潜油电机永磁化的一些基本问题是什么(潜油电机永磁化的一些基本问题有哪些)

导语：潜油电机永磁化的一些基本问题

本文对近年出现的一类特种高效节能型永磁同步电动机---潜油永磁同步电动机作了较为详细的介绍,分析讨论了其基本原理及技术难点问题,并结合作者在该课题上的科研工作,针对普通潜油三相异步电动机永磁化改造中的问题,提出一些解决措施与办法.

作为潜油电泵机组的核心组件之一潜油三相异步电动机经过多年的发展﹑改进,已十分成熟,适用于绝大多数油﹑气﹑卤井的不同工况,几近完美,但美中不足的是作为特种动力电机,其效率及功率因数还不够高,这直接影响到其在高温井况下的工作寿命,加大了能耗，间接地增加了生产成本 ,因此,寻求一种高效率﹑高功率因数的节能型动力电机是潜油电机的重要发展方向。在现在三相异步电动机的基础上研制永磁同步电动机不失为一个有重要应用价值的课题。

普通功率范围的潜油电机效率在72℅-82℅，功率因数在0.76-0.85之间，而同规格的永磁同步电动机，因不存在普通异步电机的转差损耗与励磁损耗以及转子铜耗，故效率要高出7℅-10℅，功率因数高出10℅，又因无需励磁电流，故效率可进一步提高。

这种电机如能大量用于油田采油，可大幅度降低用电量，这种电机对高温、稠油井尤其适用，另外对海上钻采平台，还能使给同样排量、扬程的电泵机组供电的原发电机的容量大为减少，也是很受欢迎的。

结构概述

我们试制的电动机的整体结构和现三相潜油异步电动机基本类似，如图1示，薄壳与钢接头用螺纹联结构成主要支撑件，对大功率电机，仍然在长壳体中串叠铁芯，定子绕组为单层同心式，用特制绕包线穿制，绝缘采用真空浸漆或环氧灌封。

转子采用笼型起动绕组，采取内置径向式磁路结构，磁钢采用高性能稀土永磁材料。

基本特性

潜油永磁同步电动机的基本电机特性，由于其永磁磁极的凸极效应明显，与电励磁同步电动机接近，凸极同步电动机的“双反应理论”经适当改造以后可用于这种电机，分析可得，其各种运行状态的相量图如下。

原理上的难点问题

永磁式同步电动机本身较电励磁同步电动机及感应电机有着更多原理上的难点，用于潜油电机形式则某些问题更显突出，最主要是以下两个问题。

1． 自起动问题

潜油电机多数情况下总是带泵满负载直接起动，在起动过程中要有足够大的起动转矩和牵入同步转矩，尤其是牵入同步转矩更为关键，只有其足够大才能带着负载把电机牵入同步运行，最终实现潜油电机永磁化的价值。

永磁同步电动机起动到牵入同步与电励磁同步电动机的异步起动不同，电励磁同步电动机起动是先靠异步转矩起动加速到同步转速时再加励磁，而永磁同步电动机由于永磁体建立的主磁场始终存在，其发电制动转矩对电机牵入同步与起动影响甚大。

2．永磁体的热稳定性与化学稳定性

潜油电泵机组工作环境温度较高，一般高于90℃，考虑到电机温升，则处于电机中心部位的磁钢退磁就无法避免。因为一般永磁材料充磁后，随温度的升高，其剩磁总会下降，一待温度恢复以后，会回升，但是不能完全复原，如图为磁性材料退磁示性曲线，为不可逆损失，为可逆损失。

潜油电机永磁体由于热退磁，不可逆损失太大，选用的磁性材料在实际中往往达不到设计预期要求，由于尺寸限制，一般又不便靠增大永磁体用量来补偿，故给设计制造永磁潜油电机及这种电机的实际应用带来障碍。另外电机中始终有部分井液通过密封保护器泄漏进入。其中的酸、碱物质也会严重影响磁性能，使电机不能工作在正常状态而缩短工作寿命。

通过以上分析可知永磁同步电动机的设计较一般电励磁同步电动机及异步电动机有更多的不确定因素要综合考虑，难度在某些方面更高，要求也更高。落实到永磁潜油电机有许多具体问题还要通过深入分析、试验来解决。

改造现有潜油异步电动机的一些措施

为降低研制成本，我们采用现在应用普遍的三相异步潜油电机的定子片（18槽）及星形联结的单层同心式绕组，工艺过程也较为成熟，气隙在原0.5mm基础上加大到0.6mm，只是由于尺寸的限制及以上降低成本的考虑，未采用星形联结双层短距绕组形式，从理论上讲，绕组中电动势谐波及环流没有得到有效的控制。

同样由于径向尺寸的限制，不便开矩形深槽，转子导条仍采用圆形导条，不过原潜油电机转子闭口槽形作成半闭口，以尽量提高异步起动转矩。转子按以上方案设计后存在隔磁磁桥变短，漏磁加大，永磁体嵌入以后不易开设合理的空气隙以作隔磁及散热之用。

采用内置式永磁体的磁路，避免了永磁体在电机过载冲击时的退磁，且能实现用起动绕组作异步自起动的功能。不利的是磁路变得更加复杂，设计中不便作准确计算，其中，漏磁系数及计算极弧系数等重要设计参数均不能作较好的测算，估计的误差比较大。磁钢插入以后粘附定位也很麻烦。

我们采用了廉价的钕铁錋稀土永磁材料电泳涂覆防腐漆层，成本很低，也防止了磁钢的化学退磁。但是该种材料的热稳定性不是很理想（其完全退磁居里温度仅300~400℃）。故采用热稳定性、磁性能更好的材料是值得考虑的（如用YX-24型磁钢）。

有必要分析求解潜油永磁同步电动机的电磁场模型，进行必要的数值模拟，对电机性能作更好的把握与预测，经过对（单转子节、两极）原理样机的试验井运行测试，电机基本性能达到要求。

（本文选编自《电气技术》，原文标题为“潜油电机永磁化的一些基本问题”，作者为吴牮、吴竣。）

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