大功率电动机（精选9篇）
大功率电动机 篇1
0 引言
随着设备智能化、精细化管理的提高, 以及工业4.0概念的不断推广、PLC控制系统和系统仿真技术的迅速发展, 计算机软PLC技术在精确设备控制得到广泛的应用。强大的功能、高效的应急反应速度以及更灵活的事件处理能力, 使得它成为新一代设备控制管理的重要手段。
电机智能检测系统正是为了适应工业4.0智能化工厂发展潮流, 结合不同学科先进的技术所设计、开发的设备智能控制系统。
1 传统电机检测系统
电机作为生产车间生成环节中的关键设备, 是驱动整条生产的核心组件, 它的健康状态和运行情况对生产过程起着至关重要的作用。
目前烟草行业集控系统重点是对主机设备工艺指标参数进行实时监控和管理, 而普遍缺少对驱动电机的有效监控和管理维护。目前生产企业针对大电机的检测主要围绕机械故障、电流以及电压特性。利用机械故障检测方法只能发现已经出现的故障或者暴露明显的故障, 而利用电流以及电压检测方法会受到电机运行过程中多方面因素的干扰和影响, 如电机负载突然增大、电磁场干扰、电机空载、皮带打滑等, 使检测值并不能真实反映电机可能出现的故障和隐患。
2 大电机智能预警系统
大电机智能预警系统设计原理如图1所示。在电机关键部位安装传感器, PLC控制系统实时采集传感器的数据, 通过软件模型学习建立电机稳态模型, 进而得到电机的运行常态设定值, 通过实时运行数据与设定值的比较和分析, 可预先发现电机可能出现的故障和隐患。由于温度和振动不会受到外界因素的干扰, 所以温度和振动相结合的数学模型更能准确反映出电机的运行状态和健康情况。系统特点:
(1) 采用最标准的安装方法:对电机测量位置进行测点与精打孔, 然后根据装孔来做传感器的安装螺纹;采用微型钢管内置PT100铂电阻作为感温探头, 将感温探头2根信号传输线与信号集成表相连, 直接采用声光报警方式提醒制丝除尘控制室内值班人员。
(2) 精确测量电动机轴承座振动、温度量程:振动, 0~20mm/s;温度, 0~200℃。
(3) 采用国标GB 2298、国标GB6075作为理论依据, 实现工业级标准测量。
(4) 能够设置不同类型产品的工位数量及位置参数, 并能够在线监控运行过程。
(5) 可以实现数据自动控制、采集、传输, 并且由机器一次性自动完成, 不需人工辅助。
(6) 可实现对设备的高速、稳定、高效的监控。
(7) 大数据的深度挖掘与精细管理。
(8) 为有效发挥预警功能, 采用温度巡检仪将13路感温探头信号集成, 循环显示, 通过modbus-Rtu通信方式将温度巡检仪的温度信号接入到生产车间集控系统中。通过软件开发, 将信号传入生产车间集控服务器, 进行数据存储和画面显示, 同时实现远程监控和数据查询功能;在生产车间设备上同时安装声光报警器, 并生产车间集控监控终端设计显示画面预警功能, 形成多维度监控模式。
3 大电机智能预警系统的优势
(1) 提升设备管理水平, 实时便捷发现问题。
(2) 提升车间巡检效率。
(3) 便于制定设备运行计划和维修计划, 降低成本, 保障运行。
(4) 便于提前发现电机故障, 以科学合理安排维修保养, 改变传统电机保养“不坏不修”的状态。
(5) 可预先发现电机存在的故障隐患, 提前保养, 提前维修, 减少电机故障, 减少停产时间。
参考文献
[1]孙丽玲, 许伯强, 孙俊忠.笼型异步电动机转子断条故障新特征[J].电力系统自动化, 2007, (22)
[2]赵翔, 李著信, 萧德云.故障诊断技术的研究现状与发展趋势[J].机床与液压, 2002, (04)
[3]吴今培, 肖健华.智能故障诊断与专家系统[M].北京:科学出版社, 1997
[4]王晓明.电动机的单片机控制[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2002
大功率电动机 篇2
最近一两年，产品型号中带“T”标志的轿车越来越多，先是奥迪A61.8T大受欢迎，然后是帕萨特1.8T，再有就是宝来1.8T。很多人都已经知道，这个“T”是英文“TURBO”的简称，即表明该车采用的是涡轮增压发动机。近日，西安、咸阳等地的读者通过电子邮件向我们咨询有关涡轮增压原理的问题。记者咨询了有关业内专家，今天的汽车学堂就为大家简单介绍一下“涡轮增压”。
大家可能都明白，发动机是靠燃料在汽缸内燃烧做功来产生功率的，输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制，所产生的功率也会受到限制，如果发动机的运行性能已处于最佳状态，再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入汽缸来增加燃料量，提高燃烧做功能力。而在目前的技术条件下，涡轮增压器是惟一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。
