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[摘 要]抽油机是将原油从地下抽到地面上来的设备。本文通过对抽油机的负荷特点及托运现状的分析，得出抽没机普遍彩的异步电动机都存在着严重的电能浪费现象。从而得出永磁电机应用在抽油机中的节能效果还是很明显的。
[关键词]永磁电机 抽油机
中图分类号：TE933.07 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）25-0273-01
抽油机是将原油（含原油的液体）从地面（几百米至几千米）抽到地面上来的设备。抽油机虽然型号不同，传动系统也不同，但都是由电动机驱动工作的，它的功能是将电动机的旋转运动转变为往复直线运动。抽油机的分类比较多，油田上用的最广泛的是游梁式抽油机。它是一种变形的四连杆机构，其整机的结构犹如一架天平，一端是抽油载荷，另一端是平衡配重载荷，而且由驱动电机经复杂的齿轮减速机构进行往复运动。电动机轴上的负载转矩是油井负荷与平衡转矩的合成转矩。游梁式抽油机是一种带有冲击性的周期交变负载，其启动转矩大，在一个周期内负载波动大，抽油机停车后总是从负荷最重的点开始启动，为了使抽油机启动顺利，常按抽油机的最大负荷来选配电动机，也就是要求驱动电动机在选择容量时留有足够的余量，以保证带载启动时能克服抽油机较大的惯性扭矩，以满足启动要求。在运行时有足够的过载能力，以克服交变载荷的最大扭矩，这就造成了运行过程中大多数情况下电动机处于轻载状态，运行效率和功率因数都很低，从而使电动机非常耗电。所以，为达到降本增效的目的，大力推广抽油机节能技术势在必行。
近年来，国内各油田陆续采用了各种节能方法，取得了不少成果，其中比较成功的是高转差电机。抽油机负荷周期性波动时高转差电机的转速波动也很大，转差变化范围在10%～26%，高转差虽然改善了抽油机的受力有不少优点，但从节能的角度看是不利的，不仅使转差损耗增大，也使过渡过程损耗增加，而稀土永磁同步电动机在节能方面的优点显著。
1、永磁电动机的基本原理
目前，全国石油企业在油田抽油机井上配套安装的电动机以异步电动机为主，虽有普通、节能、高转差的区别，但其原理都是定子绕组中通过励磁电流产生气隙磁场，进而在转子绕组中产生感应电动势和感应电流，形成感应磁场，从而产生电磁转矩使转子旋转。它的运行转速始终小于气隙内旋转磁场的同步转速。而永磁同步电机既使得同步电机制造简单化，用异步电机的结构达到同步电机的性能，又提高了同步电动机的效率，减小了电机本身的损耗。
永磁同步电动机与三相异步电动机结构相同，定子为三相对称绕组，转子上粘有磁钢，是一种异步启动的同步电机，由转子交流启动后牵入同步运行，类似于交流同步电机。其运行是靠定子线圈在气隙中产生旋转磁场与已充磁的磁极作用，带动转子与旋转磁场同步旋转而作功。其转子等效为电阻电路，故功率因数高，因无励磁电流，其空载损耗小，效率可达96%，较三相异步电动机高。
2、电机的设计
电机设计过程包括手算电磁程序，计算机校核，静态场、动态场的数值计算及优化设计等。利用手算程序和计算机校核程序可以确定电机的基本尺寸和参数。再利用磁场数值解法就可获得电机性能参数的精确解，在此基础上，再进行以电磁性能和材料用量为目标的优化设计，得到最佳方案。
3、不可逆退磁问题
