抽油机电机直接转矩控制器的研制

　　1简介

　　目前全国各油田共有机采井约11万口，其中抽油机井占90%以上，产液量的65 %，产油量的75%都是靠抽油机采出的，其数量每年按10%速度增长，是油田产油的主要方式，同时，也是能耗大户，其能耗占油田总能耗的1/3。因而，减少抽油机的能耗、提高系统效率、降低采油成本成为各油田实现节能增效的主要任务。

　　抽油机电机一般均使用三相异步感应电机，目前，对于抽油机电机采取了多种节能技术，可归纳为以下几种。

　　(1)更换节能电机;(2)并接补偿电容器;(3)采用电压调节装置;(4)采用通用变频器。

　　采用上述节能措施后，抽油机电机运行效率有所提高，但由于抽油机电机运行工况存在转矩变化快、转矩变化范围大、平衡受井况变化影响、出现发电态等因素影响，长期运行节电效果不佳，一般平均综合节电率<5%。

　　针对这种状况，笔者采用当前最新的电机直接转矩控制原理，结合抽油机电机的运行工况，研制了抽油机电机直接转矩控制器，提高抽油机电机的综合节电效率。

　　电机的直接转矩控制(DTC)理论最先由德国鲁尔大学Depenbrock教授于1985年提出。这是交流电机调速理论继矢量控制之后的一新突破。它用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系中计算电机磁链和转矩，由磁链和转矩的Bang-Bang控制产生PWM信号，对逆变器的开关状态进行最佳选择，从而获得高效的动态性能。

　　2直接转矩控制原理

　　直接转矩控制是定子磁场定向，因此建立在静止的坐标系(α,β)上。定子各量的变换公式如下：

　　其中：Xa(t),Xb(t),Xc(t)是定子相应量的瞬时值，Xα(t)，Xβ(t)是(α，β)坐标系上的两个分量。

　　直接转矩控制的核心是磁链控制和转矩控制，控制原理框图如图1所示。

　　控制时首先测出直流母线电压和定子电流，再按式(1)的坐标变换，将它们分解到α，β方向，并在这两个方向计算出实际的磁链值和转矩值，作为反馈分别与磁通给定和转矩给定构成闭环，进行Bang-Bang控制，产生磁链和转矩请求信号，同时还要计算出磁链所在扇区位置，最终通过转矩请求、磁链请求、磁链扇区使逆变器开关优化器发出优化的PW M信号，驱动IGBT输出电压达到控制电机的目的。

　　3系统构成

　　系统构成如图2所示。图中包括主回路和控制回路，主回路逆变器采用IG BT功率管;控制回路的核心采用DSP处理器，它具有高速数据计算处理能力，能够满足DTC高速实时计算的要求。