一汽－大众西北商务代表处的张建坤先生表示，涡轮增压器实际上类似于空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮再压送由空气滤清器管道进来的空气，使之增压进入汽缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入汽缸，这样就可以有更多的燃料进入汽缸进行燃烧，因此就可以增加发动机的输出功率了。其实涡轮增压主要是为了提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩，让车子更有劲。有关专家曾做过测试，装有涡轮增压器的发动机与未装增压器的相比，其输出的最大功率可增加约40％，甚至更多。这意味着一台尺寸和重量相同的发动机经增压后可以产生较大的功率，或者说，一台小排量的发动机经增压后，与较大排量的发动机功率相当。另外，发动机在采用了增压技术后，还可提高燃油经济性，降低尾气排放。不过，发动机在采用废气涡轮增压技术后，工作中产生的最高爆发压力和平均温度将大幅提高，如此一来对发动机的机械性能、润滑性能有所影响。
农用车发动机功率不足故障分析 篇3
在农用车发动机工作时，打开加机油的口盖，如有一股股浓烟从口盖冒出，说明缸壁活塞环各间隙超限或磨损过大，在活塞压缩及爆发行程，从各大间隙渗到曲轴箱，并从加机油口中冒出，称下冒烟。若各间隙不符合要求，应及时进行修理。
打开气门室盖，如有一丝青、白色的烟从气门根部（即气门工作面）冒出，说明气门与气门座磨损过大或烧蚀，或气门间隙过小甚至没有间隙，在活塞压缩时，气缸内有混合气、混合物渗出，称上冒烟。此时可直接看出哪个气门、哪个气缸漏气，应及时修理。
二、看积炭查工况
柴油机熄火后，卸下排气管，检查排气口积炭情况，能够判断柴油机的工作情况。
积炭呈黑灰色，表面像覆盖一层白霜，积炭层极薄，说明柴油机工作情况良好；积炭色泽黑亮，但不湿，说明柴油机轻微烧机油，应及时排除；排气口积炭厚度明显高于其他气缸的排气口，说明该气缸喷油器工作不良或气缸密封性变差，应进行修理或更换。个别排气口湿润或有机油的，说明该气缸大量排机油，应进行修理；各气缸排气口积炭层均较厚且色泽较深的，多因工作温度过低，或喷油过晚，柴油后燃严重所致，应正确使用并及时调整。
三、看水温查冷却系统
发动机工作时冷却系统水温过高 （达到100℃），主要有以下两个方面的原因：（1）发动机冷却水腔水垢太厚，修理或保养时清洗不彻底；（2）冷却系有关部件效率低或失效，如节温器、水泵、风扇等。以上两点均使发动机过热，造成进水不足，并使活塞组与缸壁的摩擦损失急剧上升，机械效率明显降低。因此，要及时保养冷却系，发动机工作1000小时后，应清除冷却系中的水垢。此外，还应保持节温器、水泵和风扇有良好的技术状态，如有故障应及时排除。
四、看压缩力查漏气
发动机气缸压缩力是影响发动机效率的关键因素。看压缩力的办法很简单，现以S195型柴油机为例，就是在不减压的情况下摇转曲轴，当摇至压缩力较大时，再向上用力摇一把，松放摇柄，但手不要离开摇柄，此时如有一股很大的反弹力，说明压缩力很好，反之则压缩力较差。再来查一查漏气的原因，漏气的主要原因是气缸不密封，而不密封的因素有：气门无间隙或间隙太小，活塞与缸套及活塞环端间隙磨损过大，环槽积炭等。为了缩小查找的范围，在发动机工作时，可先贴近空气滤清器听一听，是否有“嘶嘶”的吹嘘声，如有，说明漏气跟气门有关；再次打开加机油口盖，如发现有一股股的浓烟冒出，说明气缸与活塞、活塞环漏气。确诊后，就可排除故障。
五、看冒烟查烟色
发动机在正常工作时，一般不冒烟或冒一些清淡的灰白色烟，有时用肉眼难以看出。如发动机冒浓烟则是发动机有故障的表现，这种故障也会使发动机功率下降，故应查一查冒烟的颜色。如冒黑烟则是气缸的油多气少，燃烧不完全的表现；冒蓝烟，则是缸套和活塞、气门与气门导管等磨损间隙过大，使油底壳内机油窜入燃烧室烧机油的表现；冒白烟则是燃油掺水和未完全燃烧的柴油汽化后从排气管冒出，应找出其原因加以排除。
（安徽省广德县誓节镇政府 戴雪琴 邮编：341822）
大功率永磁同步电动机研究 篇4
随着极数的增加, 异步电动机在一定程度上可以减少定子铁芯轭部的高度并著缩短定子绕组端部长度, 减少定子铜耗, 但是其功率因数明显降低, 在轻载和空载时更低。船舶、车辆受体积限制, 要求电动机高功率密度、高转矩密度, 异步电机亦远不能满足[1,2]。本文介绍了一种新型无需励磁电流、无刷恒压输出的大功率永磁同步电动机 (Large Permanent Magnet Motor, LPMR) , 能在较大的负载变动范围内始终保持高的效率和功率因数, 尤其在轻负载运行时节能效果显著, 起动性能好, 可满足大的起动转矩、最大转矩倍数和低速直接驱动的需求。
同时没有激磁绕组, 加上高性能钕铁硼永磁材料具有高剩余磁感应强度和高矫顽力, 电极尺寸明显缩小。与异步电动机相比永磁同步电动机更易于实现磁场定向矢量控制, 调速及伺服特性很好, 并能够满足机械加工的高速、超高速, 精密和超精密、快速反应能力等要求, 可广泛应用于舰船推进、机车牵引、重工业拖动、石油钻探、矿山开采、造纸等动力行业。
1 发电机结构
三相无刷永磁同步电动机由具有阻尼绕组与隐极转子的转场式主发电机、转枢式励磁机和励磁装置组成, 电枢绕组为中性点有引出线或无引出线的星形接法, 如图1所示。根据整体的机械要求可以安排不同的转子结构来满足最完善的工程安装, 本文选择装有嵌入磁转子的永磁同步电动机[3]。发电机绕组采用特殊的树脂和真空浸渍绝缘处理工艺, 具有高机械强度、高抗震性和极好的绝缘强度;发电机绝缘等级为F级。所采用的绝缘材料具有不吸潮、介电强度高等特性, 能承受剧烈的温度变化。具备紧凑的, 组合的冷却系统设计, 转子内置位置反馈传感编码器。机座采用钢板结构, 外形美观大方, 设计调整灵活。发电机防护等级为IP54, 可满足用户在各种环境下的使用要求, 同时在发电机定子绕组中安装温度传感器, 可更好地保护发电机。在潮湿环境下, 发电机加装防冷凝加热器, 可以保证发电机绝缘不受破坏。轴承结构为双轴承, 也可提供单轴承结构。轴承为滚动轴承, 具有振动小、噪音低等特点