如果设计或使用不当，永磁电机在过高（钕铁硼永磁）或过低（铁氧体永磁）温度时，在冲击电流产生的电枢反应作用下，或在剧烈的机械震动时有可能产生不可逆退磁，或叫失磁，使电机性能降低，甚至无法使用。在石油矿场应用中，若因为电网缺相，电压异常，负载异常引起的电机温升过高，保护系统异常，不能及时切断电源，将导致电机烧坏，这不仅需要定子线圈更换，转子及永磁材料也要更换。所以，既要研究开发适用于电机制造厂使用的检查永磁材料热稳定性的方法和装置，又要分析各种不同结构形式的抗去磁能力，以便在设计和制造时，采用相应措施保证永磁电机不失磁。
4、永磁同步电动机应用于抽油机的效果
（1）没有转差损耗，效率高于异步电动机和高转差电机。
（2）供电质量大幅度提高。降低了线损，提高了线路供电质量。
（3）经合理设计，可获得大起动转矩，从而可用小机座号的永磁同步电动机代替比其大1～2个机座号的异步电动机，在降低永磁同步电动机体积和成本的同时，提高了负载率。
（4）与普通电机相比，永磁电机具有体积小，重量轻等特点，因而更适合于抽油机。
（5）永磁材料的价格在逐年下降，性能却越来越高。我国是稀土资源大国，稀土不稀号称“稀土王国”，在推广与普及上便显得更加得心应手。
5、总结
随着永磁材料性能的不断提高和完善，价格的逐步下降，加之永磁电机研究开发经验的日趋成熟，永磁电机应用前景十分乐观。永磁电机的设计和制造工艺尚需不断地进行创新，电磁结构将更为复杂，计算结果更加精确，制造工艺更加先进适用，需运用多学科理论和系统工程进行优化设计，提高性价比，促进电机学科和行业的进一步发展。永磁电机与普通电机相比具有效率高、功率因数高、节能效果显著等特点，它将为油田采油工业的发展开拓出新的领域，在降低油田生产成本上起到了关键性的作用。
参考文献
[1] 杨培东，鲁晓军，永磁电机在石油矿场应用中的总是及对策[J]，石油矿场机械，2003。
[2] 薄保中，苏彦民，谢力华，侯立军，抽油机用稀土永磁同步电动机的研制[J]。山东科技，2006。
[3] 于传聚，黄忠桥，张璐钰，顾清献。永磁电动机在油田DSM中的应用[J].电力需求与管理，2004.
[关键词]永磁电机 抽油机
中图分类号：TE933.07 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）25-0273-01
抽油机是将原油（含原油的液体）从地面（几百米至几千米）抽到地面上来的设备。抽油机虽然型号不同，传动系统也不同，但都是由电动机驱动工作的，它的功能是将电动机的旋转运动转变为往复直线运动。抽油机的分类比较多，油田上用的最广泛的是游梁式抽油机。它是一种变形的四连杆机构，其整机的结构犹如一架天平，一端是抽油载荷，另一端是平衡配重载荷，而且由驱动电机经复杂的齿轮减速机构进行往复运动。电动机轴上的负载转矩是油井负荷与平衡转矩的合成转矩。游梁式抽油机是一种带有冲击性的周期交变负载，其启动转矩大，在一个周期内负载波动大，抽油机停车后总是从负荷最重的点开始启动，为了使抽油机启动顺利，常按抽油机的最大负荷来选配电动机，也就是要求驱动电动机在选择容量时留有足够的余量，以保证带载启动时能克服抽油机较大的惯性扭矩，以满足启动要求。在运行时有足够的过载能力，以克服交变载荷的最大扭矩，这就造成了运行过程中大多数情况下电动机处于轻载状态，运行效率和功率因数都很低，从而使电动机非常耗电。所以，为达到降本增效的目的，大力推广抽油机节能技术势在必行。
近年来，国内各油田陆续采用了各种节能方法，取得了不少成果，其中比较成功的是高转差电机。抽油机负荷周期性波动时高转差电机的转速波动也很大，转差变化范围在10%～26%，高转差虽然改善了抽油机的受力有不少优点，但从节能的角度看是不利的，不仅使转差损耗增大，也使过渡过程损耗增加，而稀土永磁同步电动机在节能方面的优点显著。
