粘接釹鐵硼 、 釹鐵硼磁鋼 每類產(chǎn)品按最大磁能積大小劃分若干個(gè)牌號(hào)： N35 N52,N35M N50M， N30H N48H,N30SH N45SH，N28UH N35UH,N28EH N35EH 磁鋼 N38SH： N38是磁鋼性能標(biāo)號(hào) ， SH是耐溫標(biāo)號(hào) ， 耐溫 120度 。 1.退磁問(wèn)題 4 現(xiàn)場(chǎng)使用的幾個(gè)問(wèn)題 為此 ， 我們可以從永磁同步電機(jī)中拆出所有永磁體 ， 從每臺(tái)中隨機(jī)抽取幾塊 ， 用大塊稀土永磁無(wú)損測(cè)量裝臵測(cè)試永磁體的剩磁 、 磁感矯頑力 、 內(nèi)稟矯頑力 、 最大磁能積 ， 與標(biāo)準(zhǔn)比對(duì) ， 即可知道永磁體是否退磁 。 選擇合理標(biāo)號(hào)的磁鋼 ， 可以有效防止電退磁 。 1.退磁問(wèn)題 4 現(xiàn)場(chǎng)使用的幾個(gè)問(wèn)題 抽油機(jī)電機(jī)運(yùn)行時(shí)負(fù)載率都很低 ， 而啟動(dòng)時(shí)又需要大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ， 因此 ， 人們?cè)谶x擇永磁同步電機(jī)時(shí)總希望啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)大的電機(jī) ， 這樣可以降低抽油機(jī)配備電機(jī)的額定功率 ， 進(jìn)而提高電機(jī)的負(fù)載率 ， 達(dá)到節(jié)電之目的 。 但在抽油機(jī)工作狀況下 ， 部分生產(chǎn)廠家的永磁同步電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)遠(yuǎn)低于說(shuō)明書(shū)中的指標(biāo) ， 故抽油機(jī)啟動(dòng)困難 ， 甚至無(wú)法啟動(dòng) 。 主要原因是：低壓線路較長(zhǎng) ， 啟動(dòng)電流過(guò)大（ 實(shí)測(cè)在 10倍額定電流以上 ， 有的在啟動(dòng)開(kāi)始的前 2個(gè)周波達(dá)到 18倍 ） ， 導(dǎo)致變壓器及低壓線路的壓降很大 ， 永磁同步電機(jī)在嚴(yán)重欠壓狀態(tài)下啟動(dòng) 。 2.啟動(dòng)問(wèn)題 4 現(xiàn)場(chǎng)使用的幾個(gè)問(wèn)題 狀態(tài) /參數(shù) 30kW,8極， 380V 甲 乙 丙 額定 電壓 狀態(tài) 啟動(dòng)電流倍數(shù) Ist 7.2 11 12.2 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù) Tst 3.2 3.2 3.5 啟動(dòng)品質(zhì)因數(shù) K 0.0617 0.0264 0.0235 模擬 抽油機(jī) 狀態(tài) 啟動(dòng)電流倍數(shù) Ist 6.3 9.2 9.7 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù) Tst 2.4 2.05 1.9 啟動(dòng)品質(zhì)因數(shù) K 0.0605 0.0242 0.0202 備注 : 啟動(dòng) 品質(zhì)因數(shù)計(jì)算公式為 ： K 2ststIT3家生產(chǎn)廠的永磁同步電機(jī)測(cè)試結(jié)果 2.啟動(dòng)問(wèn)題 4 現(xiàn)場(chǎng)使用的幾個(gè)問(wèn)題 額定電壓下啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大且啟動(dòng)電流也大的永磁同步電機(jī)在抽油機(jī)工作狀態(tài)下啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩反而小 ， 因此 ， 在抽油機(jī)上考慮永磁同步電機(jī)的啟動(dòng)性能時(shí) ， 僅僅考慮啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)是不夠的 ， 還應(yīng)當(dāng)考慮啟動(dòng)電流的影響 。 2.啟動(dòng)問(wèn)題 4 現(xiàn)場(chǎng)使用的幾個(gè)問(wèn)題 （ 1）空載反電勢(shì)： 每臺(tái)永磁同步電機(jī)都有一個(gè)不同的空載反電勢(shì)，測(cè)取方法是： 用同種轉(zhuǎn)速的永磁同步電機(jī)軸對(duì)軸連接，一臺(tái)定子接通三相交流電，達(dá)到同步轉(zhuǎn)速時(shí)，測(cè)試另一臺(tái)被拖動(dòng)電機(jī)定子的開(kāi)路電壓即為空載反電勢(shì)。 