发电机励磁采用德国西门子1FC6系列发电机相复励分流励磁原理[4,4], 配备THYRIPART励磁系统, 由于具有可控硅电压调节器、负载决定励磁的相复励磁系统[5], 动态特性优越, 如图2所示。相复励分流励磁调压方式保证发电机的电压调节精度, 而且即使发电机在自动电压调节器 (AVR) 出现故障时, 发电机电压维持在1.15倍额定电压, 发电机仍能进行工作, 同时保证用电设备的安全。发电机定子绕组装有铂热电阻传感器 (pt100) , 与KLB智能型温度控制仪同时使用可直接显示发电机定子绕组的实际工作温度, 提供报警型号, 保护发电机[6]。
发电机励磁装置由1个三相整流变压器带3个单相电流互感器组成。由T1、T2、T3产生负载励磁电流分量, 在T6次级同空载励磁电流分量进行矢量迭加。由L1C同T6初级绕组共同产生空载分量并在T6次级绕组感应出空载励磁电流分量。励磁系统将主机输出的部分三相交流电整流为直流电, 再通到励磁机定子线圈中进行励磁机励磁。电动机的体积、材料成本、空间和重量与电机正常的轴速是成反比的。将变速箱被安装到电动机中或电动机被安装到变速箱中, 可以减小在理想系统轴速下的系统的体积, 由此控制转力矩和转速, 变速箱速率和电机轴速的搭配使功率-转力矩与空间-成本的关系更合理。
3 特性分析
3.1 能量损耗。
电动机内部因为在转子机构或机械机构中有永磁而达到它们的磁场, 并设定了新的转力矩使用和转子结构的磁阻转矩。永磁体封闭在内部的转子结构、高质量绕组、先进绝缘工艺以及电机内部没有线接头使得电机的具有较高的可靠性及逆变器的兼容性。转子薄板是无孔的, 形成了磁性的屏障以增加单向磁通量流通途径, 如图3所示。
在转子中嵌入永磁使其免受机械应力, 磁致应力和化学应力。每个永磁部分都是电防腐的, 每个磁极都是涂有保护层的, 特殊而简洁的转子设计使电动机更坚稳和高效。由于在转子绕组中没有电流, 且铜的热损耗很低, 在合理的电机设计范围内, 更多的电功率被用于产生转矩。由于电动机内部不会发热, 同时聚集在电动机外表面的热能损耗使电动机很容易冷却下来。绕组端部能够附加强迫通风冷却, 而永磁电机仅对定子进行水冷。
3.2 加速和制动
为了分析电动机加速与制动时对转矩, 电流, 输出电压, 转速等性能的影响[7], 本文采用时步有限元法对无制动回路情况进行了分析[8,8]。从如图5相应曲线可看出, 在加速后的95.4～95.8s处, 对电动机的影响较为明显。发电机装有压降补偿装置, 可方便与具有相同压降的其它发电机或电源系统并联运行。特定的设计使LPMR电动机非常高效而且容易冷却, 获得可以在低运行温度时的高力矩效果并且结构紧凑。有效的冷却系统和较低损耗减小了LPMR电动机的外形尺寸。
3.3 过流能力
节能和免维护的LPMR加入同步磁阻转矩和永磁转矩, 提供了高功率密度 (k W/cm3) 并扩大了恒定功率速度范围。高的过电流能力和低转动惯量, 使电机具有很高的动态性能[10], 如图5所示。LPMR电动机能够通过一个三相或者三个三相逆变器供电, 兼顾了低功率驱动和高功率驱动的能力, 同时具有非常高的效率和低脉动转矩, 仅有定子损耗, 使冷却系统最小化。坚固的转子保证电机可靠的高速运行, 每一块永磁体有机械和化学防护, 延伸了电机恒功率调速范围。
结论。
介绍一种新型LPMR大功率永磁同步电动机, 采用嵌入式带磁阻支持的径向高性能磁钢结构, 根据相复励分流励磁原理, 配以THYRIPART励磁系统, 磁阻转矩特性好, 能在较大的负载变动范围内始终保持高的效率和功率因数。并装有压降补偿装置与铂热电阻传感器, 能很好的保护用电设备, 同时运行平稳, 重量轻, 体积小, 现场使用方便, 可广泛应用于工程实际中。
参考文献
[1]周德贵, 巩北宁.同步发电机运行技术与实践[M].北京:中国电力出版社, 2003.
[2]潘启军, 张怀亮, 张向明, 等.三相同步发电机相复励励磁系统的高频电磁干扰[J].中国电机工程学报, 2009, 29 (30) :110-115.
[3]史小飞, 杨传虎.用于油田钻井工程的三相无刷励磁同步发电机[J].2006 (12) :46-49.
[4]吴积善.IFC6系列无刷三相同步发电机[J].中小型电机, 1991, 18 (6) :26-28.
[4]李基成.现代同步发电机励磁系统设计及应用[M].北京:中国电力出版社, 2002.
[5]金续曾.中小型同步发电机使用与维修[M].北京:中国电力出版社, 2003.
[6]王广生, 黄守道, 高剑.永磁同步电动机过载特性及其控制策略[J].电机与控制应用, 2011, 38 (5) :10-15.
[7]赵猛, 邹继斌, 胡建辉, 等.异步起动永磁同步电动机起动特性研究[J].电工技术学报, 2007, 22 (7) :145-149.
[8]刘秀君, 李伟力, 陈文彪.三相异步起动永磁同步电动机起动特性[J].电机与控制学报, 2006, 10 (3) :269-274.
