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簡(jiǎn)介

　　目前全國(guó)各油田共有機(jī)采井約11萬(wàn)口，其中抽油機(jī)井占90%以上，產(chǎn)液量的65 %，產(chǎn)油量的75%都是靠抽油機(jī)采出的，其數(shù)量每年按10%速度增長(zhǎng)，是油田產(chǎn)油的主要方式，同時(shí)，也是能耗大戶，其能耗占油田總能耗的1/3。因而，減少抽油機(jī)的能耗、提高系統(tǒng)效率、降低采油成本成為各油田實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效的主要任務(wù)。

　　抽油機(jī)電機(jī)一般均使用三相異步感應(yīng)電機(jī)，目前，對(duì)于抽油機(jī)電機(jī)采取了多種節(jié)能技術(shù)，可歸納為以下幾種。

　　(1)更換節(jié)能電機(jī)；(2)并接補(bǔ)償電容器；(3)采用電壓調(diào)節(jié)裝置；(4)采用通用變頻器。

　　采用上述節(jié)能措施后，抽油機(jī)電機(jī)運(yùn)行效率有所提高，但由于抽油機(jī)電機(jī)運(yùn)行工況存在轉(zhuǎn)矩變化快、轉(zhuǎn)矩變化范圍大、平衡受井況變化影響、出現(xiàn)發(fā)電態(tài)等因素影響，長(zhǎng)期運(yùn)行節(jié)電效果不佳，一般平均綜合節(jié)電率＜5%。

　　針對(duì)這種狀況，筆者采用當(dāng)前最新的電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制原理，結(jié)合抽油機(jī)電機(jī)的運(yùn)行工況，研制了抽油機(jī)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制器，提高抽油機(jī)電機(jī)的綜合節(jié)電效率。

　　電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)理論最先由德國(guó)魯爾大學(xué)Depenbrock教授于1985年提出。這是交流電機(jī)調(diào)速理論繼矢量控制之后的一新突破。它用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標(biāo)系中計(jì)算電機(jī)磁鏈和轉(zhuǎn)矩，由磁鏈和轉(zhuǎn)矩的Bang-Bang控制產(chǎn)生PWM信號(hào)，對(duì)逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳選擇，從而獲得高效的動(dòng)態(tài)性能。

　　2直接轉(zhuǎn)矩控制原理

　　直接轉(zhuǎn)矩控制是定子磁場(chǎng)定向，因此建立在靜止的坐標(biāo)系(α,β)上。定子各量的變換公式如下：

　　其中：Xa(t),Xb(t),Xc(t)是定子相應(yīng)量的瞬時(shí)值，Xα(t)，Xβ(t)是(α，β)坐標(biāo)系上的兩個(gè)分量。

　　直接轉(zhuǎn)矩控制的核心是磁鏈控制和轉(zhuǎn)矩控制，控制原理框圖如圖1所示。

　　控制時(shí)首先測(cè)出直流母線電壓和定子電流，再按式(1)的坐標(biāo)變換，將它們分解到α，β方向，并在這兩個(gè)方向計(jì)算出實(shí)際的磁鏈值和轉(zhuǎn)矩值，作為反饋分別與磁通給定和轉(zhuǎn)矩給定構(gòu)成閉環(huán)，進(jìn)行Bang-Bang控制，產(chǎn)生磁鏈和轉(zhuǎn)矩請(qǐng)求信號(hào)，同時(shí)還要計(jì)算出磁鏈所在扇區(qū)位置，最終通過(guò)轉(zhuǎn)矩請(qǐng)求、磁鏈請(qǐng)求、磁鏈扇區(qū)使逆變器開關(guān)優(yōu)化器發(fā)出優(yōu)化的PW M信號(hào)，驅(qū)動(dòng)IGBT輸出電壓達(dá)到控制電機(jī)的目的。

　　3系統(tǒng)構(gòu)成

　　系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。圖中包括主回路和控制回路，主回路逆變器采用IG BT功率管；控制回路的核心采用DSP處理器，它具有高速數(shù)據(jù)計(jì)算處理能力，能夠滿足DTC高速實(shí)時(shí)計(jì)算的要求。

　　4現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行效果

　　基于直接轉(zhuǎn)矩控制原理研制的AMCS100型抽油機(jī)電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制器，在大慶油田采油七廠第三油礦170-70、174-82、176-663口抽油機(jī)井上安裝運(yùn)行，經(jīng)檢測(cè)，在原運(yùn)行工況(沖次、沖程)不變的條件下，有功節(jié)電率分別達(dá)30.51%、20.96%、14.52%；無(wú)功節(jié)電率分別達(dá)97.74%、97.88%、96.11%；功率因數(shù)分別達(dá)0.989、0.992、0.987；綜合節(jié)電率分別達(dá)39.35%、29.71%、21.60%，節(jié)能效果顯著。從節(jié)電效果來(lái)看，平均負(fù)載重、有發(fā)電態(tài)的井節(jié)電率很高；對(duì)于平衡好基本無(wú)發(fā)電態(tài)的井節(jié)電率也可達(dá)到20%以上。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

　　5結(jié)論

　　將直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)應(yīng)用于抽油機(jī)的電機(jī)控制上，具有轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，轉(zhuǎn)矩和磁鏈可分別進(jìn)行控制，易于抑制發(fā)電態(tài)的產(chǎn)生。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行，達(dá)到了顯著的節(jié)能效果。極具推廣價(jià)值。

　　參考文獻(xiàn)［1］吳守箴，臧英杰.電氣傳動(dòng)的脈寬調(diào)制控制技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社. ［2］李夙.異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社. ［3］符曦.系統(tǒng)最優(yōu)化及控制［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社. ［4］王念旭.DSP基礎(chǔ)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.