用電流拐點(diǎn)法測(cè)試電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)。實(shí)際冷態(tài)下，電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定頻率下空載穩(wěn)定運(yùn)行后，調(diào)整輸入電壓繪制電流曲線，根據(jù)曲線找出電流拐點(diǎn)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)端輸入電壓即為該電動(dòng)機(jī)的空載反電勢(shì)。 3.功率因數(shù)與電機(jī)反電勢(shì) 4 現(xiàn)場(chǎng)使用的幾個(gè)問(wèn)題 多功率異步電機(jī)空載特性曲線 3.功率因數(shù)與電機(jī)反電勢(shì) 4 現(xiàn)場(chǎng)使用的幾個(gè)問(wèn)題 永磁同步電機(jī)空載特性曲線 3.功率因數(shù)與電機(jī)反電勢(shì) 4 現(xiàn)場(chǎng)使用的幾個(gè)問(wèn)題 （ 2）臨界反電勢(shì)： 在一定負(fù)載下，連續(xù)調(diào)整永磁同步電機(jī)的定子電壓，用 FLUK43B電力分析儀測(cè)試永磁同步電機(jī)的瞬時(shí)無(wú)功功率，并用萬(wàn)用表測(cè)試電壓，當(dāng) FLUK43B測(cè)取的無(wú)功功率即不顯示“ C” （容性無(wú)功）也不顯示“ L”（感性無(wú)功）時(shí)對(duì)應(yīng)的定子電壓即為該負(fù)載下的臨界反電勢(shì)，此時(shí)的無(wú)功功率最小。 4 現(xiàn)場(chǎng)使用的幾個(gè)問(wèn)題 （ 3）負(fù)載率、定子電壓對(duì)（無(wú)功功率）功率因數(shù)的影響 對(duì)不同額定電壓等級(jí)（ 380V、 660V、 1140V）、不同額定功率（ 22 kW 、 30 kW）和不同轉(zhuǎn)速（ 750轉(zhuǎn) /分鐘、1000轉(zhuǎn) /分鐘）的 12臺(tái)永磁同步電機(jī)在不同負(fù)載率對(duì)應(yīng)不同電壓下的有功功率、無(wú)功功率和功率因數(shù)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果說(shuō)明：各參試之間的規(guī)律關(guān)系都基本一致。 3.功率因數(shù)與電機(jī)反電勢(shì) 4 現(xiàn)場(chǎng)使用的幾個(gè)問(wèn)題 電壓 有功功率 （ kW） 無(wú)功功率 （ kvar） 功率因數(shù) （ COS ） 空載 10% 20% 40% 空載 10% 20% 40% 空載 10% 20% 40% 350 0.68 3.01 6 12 -6.54 -6.98 -6.45 -3.45 0.103 0.396 0.681 0.961 360 0.68 3.01 6.01 11.99 -5.13 -5.17 -4.62 -2.43 0.131 0.503 0.793 0.98 370 0.69 2.98 6 12.01 -3.67 -2.34 -2.27 -0.93 0.185 0.787 0.935 0.997 380 0.69 2.99 6 12 -2.32 -2.06 -0.37 -0.53 0.285 0.823 0.998 0.999 390 0.72 3.01 6.01 12 0.18 0.08 0.38 1.53 0.97 0.999 0.998 0.992 400 0.81 3 6 12.01 2.51 2.24 1.48 2.62 0.307 0.801 0.971 0.977 410 0.93 3.01 5.99 11.99 6.05 2.91 2.78 3.98 0.152 0.719 0.907 0.949 420 1.01 3 6 12 9.7 6.64 4.83 5.77 0.104 0.412 0.779 0.901 30kW 8極 380V永磁同步電機(jī)不同負(fù)載率 、 不同電壓下的功率因數(shù) 3.功率因數(shù)與電機(jī)反電勢(shì) 4 現(xiàn)場(chǎng)使用的幾個(gè)問(wèn)題 （ 4）永磁同步電機(jī)功率因數(shù)與負(fù)載率、反電勢(shì)的關(guān)系 當(dāng)定子電壓高于 永磁同步電機(jī) 的臨界反電勢(shì)時(shí)，其感性無(wú)功功率 呈感性功率因數(shù) 運(yùn)行；當(dāng)定子電壓低于永磁同步電機(jī)的臨界反電勢(shì)時(shí)， 永磁同步電機(jī)的容性無(wú)功功率呈容性功率因數(shù) 運(yùn)行。 外加永磁同步電機(jī)的定子電壓等于或近似等于其臨界反電勢(shì)時(shí)，電機(jī)無(wú)功功率最小，功率因數(shù)最高。 