小功率电动机新标准着眼安全要求 篇5
《小功率电动机的安全要求》 (GB 12350-2009) 已于2009年9月30日发布, 并于2010年8月1日起实施, 正式替代2000版。该标准适用于连续额定功率不超过1 100 W的异步电动机、同步电动机、直流电动机和交流换向器电动机。
此次标准更新前后相差近10年, 变化较大, 主要表现为:一是对原标准章节进行了重组重编, 引用了《小功率电动机通用技术条件》 (GB/T 5171) 中相关的安全要求, 并形成了新的标准章节;二是增加了新的安全要求, 如铭牌和说明书的内容, 内部布线引出线的最低耐热温度, 爬电距离和电气间隙对污染等级、附加绝缘、加强绝缘的考虑, 发热试验时电机负载及温升试验后限值的确定, 电气强度和绝缘电阻的试验方法和限值, 电磁兼容特性, 单相异步电机的最大最小扭矩、堵转转矩、匝间绝缘试验等。
小功率电动机广泛应用于电动工具、家用电器、玩具等产品中, 标准的更新影响的产品较多, 对于相关行业的发展将起到积极的推动作用。
抽油机井电动机匹配功率裕量分析 篇6
1 电动机匹配合理裕量分析
抽油机井在正常生产过程中由于油管结蜡、抽油杆偏磨、不平衡等因素造成负荷增加, 还有低含水井今后提高产液等因素都会使抽油机井负荷增加。电动机匹配计算功率时, 是根据抽油机井正常生产时的示功图数据来计算的, 所计算出的电动机功率是平均运行功率, 数值较小, 为使匹配的电动机功率比较合理, 需增加一定的裕量来解决以上问题, 使匹配的电动机既能满足正常生产以及上产需要的同时, 尽量降低能耗。
电动机匹配计算模型:
如果把抽油机光杆载荷与电动机输出功率看成是一种线形关系, 就可以建立如下数学模
式中:
Pd——电动机实际功率需求, kW;
CLF——曲柄轴上周期载荷系数;
E——实际平均效率;
Pr——悬点处的光杆功率, kW;
η——从电动机轴到悬绳器的平均效率;
A——功图面积, mm2;
Sd——减程比, m/mm;
Fd——力比, N/mm;
N——冲速, min-1;
Ie——均方根电流, A;
Im——平均电流, A;
Ii——对应每个曲柄转角启动电流, A。
2 正常生产过程中的功率裕量分析
对正常生产过程中的裕量, 从两个方面进行分析, 一是抽油机井负荷变化情况;二是抽油机井电流变化情况。
2.1 负荷变化情况统计分析
为了研究抽油机井在正常生产过程中负荷的变化情况, 对50口抽油机井一个洗井周期内的负荷数据变化情况进行了统计、分析, 平均负荷变化曲线函数为Y=0.003 4ln (X) +0.24, 即:抽油机井在正常生产过程中平均负荷变化幅度约为24%。其平均负荷变化幅度见图1。
2.2 电流变化情况统计分析
抽油机井正常生产过程中负荷变化势必造成电动机运行时的电流发生变化, 为分析电流的变化情况, 对50口抽油机井的电流变化情况进行了统计分析, 经分析得电流变化曲线函数为:Y=0.007 1ln (X) +0.27, 即:正常生产过程中电流的变化幅度约为27%。电流变化幅度见图2。
根据公式 (1) (2) (3) 计算负荷、电流变化裕量分别为2.66 k W、2.98 kW, 由计算数据分析可知, 对同一口井, 用电流的变化幅度和用平均负荷的变化幅度进行裕量计算, 计算结果比较接近。根据负荷计算时利用到光杆功率、周期载荷系数、传动效率等实际生产数据, 考虑的因素比较多, 且是实际生产数据;电流是负荷变化情况的反映, 如果该井装有节能控制箱, 则电流显示数值较小, 计算结果也就较小, 理论和实际就相差较大, 所以利用电流变化幅度计算的结果不如用负荷变化幅度计算的结果更准确。
2.3 上产调参时的功率裕量分析
2.3.1 含水在95%以上的油井
由于含水比较高, 这样的抽油机井产能比较低, 一般不再进行上调参, 因为没有经济效益可再提高。对这样的抽油机井进行电动机匹配时不需要留有太多的裕量, 以免能耗的增加。
2.3.2 含水在95%以下的油井
对于含水在95%以下的抽油机井, 含水相对低些, 产能也相对比较高, 根据需要可进行提高产液。提高产液一般是通过以下三种方式:提高冲速;加大冲程;换大泵。
1) 冲速调整分析。为提高产液进行提高冲速, 冲速增加则会导致负荷增加, 所需电动机的功率也将增加, 为此在电动机匹配时需留有一定的裕量。冲速的提高应根据该抽油机井动液面的情况, 地下流压的变化情况, 以及抽油机允许的最大扭矩等因素来确定, 再就是从经济效益方面考虑, 由于冲速提高能耗增加, 设备磨损严重, 断杆及检泵率加大, 缩短了抽油杆, 油管以及井下工具的使用寿命。具体提高几次应根据具体情况进行预产, 通过公式:Q/η=K×N×S计算来确定。
由于冲速的提高使抽油机负荷增加, 扭矩增加, 利用公式计算出最大、最小悬点载荷以及最大扭矩, 最后求出所需增加的功率。
根据公式可以计算出功率裕量:
式中:
Wr——抽油杆在液柱中的重力令其等于抽油杆在下冲程作用在悬点的载荷, kN;
Wl——油管内柱塞以上液体重力, kN;
S——冲程, m。
2) 冲程调整分析。加大冲程使产液增加, 抽油机井的负荷增加也随之增加, 为了使匹配的电动机功率满足正常调参的需要, 需增加的裕量可以根据公式 (4) (5) (6) (7) 进行计算。具体匹配时应根据具体情况决定是否留出裕量, 当该抽油机井已经在最大冲程位置了, 匹配电动机时不需为冲程留有裕量功率。
