一种极低转速的永磁同步伺服潜油电机及方法与流程

本发明涉及一种机械采油技术领域，特别涉及一种极低转速的永磁同步伺服潜油电机及方法。

背景技术：

在石油开采中，与传统异步电机相比较,体现了它在节能降耗方面的优势.通过对油田应用的永磁电机机组与异步电机机组行进现场测试.测试的永磁电机大大降低了电网的无功功率,在一个较大的区块，采用多台永磁电机.会整体改善电网的功率因数,对于节约电能,降低损耗,提高变配电设备的供电能力是极其有利的,将给用户带来显著的经济和社会效益。

目前，永磁同步直驱潜油螺杆泵系统的永磁电机大多采用多单元串联结构设计，电机极数多为8极、10极、16极等，单元与单元之间需要联轴器连接，各节之间的线圈需要连接，壳体之间需要焊接，其难保证各单元电机的位置度、同轴度，起动性能差，而且制造过程中的风险点过多；电机极数少，需要变频器调到很低频率才能适应螺杆泵的转速要求，降低了电机的额定功率和转矩，实际工作功率和转矩较低。

中国专利文献公开号为cn202142969u，专利名称为《低转速大扭矩永磁同步伺服控制潜油电机》，包括电机外壳、定子及转子；所述电机外壳内壁压装定子，所述转子包括转轴及在转轴上贴有的永磁铁，转轴尾部装有磁钢环；定、转子分节设置，每两节之间装有扶正轴承，该潜油电机还包括高压穿线密封组件及控制器，定子外壁设有走线槽，走线槽内穿过控制器的p、n线及通讯线。解决了现有潜油电机需要配备减速器的问题，提高了电机效率，实现了软启动，节省了投资，提高了系统的可靠性。但是其存在的问题是：该专利技术优选的转子极数为6极或8极，由于电机极数少，需要变频器调到很低频率才能适应螺杆泵的转速要求，降低了电机的额定功率和转矩，实际工作功率和转矩较低。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种极低转速的永磁同步伺服潜油电机及方法，可在工频50hz时工作，可适应螺杆泵对低转速的要求，额定转速低，起动扭矩大，在一定程度上解决螺杆泵起动困难的问题。

本发明提到的一种极低转速的永磁同步伺服潜油电机，其技术方案是：包括电机头（1）、电机壳体（2）、长电机轴（3）、电机定子总成（4）、电机转子（5）、永磁磁钢（6）、转子扶正轴承（7）、传感器信号线（9）、电机底座（10），电机壳体（2）的上端为电机头（1），下端为电机底座（10），电机壳体（2）内安装电机定子总成（4）和长电机轴（3），所述电机定子总成（4）由电磁线（8）及电机定子组成；长电机轴（3）上安装若干节的电机转子（5），电机转子（5）上贴有永磁磁钢（6），每节电机转子之间安装转子扶正轴承（7），电机壳体（2）的下端星点处引出传感器信号线（9），通过电机底座（10）的预留孔接出，可连接井下测温测压装置；所有电机转子（5）的相同极性的磁极保持在一条直线上，电机转子（5）上贴的永磁磁钢（6）的数量和电机定子下线方式决定了电机的额定转速。

优选的，上述的电机转子（5）上贴的永磁磁钢（6）的数量和电机定子下线方式决定了电机的额定转速，根据情况，选用20极或22极。

优选的，上述的电机底座（10）的下端有油管扣，以连接扶正器和尾管。

优选的，电机定子线圈产生20极或22极的三相旋转磁场，该磁场与转子上粘贴的永磁体的n、s极相互作用，产生电磁力带动转子与定子磁场同步旋转，50hz时，20极的转速为300rpm，22极的转速为273rpm。

优选的，上述的电机定子由壳体内压装的硅钢片和铜片组成。

本发明提到的极低转速的永磁同步伺服潜油电机的使用方法，包括以下过程：

使用时，地面电力通过专用伺服变频控制柜、潜油电缆传递给井下的电机，电机定子线圈产生20极或22极的三相旋转磁场，该磁场与电机转子上粘贴的永磁体的n、s极相互作用，产生电磁力带动转子与定子磁场同步旋转，50hz时，20极的转速为300rpm或者，22极的转速为273rpm，此转速正好匹配井下螺杆泵的允许转速，电机转子带动电机轴、螺杆泵转子旋转，将原油提升至地面；当油井供液量下降时，可降低电机工作频率，降低出液量以匹配油井产能；

