作为油田生产活动中的主要能耗装置,采油机设备通常选用电机功率较高的机型,其中最为主流的选择包括37kW与45kW两种规格,同时亦有部分地区使用更为强劲的55kW以及75kW电机。然而,在实际的开采作业过程中,由于受到油井深度、油品质量、杂质含量、含砂量、含水率、环境温度以及地理纬度等多种因素的综合影响,抽油机的负载变动幅度较大,因此需要频繁地调整作业冲次、冲程乃至电机转速,以适应各种复杂的工作状况。
对于抽油机的电机控制系统而言,其基本要求主要集中在以下几个方面:首先,需要具备大范围且稳定可靠的无级调速功能;其次,要求低速时的转矩足够强大,以便达到较为显著的节能效果。值得注意的是,抽油机电机驱动器不仅能够控制常规的三相异步电动机,还可适配变频电机以及伺服电机。传统的油田抽油机通常采用工业异步电机配合大速比减速箱的组合方式进行驱动,这种配置方式虽然结构相对简单,价格相对低廉,运行可靠性较高,并且无需过多的维护保养,但是其使用寿命相对较短。
针对抽油机的特殊需求,目前市场上已经出现了众多专用的电机驱动解决方案。例如,浙江大学以及一些石油科研机构在抽油机的研发方面已取得了一定的突破,他们提出的新方案采用了专用电机驱动器以及低速大扭矩的永磁无刷电机,从而使得整体的节能效果提升超过50%,同时还能有效减小设备占地面积,节省空间资源。
空气压缩机、水泵以及风机等设备在工业以及民用领域的应用极为广泛,它们的耗电量占据了整个工业系统电力消耗的60%以上。过去,许多此类设备的应用方式较为粗放,并未充分考虑到节能与效率问题,导致能源浪费现象严重。然而,随着国家节能惠民工程的逐步推广,各类新型的电机驱动方案如雨后春笋般涌现出来。据IHS分析师周万木的观点,以水泵为例,过去普遍采用定速泵,而如今则逐渐转向使用调速泵;过去大量使用传统的异步感应电动机,如今则更多地采用高效异步电动机,甚至开始引入永磁电机;过去未曾配备变频器,如今则开始广泛使用通用变频器,甚至更进一步采用高效的专用电机驱动器。
高效异步感应电机与通用变频器的结合使用确实能够大幅度提升设备的运行效率,节约电能,然而其缺点在于成本较高,若无国家政策补贴支持,一般企业难以承受如此巨大的经济压力。针对此问题,若采用永磁无刷电机搭配专用电机控制器,专门针对空压机、水泵以及风机等设备进行定制化设计,便有可能在一定程度上降低整体成本。
国内已有多家企业在此领域展开了积极探索,其中四方公司推出的空压机一体机方案便是一个典型案例。该方案将空压机行业应用中常见的外部设备需求进行整合,无需额外添加电气元件及线路,使用起来十分便捷。