3) 泵型调整分析。对于动液面比较浅, 而且含水比较低, 产能较高的抽油机井, 当提高冲速以及加大冲程动液面都变化较小, 可以通过换大泵提高排量, 具体功率裕量可以根据公式 (4) (5) (6) (7) 进行计算。
3 抽油机启动裕量分析
由于电动机种类、系列不同, 其性能也有较大的差异, 对其启动时留有的功率裕量也就不同, 对于不同机型的抽油机来说, 其静扭矩也不相同, 需要的启动功率也就不同。经统计全厂抽油机机型主要有CYJ10型、CYJ11型、CYJ14型的。电动机主要有YCY系列的、Y系列的以及永磁的。
电动机启动时需克服较大的静扭矩, 由于扭矩随曲柄角度变化, 比较复杂, 计算比较困难, 因此对近年来电动机匹配的抽油机井进行了部分统计, 并根据理论分析, 给出了电动机启动时所需功率裕量, 见表1。
4 裕量分析计算
根据以上分析可知, 在不同情况下需要增加的裕量为:电动机实际运行功率与增加幅度的乘积, 即为所需要增加的功率裕量。以抽油机井8-2501为例。该井正常运行时实际需求功率为11.08 kW。
1) 负荷变化裕量。
2) 参数调整裕量。该抽油机井机型为:CYJ10-3-53HB, 泵径为83的, 泵挂为956.7 m, 动液面为874.9 m, 利用其示功图数据进行计算, 原来冲速为8 min-1, 若该井冲速还可以再提高1次, 经计算得:电动机功率为3.19 kW, 则在电动机匹配时需增加的裕量约为3.19 k W。实际上该抽油机井动液面已经很深不能再增加冲速了, 也就是不需再为冲速留有功率裕量。
3) 启动功率裕量为8 kW。该抽油机井匹配时的功率裕量为:
装机功率为:P=11.08+10.66=21.74 kW, 按计算结果我们现场匹配了22 kW, 见表2。
根据以上分析研究结果, 现场进行了抽油机井电动机合理匹配355口井, 实施后平均单井装机功率下降了24 kW, 有功功率降低了1.21 kW, 实现单井日节电29.04 kWh, 取得了较好的实施效果。
5 结论及认识
1) 抽油机电动机功率的选择必须根据生产需要进行合理匹配, 这样才可更好地改变目前装机功率偏大, 能耗成本高的现状。
2) 抽油机电动机功率的选择在满足正常生产需要的同时, 还应考虑以后上产的需要, 应留有一定的功率裕量。
降低螺杆泵电动机功率可行性研究 篇7
1 理论研究
1.1 节能分析
螺杆泵耗电的唯一设备是电动机, 电动机的匹配是否合理直接影响螺杆泵的耗电多少。从异步电动机的功率因数、转矩和效率特性曲线 (图1) 可以看出, 随着电动机的轴功率P2相对于电动机额定功率PN的增大, 电动机的效率η、功率因数cosϕ提高, 从而达到节能的目的。
目前测试的电动机消耗功率是电动机的输入功率P1, 是输入到电动机定子上的电功率, 如图2所示, 其中一部分功率消耗于定子绕组铜耗pCu1和电动机的铁耗pFe上。扣除这些损耗后, 剩下的功率便是通过气隙中的旋转磁场, 经电磁感应作用传递到转子上的电磁功率Pem, 即
由于正常运行时, 转子频率很低 (通常只有1～3 Hz) , 转子铁耗很小, 因此, 铁耗pFe实际上主要是定子铁耗。
电磁功率Pem减去转子绕组铜耗pCu2之后便是电动机转子上获得的总机械功率Pmec, 即
电动机旋转时还有机械损耗pem和附加损耗pad, 其中附加损耗pad主要是由于定、转子上有齿槽存在, 当电动机旋转时使气隙磁通发生脉振产生的, 因此, 在定子、转子铁心中产生损耗。这种损耗在电机转子上产生制动力矩, 从而消耗了电动机转子上的一部分机械功率。以总机械功率Pmec扣去机械损耗pmec和附加损耗pad, 之后, 便是电动机转轴上输出的机械功率P2, 即
综合上述分析, 可得异步电动机的功率平衡方程式为
式中∑p为总损耗。
电动机效率
1.2 螺杆泵功率计算
螺杆泵有效功率计算方法如下:
式中:
Pe——有效功率, kW;
γ——泵输送液体的重度, N/m3。
Q——排量, m3/s;
H——扬程或举升高度, m;
ρ——液体密度, 860 kg/m3;
g——重力加速度, m/s2。
式中:
η总——地面驱动效率, 0.66;
η轴承——轴承效率, 0.94;
η齿轮——齿轮效率, 0.96;
η皮带——皮带效率, 0.96;
η机油——机油效率, 0.96;
n——功率因数, 0.8;
PN——电动机功率。
式中, a为安全系数, 1.2～1.4。
1.2.1 计算实例
按照原计算方法计算KGLB75-40型螺杆泵电动机功率。已知扬程H为1 500 m、转速为200 r/min、地面驱动效率0.66, 依据公式 (7) 计算得出有效功率Pe=4.79 kW。安全系数为1.4, 电动机功率PN为6.71 kW, 所以取7.5 kW。
1.2.2 计算实例分析
通过上述计算可以看出, 用厂商的计算方法计算功率比实际现场应用的电动机功率偏大, 主要表现在以下几个方面:
1) 选用扬程比实际的举升高度偏大, 目前螺杆泵下泵深度在900 m左右, 且有一定的沉没度。
2) 转速偏高, 目前螺杆泵采用的转速一般不高于130 r/min。