另外，电机底座接有信号线，与井下测温测压装置连接，通过测温测压装置可实时监控油井吸入口压力、井液温度、电机温度、电机振动、排出口压力参数，可实现恒液面闭环控制，可远程监控和控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：

本发明的电机在50hz时的转速为300rpm（20极）或273rpm（22极），此转速正好匹配井下螺杆泵的允许转速，电机转子带动电机轴、螺杆泵转子旋转，将原油提升至地面；当油井供液量下降时，可降低电机工作频率，降低出液量以匹配油井产能；该电机50hz工频工作时转速低，起动扭矩大，也不会因转速降低过多而牺牲电机功率，是潜油直驱螺杆泵的最佳动力源；

另外，该电机尾部接有信号线，与井下测温测压装置连接，通过测温测压装置可实时监控油井吸入口压力、井液温度、电机温度、电机振动、排出口压力等参数，可实现恒液面闭环控制，可远程监控和控制，降低工作强度，提高油井管理水平；

本发明的极低转速永磁同步潜油电机，采用无位置传感器矢量控制模式，控制简单，起动容易；电机额定转速低，起动扭矩大；电机结构简单、制造方便。

附图说明

附图1是本发明的结构示意图；

上图中：电机头1、电机壳体2、电机轴3、定子总成4、转子5、永磁磁钢6、转子扶正轴承7、电磁线8、传感器信号线9、电机底座10。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，本发明提到的一种极低转速的永磁同步伺服潜油电机，包括电机头1、电机壳体2、长电机轴3、电机定子总成4、电机转子5、永磁磁钢6、转子扶正轴承7、传感器信号线9、电机底座10，电机壳体2的上端为电机头1，下端为电机底座10，电机壳体2内安装电机定子总成4和长电机轴3，所述电机定子总成4由电磁线8及电机定子组成；长电机轴3上安装若干节的电机转子5，电机转子5上贴有永磁磁钢6，每节电机转子之间安装转子扶正轴承7，电机壳体2的下端星点处引出传感器信号线9，通过电机底座10的预留孔接出，可连接井下测温测压装置；所有电机转子5的相同极性的磁极保持在一条直线上，电机转子5上贴的永磁磁钢6的数量和电机定子下线方式决定了电机的额定转速。

其中，上述的电机转子5上贴的永磁磁钢6的数量和电机定子下线方式决定了电机的额定转速，根据情况，选用20极或22极，电机定子线圈产生20极或22极的三相旋转磁场，该磁场与转子上粘贴的永磁体的n、s极相互作用，产生电磁力带动转子与定子磁场同步旋转，50hz时，20极的转速为300rpm，22极的转速为273rpm。

上述的电机底座10的下端有油管扣，以连接扶正器和尾管，上述的电机定子由壳体内压装的硅钢片和铜片组成。

本发明提到的极低转速的永磁同步伺服潜油电机的使用方法，包括以下过程：

使用时，地面电力通过专用伺服变频控制柜、潜油电缆传递给井下的电机，电机定子线圈产生20极或22极的三相旋转磁场，该磁场与电机转子上粘贴的永磁体的n、s极相互作用，产生电磁力带动转子与定子磁场同步旋转，50hz时，20极的转速为300rpm或者，22极的转速为273rpm，此转速正好匹配井下螺杆泵的允许转速，电机转子带动电机轴、螺杆泵转子旋转，将原油提升至地面；当油井供液量下降时，可降低电机工作频率，降低出液量以匹配油井产能；该电机50hz工频工作时转速低，起动扭矩大，也不会因转速降低过多而牺牲电机功率，是潜油直驱螺杆泵的最佳动力源；

另外，电机底座接有信号线，与井下测温测压装置连接，通过测温测压装置可实时监控油井吸入口压力、井液温度、电机温度、电机振动、排出口压力参数，可实现恒液面闭环控制，可远程监控和控制，降低工作强度，提高油井管理水平。

以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。