1、永磁电动机的基本原理
目前，全国石油企业在油田抽油机井上配套安装的电动机以异步电动机为主，虽有普通、节能、高转差的区别，但其原理都是定子绕组中通过励磁电流产生气隙磁场，进而在转子绕组中产生感应电动势和感应电流，形成感应磁场，从而产生电磁转矩使转子旋转。它的运行转速始终小于气隙内旋转磁场的同步转速。而永磁同步电机既使得同步电机制造简单化，用异步电机的结构达到同步电机的性能，又提高了同步电动机的效率，减小了电机本身的损耗。
永磁同步电动机与三相异步电动机结构相同，定子为三相对称绕组，转子上粘有磁钢，是一种异步启动的同步电机，由转子交流启动后牵入同步运行，类似于交流同步电机。其运行是靠定子线圈在气隙中产生旋转磁场与已充磁的磁极作用，带动转子与旋转磁场同步旋转而作功。其转子等效为电阻电路，故功率因数高，因无励磁电流，其空载损耗小，效率可达96%，较三相异步电动机高。
2、电机的设计
电机设计过程包括手算电磁程序，计算机校核，静态场、动态场的数值计算及优化设计等。利用手算程序和计算机校核程序可以确定电机的基本尺寸和参数。再利用磁场数值解法就可获得电机性能参数的精确解，在此基础上，再进行以电磁性能和材料用量为目标的优化设计，得到最佳方案。
3、不可逆退磁问题
如果设计或使用不当，永磁电机在过高（钕铁硼永磁）或过低（铁氧体永磁）温度时，在冲击电流产生的电枢反应作用下，或在剧烈的机械震动时有可能产生不可逆退磁，或叫失磁，使电机性能降低，甚至无法使用。在石油矿场应用中，若因为电网缺相，电压异常，负载异常引起的电机温升过高，保护系统异常，不能及时切断电源，将导致电机烧坏，这不仅需要定子线圈更换，转子及永磁材料也要更换。所以，既要研究开发适用于电机制造厂使用的检查永磁材料热稳定性的方法和装置，又要分析各种不同结构形式的抗去磁能力，以便在设计和制造时，采用相应措施保证永磁电机不失磁。
4、永磁同步电动机应用于抽油机的效果
（1）没有转差损耗，效率高于异步电动机和高转差电机。
（2）供电质量大幅度提高。降低了线损，提高了线路供电质量。
（3）经合理设计，可获得大起动转矩，从而可用小机座号的永磁同步电动机代替比其大1～2个机座号的异步电动机，在降低永磁同步电动机体积和成本的同时，提高了负载率。
（4）与普通电机相比，永磁电机具有体积小，重量轻等特点，因而更适合于抽油机。
（5）永磁材料的价格在逐年下降，性能却越来越高。我国是稀土资源大国，稀土不稀号称“稀土王国”，在推广与普及上便显得更加得心应手。
5、总结
随着永磁材料性能的不断提高和完善，价格的逐步下降，加之永磁电机研究开发经验的日趋成熟，永磁电机应用前景十分乐观。永磁电机的设计和制造工艺尚需不断地进行创新，电磁结构将更为复杂，计算结果更加精确，制造工艺更加先进适用，需运用多学科理论和系统工程进行优化设计，提高性价比，促进电机学科和行业的进一步发展。永磁电机与普通电机相比具有效率高、功率因数高、节能效果显著等特点，它将为油田采油工业的发展开拓出新的领域，在降低油田生产成本上起到了关键性的作用。
参考文献
[1] 杨培东，鲁晓军，永磁电机在石油矿场应用中的总是及对策[J]，石油矿场机械，2003。
[2] 薄保中，苏彦民，谢力华，侯立军，抽油机用稀土永磁同步电动机的研制[J]。山东科技，2006。
[3] 于传聚，黄忠桥，张璐钰，顾清献。永磁电动机在油田DSM中的应用[J].电力需求与管理，2004.