3) 螺杆泵的排量Q值偏高, 没有考虑泵效, 厂商计算按100%计算, 实际上目前现场泵效只是60%左右。
综合上述三点可知, 螺杆泵井目前配置的电动机功率偏大, 因此螺杆泵电动机功率有下降的空间。
1.2.3 结合现场实际合理匹配电机
根据目前全厂的实际情况, 按照上述计算方法, 计算得出适合于现场实际的电动机与螺杆泵泵型的匹配标准。
依据上述公式计算出适合目前第一采油厂的螺杆泵泵型与电动机匹配的标准, 见表1。
表1计算方法及公式与原方法相同, 但是, 结合实际情况对参数进行了调整, 转速采用150 r/min, 螺杆泵泵效按70%计算, 安全系数均采用1.2～1.4。
从表1可以看出, 按照目前标准电动机功率可以下调的有如下泵型:
◇KGLB75-40, 由7.5 kW下调至5.5 kW;
◇KGLB120-27, 由7.5 k W下调至5.5 k W;
◇KGLB200-27, 由11 kW下调至7.5 kW;
◇KGLB400-20, 由15 kW下调至11 kW;
◇KGLB500-14, 由22 kW下调至15 kW;
◇GLB800-14, 由30 k W下调至18.5 kW;
◇GLB1200-14, 由30 kW下调至22 kW。
2 现场试验
根据理论计算结果, 对现场55口井进行了试验, 结果见表2。
从表2看出, 换电动机前后对比, 平均单井装机功率下降6.43 kW, 有功功率下降2.76 kW, 吨液耗电下降1.25 k Wh, 系统效率提高8.18个百分点, 节电率达到20.59%, 单井日节电可达66.24 kWh, 年节电2.38×104k Wh。
摘要：螺杆泵具有低能耗、低噪音、低投入, 以及占地面积小等优点, 适用于过渡带、稠油、出砂、家属区等生产井, 尤其在节能方面具有很大的优势。大庆油田第一采油厂共有1 542口螺杆泵井, 节能潜力较大, 通过节能理论分析和螺杆泵功率计算, 得出了适合该厂的螺杆泵泵型与电动机匹配标准。现场试验结果表明优化螺杆泵井电机配置可以实现节能降耗。
大功率电动机 篇8
在重工业企业中, 有些负载需要用两台同功率的电动机进行驱动。为了避免两台电动机同时启动时对电网电压的影响, 一般在启动过程中让两台电动机启动时有一定的时间间隔。而在实际应用中发现, 即使这样, 首先启动的电动机仍旧先发热, 而且启动时间长, 启动显得很困难, 有时还会出现电动机的接线柱与电动机绕组引出线焊接的焊锡被烧熔等故障。
2. 问题的分析
下面从理论的角度对两台电动机的启动情况进行分析。
通过单台电动机的T-s曲线图 (图1) 和工作特性曲线图 (图2) 可以看出, 电动机接入电网启动后, 启动转矩不大。电动机的启动电流为额定电流的4-7倍。此时, 电动机的转差率逐渐减小, 在转差率s大于临界转差率sm时, 电动机输出逐渐增大。并在s=sm时, 电动机输出转矩达到最大值Mmax。随着电动机转速的不断提高, s小于sm, 电动机的输出转矩也逐渐减小。
根据电动机的T-s曲线和工作特性曲线分析得出, 第2台电动机投入电网的时机对第1台电动机的影响可分为以下3种情况:
(1) 在第1台电动机的转速尚未达到临界点时投入电网:此时由于第2台电动机引起的电网电压波动, 致使电网电压急剧下降, 导致第1台电动机的启动电流发生跃变, 并且两台电动机均处于低转矩大电流状态, 很容易过载。
(2) 在第1台电动机的临界点即sm附近投入电网, 此时由于电网电压波动, 致使电网电压急剧下降, 导致电动机转矩随电压平方成比例减小, 电动机在这一点附近机械特性发生畸变, 相当于电动机轴上的负载突然增加, 如果电源电压下降过多致使电动机畸变后的最大转矩小于轴上的阻转矩, 将迫使电动机堵转, 有可能造成异步电动机停转并烧毁电机, 这正是造成首先启动的电动机绕组引出线与接线柱的焊锡烧熔的直接原因。如果电动机畸变后的最大转矩大于轴上的阻转矩, 电动机加速度变得很慢, 启动时间加长, 电动机的启动电流居高不下, 很有可能造成电动机过载。
(3) 在第1台电动机额定转速附近, 第2台电动机投入电网。这时, 电源电压波动基本上是由于第2台电动机启动引起的, 第1台电动机从启动电流回到运转电流的时间加长, 表现为电动机先发热, 但两台电动机相互影响较小, 并且第2台电动机同第1台电动机已经把设备驱动起来而且转速接近额定值。这时加在轴上的阻力转矩相当小, 电动机很快就能启动, 比前两种情况的启动时间明显减少。
3. 解决方案
通过以上几种情况分析, 第2台电动机投入电网的最佳时机应在第1台电动机达到额定转速附近。但是, 如果第1台电动机能达到额定转速, 再投入第2台电动机就没有必要了。所以, 在实际中, 我们要想方设法去克服电动机投入电网后对电网的冲击。为了有效地解决这个问题, 我们可以采用两台电动机启动时串入电阻或电抗的方法减轻对电网的冲击, 并且两台电动机改为同时启动, 以克服串入电抗器对电动机启动转矩的影响。虽然电动机启动是一个很基础性的常识, 但在实际应用中很容易被人忽视, 为了延长电动机的使用寿命, 希望引起我们足够的重视。
摘要：本文通过对重工业企业中使用两台大功率电动机同时启动时出现的问题以及启动时对电网产生的影响等方面进行分析, 并给出了解决方案。
关键词：大功率电动机,直接启动,电网,过载
参考文献
