摘    要：油田采油設(shè)備使用大量的游梁式抽油機(jī)，由于抽油機(jī) 電機(jī)的運(yùn)行效率很低，浪費(fèi)了大量的電能，目前也采用了許多電機(jī)節(jié)能技術(shù)，但效果均不佳 。文中介紹了采用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)來控制抽油機(jī)電機(jī)，從而達(dá)到良好的節(jié)能效果。 
        關(guān)鍵詞：抽油機(jī)；感應(yīng)電機(jī)；節(jié)能；直接轉(zhuǎn)矩控制 
        1   簡介 
        目前全國各油田共有機(jī)采井約11萬口，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，是油田產(chǎn)油的主要方式 ，同時，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，長期運(yùn)行節(jié)電效 果不佳，一般平均綜合節(jié)電率＜5%。 
        針對這種狀況，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，對逆變器的開關(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)量的瞬時值，Xα(t)，Xβ(t)是(α，β) 坐標(biāo)系上的兩個分量。

        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。

        控制時首先測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)矩請求信號，同時還要計(jì)算出磁鏈所 在扇區(qū)位置，最終通過轉(zhuǎn)矩請求、磁鏈請求、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，驅(qū)動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)時計(jì)算的要求。

        4  現(xiàn)場運(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，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)電效果來看，平均 負(fù)載重、有發(fā)電態(tài)的井節(jié)電率很高；對于平衡好基本無發(fā)電態(tài)的井節(jié)電率也可達(dá)到20%以上 。 
        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。