負(fù)載率較低時(shí)，功率因數(shù)隨外加定子電壓偏離臨界反電勢(shì)的增大而減小，定子電壓偏離臨界反電勢(shì)越多功率因數(shù)下降越多。 3.功率因數(shù)與電機(jī)反電勢(shì) 4 現(xiàn)場(chǎng)使用的幾個(gè)問(wèn)題 （ 4）永磁同步電機(jī)功率因數(shù)與負(fù)載率、反電勢(shì)的關(guān)系 隨負(fù)載率的增大，電壓變化對(duì)功率因數(shù)的影響逐漸減弱，當(dāng)負(fù)載率大于 40%時(shí)，電壓變化對(duì)功率因數(shù)的影響很小。 在定子電壓一定時(shí)，電機(jī)的負(fù)載率越低功率因數(shù)越低。 電機(jī)空載臨界反電勢(shì)近似等于空載反電勢(shì)，隨著負(fù)載的增加臨界反電勢(shì)逐漸下降，在抽油機(jī)的工況狀態(tài)下下降約 2.5%U。 3.功率因數(shù)與電機(jī)反電勢(shì) 4 現(xiàn)場(chǎng)使用的幾個(gè)問(wèn)題 對(duì)在用 2年以上的 1356臺(tái)永磁同步電動(dòng)機(jī)作了跟蹤調(diào)查和統(tǒng)計(jì) ， 永磁同步電機(jī)的軸和軸承的故障率較高 斷軸 32起 ， 軸承損壞 113起 。 其原因是： 30kW永磁同步電機(jī)的軸徑為 60mm，軸承 2313；而替換的 Y系列 45kW、 55kW電機(jī)的軸徑是 75mm，軸承 2314 2317。 因此 ， 永磁同步電機(jī)的軸徑和軸承比同功率的異步電機(jī)應(yīng)適當(dāng)加大 1 2個(gè)規(guī)格 ， 才能滿足在抽油機(jī)上的使用要求 。 4.斷軸問(wèn)題 4 現(xiàn)場(chǎng)使用的幾個(gè)問(wèn)題 第三部分 標(biāo)準(zhǔn)條文說(shuō)明解釋 1 范圍 本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了抽油機(jī)用永磁同步電動(dòng)機(jī) （ 以下簡(jiǎn)稱永磁電動(dòng)機(jī) ）的型式基本參數(shù)與尺寸 、 技術(shù)要求 、 試驗(yàn)方法 、 檢驗(yàn)規(guī)則 ， 標(biāo)志 、包裝 、 運(yùn)輸和貯存等的要求 ， 以及電動(dòng)機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)安裝與使用規(guī)范 。 本標(biāo)準(zhǔn)適用于永磁電動(dòng)機(jī) 。 本標(biāo)準(zhǔn)適用于油田企業(yè)永磁電動(dòng)機(jī)的選型 、 采購(gòu) 、 檢驗(yàn) 、 驗(yàn)收 、入庫(kù)以及使用等 。 GB755 旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī) 定額和性能 GB997 電動(dòng)機(jī) 結(jié)構(gòu)及安裝型式代號(hào) GB/T1032 三相異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法 GB1993 旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)冷卻方法 GB/T4772.1 旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)尺寸和輸出功率等級(jí) 第一部分 機(jī)座號(hào) 56400和凸緣號(hào) 221080 GB/T4942.1 旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)外殼防護(hù)等級(jí) （ IP代碼 ） GB10068 旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī) 振動(dòng)測(cè)定方法及限值 GB10069.1 旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī) 噪聲測(cè)定方法及限值 第一部分：旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)噪聲測(cè)定方法 GB/T22711 高效三相永磁同步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件 （ 機(jī)座號(hào) 132280） JB/T9615.1 交流低壓電動(dòng)機(jī)散嵌繞組匝間絕緣試驗(yàn)方法 JB/T9615.2 交流低壓電動(dòng)機(jī)散嵌繞組匝間絕緣試驗(yàn)限值 JB/T9616 Y系列 （ IP44） 