抽油机电机直接转矩控制器研制 

    

 

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。

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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。

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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
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