[1]胡幸鸣主编.电机及拖动基础.机械工业出版社.2008年1月
大功率电动机 篇9
现有气体燃料发动机的气体燃料供给方式可按供气的连续性分为连续供气方式和顺序间歇供气方式,又可按供气的位置分为缸内供气和缸外供气,其中缸外供气又有单点和多点之分。连续供气方式存在着发动机不能充分扫气,存在回火的可能性,各缸混合气空燃比控制精度低、响应慢等问题,不利于发动机性能提升。而多点顺序间歇供气方式,即在发动机各缸进气道前顺序间歇(一般在进气过程中)供入气体燃料,可以有效解决发动机进气道及进气管内回火、扫气阶段气体燃料流失等问题,改善发动机性能,所需气体燃料的压力较小,但对气体燃料电控喷射装置有较高的要求,因而性能良好的电控喷射装置是大功率气体燃料发动机的关键。近年来,国外对气体燃料发动机的相关研究文献众多,但对气体燃料电控喷射装置这类关键技术极少提及。文献[1]针对一6缸重型车用天然气发动机介绍了对混合气空燃比实现闭环控制的控制算法及试验结果,每缸采用2个喷射装置并将天然气喷入进气道内,但对喷射装置未作介绍。文献[2]对单点喷射与多点喷射进行了对比性能试验,确认了多点喷射在保证各缸均匀性等方面的优势,并对喷射起始时刻、喷射压力等参数对性能的影响开展了试验研究。文献[3]提出气体燃料喷射装置采用液压系统来控制的研究方案,但存在电磁阀发热、装置体积过大、结构复杂等问题,距实际应用有较大差距。
1 电控喷射装置的设计
1.1 需求及功能分析
性能良好的电控喷射装置应能够以多点顺序间歇供气方式,定时、定量地将气体燃料喷射入发动机每一气缸进气道前的进气歧管内,有效防止进气道及进气管内的回火现象,又可充分扫气,为各缸空燃比的实时、准确、独立调节提供前提条件,同时还应具备良好的控制特性、高响应速度和低落座速度,从而保证工作的可靠性与装置的较长使用寿命。对于大功率气体燃料发动机而言,需要电控喷射装置满足供气量的要求,特别是在应用低压、低热值气体燃料的场合,有着更大供气量的需求。
1.2 执行部件
在一些流量较小的气体燃料喷射装置中,大多采用针阀或球阀形式[4]。但对于本文设计的大功率气体燃料发动机电控喷射装置,为满足发动机的大流量要求,采用了流通截面积更大的菌形阀结构。
与流量q相关的主要参数包括由气门升程L和阀盘直径D决定的流通截面积等设计参数和喷射脉宽Δt、气体燃料与进气空气的压力差Δp等控制参数,有
气门升程L与阀盘直径D的确定有一定的关联性,可用下式进行估算:
其中,喷射脉宽和气体燃料与进气空气的压力差可以根据发动机负荷需要进行调节,所需的流通截面积可由式(1)和计算流体力学(CFD)方法估算,由此确定的气门直径为28mm,气门最大升程为4mm。
1.3 驱动部件
对于实现多点间歇供气的气体燃料电控喷射装置,目前均采用电磁铁驱动方式[4]。
不同于通常采用电磁铁作为驱动部件,本文所设计的电控喷射装置应用了一种已获国家发明专利授权的动圈式电磁直线执行器[5]作为驱动部件,其结构如图1所示,主要由内磁轭、外磁轭、永磁体和电磁线圈组成。
处在气隙磁场中的线圈通电后受到沿轴向方向且与电流大小成近似正比的洛伦兹力作用,通过控制电流的大小和方向可实现对气门运动规律的控制。与电磁铁相比,动圈式电磁直线执行器具有行程大、响应快和控制特性好的优点,较好地解决了电磁铁式电控喷射装置行程小、响应慢和气门落座速度大的问题。
与电控喷射装置匹配的气体燃料发动机最高转速为1500r/min,发动机转过一圈的时间为40ms,一个行程占用的时间为20ms,发动机进气过程持续时间应大于20ms。因此,可初步设定喷射装置从关闭到开启(或开启到关闭)的过渡时间为5ms,气门最大升程为4mm,同时,菌形气门关闭时与气门座圈之间的撞击力应限制在一定的范围之内,否则将影响电控喷射装置的可靠性和使用寿命,一般认为允许的最大气门落座速度为0.1m/s。以上述参数为目标,对动圈式电磁直线执行器进行设计。为使气门在限制的时间内开启一定的升程,且落座速度越小越好,理想情况下过渡过程应先以等加速度加速,再以大小相同的反向加速度减速运动,气门到达关闭位置时速度恰为0。由此得到的需要的加速度大小为640m/s2,运动部件(包括线圈和气门等)的质量为100g,由牛顿第二定律可得电磁直线执行器应达到的驱动力为64N。考虑摩擦和线圈电感等的影响以及为控制调节留余地,最终确定喷射装置最大驱动力为80N。应用有限元分析方法计算分析了动圈式电磁直线执行器的内部电磁场分布以及电磁驱动力,并以运动部件的加速度最大为优化目标,在一定的外形尺寸条件下,以永磁体尺寸、气隙大小、磁轭厚度和线圈尺寸等为变量进行设计参数优化,最终得到了较为理想的设计方案。
1.4 设计方案
图2为电控喷射装置的结构示意图[6]。电磁直线执行器、菌形气门与气门座圈的中心轴线重合,连接架将作为驱动部件的电磁直线执行器与阀体上盖固定,阀体的一侧设有与外部气体燃料供给管路相连的气体燃料进口;用螺母将菌形气门与可沿其轴线运动的电磁直线执行器运动部件连接为一体;阀腔与外部之间装有密封膜片,作为驱动部件的电磁直线执行器的一侧装有气门位置传感器。
1.电磁直线执行器 2.电磁直线执行器运动部件 3.螺母 4.菌形气门 5.连接架 6.螺钉 7.密封膜片压板 8.密封膜片 9.阀体上盖 10.气门座圈 11.阀体