三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件 （ 機(jī)座號(hào) 80315） JB/T 10391 Y系列 (IP44)三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件 (機(jī)座號(hào) 80355) 2 規(guī)范性引用文件 3 型式基本參數(shù)與尺寸 機(jī)座號(hào) 結(jié)構(gòu)及安裝代號(hào) 132225 B3、 B5、 B35、 V1 250315 B3、 B35、 V1 3.1 電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及安裝型式應(yīng)符合 GB997中 IMB5、 IMB35、 IMB3、IMVI的規(guī)定并按表 1的規(guī)定制造。 表 1 電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及安裝型式對(duì)應(yīng)表 3 型式基本參數(shù)與尺寸 3.2 電動(dòng)機(jī)的外殼防護(hù)等級(jí)符合 GB/T4942.1中 IP44的規(guī)定。 3.3 電動(dòng)機(jī)的冷卻方法符合 GB1993中 IC411的規(guī)定。 3.4 電動(dòng)機(jī)的定額是以連續(xù)工作制（ SI）為基準(zhǔn)的連續(xù)定額。 3.5 電動(dòng)機(jī)的額定頻率為 50Hz，額定電壓為 380V、 660V、 1140V。 3.6 電動(dòng)機(jī)應(yīng)額定輸出功率范圍如下，單位為 kW： 5.5， 7.5， 11， 15， 18.5， 22， 30， 37， 45， 55。 3.7 電動(dòng)機(jī)的機(jī)座號(hào)與轉(zhuǎn)速及功率的對(duì)應(yīng)關(guān)系應(yīng)符合表 2的規(guī)定。 3.8 電動(dòng)機(jī)的尺寸及公差應(yīng)符合 GB/T22711的規(guī)定。 機(jī)座號(hào) 同步轉(zhuǎn)速 r/min 1500 1000 750 500 375 功 率 kW 132S 5.5 7.5 11 7.5 15 11 7.5 18.5 22 15 11 30 18.5， 22 11， 15 225S 37， 45 30 18.5， 22， 30 11 45 30 22， 30 15， 18.5 55 30， 37 30 22 11， 15 280S 45 37 30 18.5， 22 55 45， 55 37， 45 22 315S 55 45 表 2 機(jī)座號(hào)與轉(zhuǎn)速及功率對(duì)應(yīng)關(guān)系 3 型式基本參數(shù)與尺寸 4.1 在下列的海拔高度 、 環(huán)境空氣溫度以及環(huán)境空氣相對(duì)濕度條件下 ， 電動(dòng)機(jī)應(yīng)能額定運(yùn)行： a) 海拔高度不超過(guò) 1000m； b) 環(huán)境空氣最高溫度隨季節(jié)而變化 ， 不低于 25 ， 但不超過(guò) 45 ； c) 最濕月月平均最高相對(duì)濕度為 90%， 同時(shí)該月月平均最低溫度不高于25 。 注：如電動(dòng)機(jī)指定在海拔超過(guò) 1000m或環(huán)境溫度高于 45 的條件下使用時(shí) ，應(yīng)按 GB755標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行 。 4.2 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間電源電壓的頻率對(duì)額定值的偏差應(yīng)按 GB755的規(guī)定 。 4 技術(shù)要求 4.3 電動(dòng)機(jī)在功率 、 電壓及頻率為額定時(shí) ， 其效率 、 空載損耗的保證值應(yīng)符合表 3的規(guī)定 。 4.4電動(dòng)機(jī)在電壓和頻率為額定值時(shí) ， 其功率因數(shù)在額定負(fù)載時(shí)應(yīng)不低于0.95， 在 1/2額定負(fù)載時(shí)應(yīng)不低于 0.92， 在 1/4額定負(fù)載時(shí)應(yīng)不低于 0.88。 4.5 在額定電壓下 ， 電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比的保證值應(yīng)不低于表4的規(guī)定 。 4 技術(shù)要求 功率 kW 同步轉(zhuǎn)速 r/min 1500 1000 750 500 375 1500 1000 750 500 375 空載損耗 kW 效率 % 5.5 0.20 0.22 0.24 90.5 90.0 90.0 7.5 0.23 0.30