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抽油机电机直接转矩控制器研制
西北电力设计院 薛嫣 严泊
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摘要：油田采油设备使用大量的游梁式抽油机，由于抽油机 电机的运行效率很低，浪费了大量的电能，目前也采用了许多电机节能技术，但效果均不佳 。文中介绍了采用直接转矩控制技术来控制抽油机电机，从而达到良好的节能效果。
关键词：抽油机；感应电机；节能；直接转矩控制
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简介
目前全国各油田共有机采井约11万口，其中抽油机井占90%以上，产液量的65 %，产油量的75%都是靠抽油机采出的，其数量每年按10%速度增长，是油田产油的主要方式 ，同时，也是能耗大户，其能耗占油田总能耗的1/3。因而，减少抽油机的能耗、提高 系统效率、降低采油成本成为各油田实现节能增效的主要任务。
抽油机电机一般均使用三相异步感应电机，目前，对于抽油机电机采取了多种节能技术，可 归纳为以下几种。
(1)更换节能电机；
(2)并接补偿电容器；
(3)采用电压调节装置；
(4)采用通用变频器。
采用上述节能措施后，抽油机电机运行效率有所提高，但由于抽油机电机运行工况存在转矩 变化快、转矩变化范围大、平衡受井况变化影响、出现发电态等因素影响，长期运行节电效 果不佳，一般平均综合节电率＜5%。
针对这种状况，笔者采用当前最新的电机直接转矩控制原理，结合抽油机电机的运行工况， 研制了抽油机电机直接转矩控制器，提高抽油机电机的综合节电效率。
电机的直接转矩控制(DTC)理论最先由德国鲁尔大学Depenbrock教授于1985年提出。这是交 流电机调速理论继矢量控制之后的一新突破。它用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系 中计算电机磁链和转矩，由磁链和转矩的Bang-Bang控制产生PWM信号，对逆变器的开关状态 进行最佳选择，从而获得高效的动态性能。
2直接转矩控制原理
直接转矩控制是定子磁场定向，因此建立在静止的坐标系(α,β)上。定子各量的变换公式如下：

（图片）

其中：Xa(t),Xb(t),Xc(t)是定子相应量的瞬时值，Xα(t)，Xβ(t)是(α，β) 坐标系上的两个分量。
直接转矩控制的核心是磁链控制和转矩控制，控制原理框图如图1所示。

（图片）

控制时首先测出直流母线电压和定子电流，再按式(1)的坐标变换，将它们分 解到α，β方 向，并在这两个方向计算出实际的磁链值和转矩值，作为反馈分别与磁通给定和转矩给定构 成闭环，进行Bang-Bang控制，产生磁链和转矩请求信号，同时还要计算出磁链所 在扇区位置，最终通过转矩请求、磁链请求、磁链扇区使逆变器开关优化器发出优化的PW M信号，驱动IGBT输出电压达到控制电机的目的。

（图片）

3系统构成
系统构成如图2所示。图中包括主回路和控制回路，主回路逆变器采用IG BT功率管；控制回路的核心采用DSP处理器，它具有高速数据计算处理能力，能够满足DTC高 速实时计算的要求。

（图片）

4现场运行效果
基于直接转矩控制原理研制的AMCS100型抽油机电机直接转矩控制器，在大庆 油田采油七厂第三油矿170－70、174－82、176－663口抽油机井上安装运行，经检测，在 原运行工况(冲次、冲程)不变的条件下，有功节电率分别达30.51%、20.96%、14.52%； 无功节电率分别达97.74%、97.88%、96.11%；功率因数分别达0.989、0.992、0.987 ；综合节电率分别达39.35%、29.71%、21.60%，节能效果显著。从节电效果来看，平均 负载重、有发电态的井节电率很高；对于平衡好基本无发电态的井节电率也可达到20%以上 。
5结论
将直接转矩控制技术应用于抽油机的电机控制上，具有转矩调节动态响应速 度快的特点，转矩和磁链可分别进行控制，易于抑制发电态的产生。经实际运行，达到了显 著的节能效果。极具推广价值。
参考文献
［1］吴守箴，臧英杰.电气传动的脉宽调制控制技术［M］.北京： 机械工业出版社.
［2］李夙.异步电机直接转矩控制技术［M］.北京：机械工业出版社.
［3］符曦.系统最优化及控制［M］.北京：机械工业出版社.
［4］王念旭.DSP基础与应用系统设计［M］.北京：北京航空航天大学出版社. 11/22/2005

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