电控喷射装置的工作原理如下:将电磁直线执行器作为驱动元件,通过驱动电流和气门位置的双闭环反馈控制实现菌形气门的运动控制,从而实现电控喷射装置的开关控制。当需要气体燃料喷射时,电磁直线执行器运动部件驱动菌形气门迅速向上运动并达到气门最大升程,随即保持在最大升程位置,当需要菌形气门关闭时,电磁直线执行器通以反向的驱动电流,运动部件驱动菌形气门迅速向下运动,当气门运动到最下端时,落在气门座圈上,切断气体燃料喷射,实时电控驱动电流的大小来控制落座速度使其低于一定的限值。气体燃料喷射量与保持在最大升程位置的时间或喷射脉宽相关,可根据需要实时调节。图3为建立的电控喷射装置的三维模型。
2 电控喷射装置的控制器
为了实现发动机空燃比的精确控制,应实现气体燃料喷射量的精确控制,同时应降低气门落座速度以确保电控喷射装置的工作可靠性和寿命。上述问题的关键为电控喷射装置气门运动的精确、快速控制。本研究以高性能的数字信号处理器(DSP)TMS320F2812作为核心处理器,设计了电控喷射装置的控制器,以满足系统应用需求。
2.1 控制器硬件设计
电控喷射装置的控制器硬件主要由DSP控制器、功率驱动模块和信号反馈模块组成(图4)。DSP控制器主要完成反馈信号的采集、控制算法的实现和控制信号的输出等功能。功率驱动模块由隔离驱动电路和H型桥式电路组成,根据DSP控制器输出的控制信号驱动喷射装置,实现特定的开启和关闭规律。信号反馈模块主要包括电流传感器、位移传感器和信号调理电路,它为DSP控制器提供电流和位移反馈信号。
2.2 控制器软件设计
将电磁直线执行器作为电控喷射装置的驱动元件,采用驱动电流和气门位置的双闭环反馈控制。为确保含气体燃料的混合气不进入排气道中,喷射始点选择为进气过程开始后至排气过程结束前的某一位置,喷射终点则根据气体燃料喷射量来确定,选择在进气过程结束前的某一位置。对控制技术进行深入研究,应用逆系统控制[7]方法,求解得到了电控喷射装置的逆系统模型并建立了伪线性系统,这样就将非线性系统的控制问题转化为了线性系统的控制问题。设计针对伪线性系统的状态反馈控制器和状态观测器,对伪线性系统进行状态反馈控制,解决了高响应和低气门落座速度的要求。
3 样件性能试验
在设计方案的基础上,研制了气体燃料电控喷射装置样件(图5)。连接控制器,电控喷射装置通过24V直流电源供电。
在控制器中模拟实际发动机运行的时序信号,对样件进行初步的性能试验。图6所示为通过电流传感器和位移传感器实测到的电流和位移曲线,从图中可以看出,在气门最大升程为4mm时,关闭到开启(或开启到关闭)的过渡时间小于5ms,工作稳定可靠。实测气门落座速度低于0.1m/s,保证了电控喷射装置的工作可靠性与使用寿命。
基于上述气体燃料电控喷射装置样件,通过试验和仿真方法对其流量特性进行了深入研究[8]。当气体燃料和空气的压力差为0.02MPa时,电控喷射装置的质量流量为165kg/h,可以满足气体燃料发动机的燃料流量需求。同时分析得到了气门最大升程、气门直径、喷射装置进出口压差以及气门开启持续期等主要设计及控制参数对电控喷射装置的流量特性影响规律,并建立了气体燃料喷射量同气门总开启时间的关系式,为实际工程应用打下了良好的基础。
4 结论
本文提出了一类应用动圈式电磁直线执行器和菌型阀结构的气体燃料电控喷射装置,该装置能够以多点顺序间歇供气方式,定时、定量地将气体燃料喷射入发动机每一气缸靠近进气道的进气歧管内,有效防止进气道及进气管内的回火现象,并可充分扫气,实现各缸空燃比的实时、准确、独立调节。
研制的样件经过试验验证,在气门最大升程为4mm时,关闭到开启(或开启到关闭)的过渡时间为5ms,工作稳定可靠,可以满足发动机的大流量、高响应等要求,为大功率气体燃料发动机性能提升打下了良好的基础。
气体燃料电控喷射装置与发动机的匹配、混合气空燃比最优控制技术等的研究工作仍在进行之中。
参考文献
[1]Czerwinski J,Comte P,Zimmerli Y.Investigations of the Gas Injection System on a HD-CNG-Engine[J].SAE Paper,2003-01-0625.
[2]Kaiadi M,Tunestal P,Johansson B.Closed-loop Combustion Control for a6-Cylinder Port-injec-ted Natural-gas Engine[J].SAE Paper,2008-01-1722.
[3]卜海永.电控液压可变燃气门的设计开发[D].济南:山东大学,2010.
[4]苗建忠,崔莉.气体燃料发动机电控燃料喷射阀:中国,CN1180180C[P].2004-12-15.
[5]常思勤,刘梁.高功率密度的动圈式永磁直线电机:中国,CN101127474B[P].2010-07-14.
[6]常思勤,葛文庆.一种气体燃料电控喷射装置:中国,201110332554.8[P].2011-10-28.
[7]Liu Liang,Chang Siqin.Improvement of Valve Seat-ing Performance of Engine’s Electromagnetic Val-vetrain[J].Mechatronics,2011,21(7):1234-1238.