3.2. Особенности конструкции эд станка-качалки.

Используемые в электроприводе станка-качалки асинхронные электродвигатели с КЗ ротором серии 4А, 5А, АИР и др. имеют повышенный пусковой момент , который обеспечивается за счет специальной конструкции обмотки ротора (это может быть или глубокопазная обмотка (10:1) или двойная беличья клетка), причем внутренняя клетка выполнена из меди, а наружная из латуни, имеющей большее удельное сопротивление, чем медь. Для повышения пускового момента используется эффект вытеснения тока на поверхность при пуске. После вытеснения тока на поверхность сечение проводника, по которому течет ток, уменьшается, при этом активное сопротивление обмотки ротора увеличивается и момент, развиваемый ЭД при пуске, возрастает, так как он пропорционален приведенному активному сопротивлениюобмотки ротора. После разгона двигателя распределение тока по сечению проводника выравнивается, активное сопротивление уменьшается и момент становится равным номинальному.

; .

Кроме АД с КЗ ротором находятся в опытной эксплуатации синхронные двигатели, которые могут регулировать коэффициент мощности сети при работе в режиме перевозбуждения.

3.3. Выбор мощности эд станков-качалок.

При выборе мощности ЭД возможны две задачи.

Первая задача возникает при уточнении мощности ЭД станка-качалки. Такой случай возможен при отклонении дебита скважины от запланированного, а также при изменении режима работы скважины. В этом случае подбор ЭД целесообразно производить по нагрузочной диаграмме мощности или момента. Режим работы ЭД длительный с циклически изменяющейся нагрузкой. Для выбора мощности ЭД достаточно рассмотреть один цикл работы (одно качание) и привести переменную нагрузку к неизменной стандартной. При этом используется один из методов: метод эквивалентного момента, эквивалентной мощности или эквивалентного тока.

Эквивалентную или эффективную мощность Р_э электродвигателя определяют по формуле:

,

где t₁, t₂ – время интервалов;

Р₁, Р₂ – средние значения мощности в интервале.

Требуемая номинальная мощность электродвигателя Р_ном определяется по условию:

.

График нагрузки на валу двигателя может быть получен по показаниям ваттметра, установленного в одной из фаз статора двигателя.

Вторая задача возникает при расчете мощности ЭД для вновь вводимой скважины. В этом случае для определения эффективной мощности нагрузки обычно используют формулы с учетом величины подачи насоса, глубины подвески насоса и технических параметров станка-качалки. Согласно формуле Б.М. Плюща и В. О. Саркисяна эффективная мощность электродвигателя определяется по формуле:

,

где G – масса столба жидкости над плунжером, определяемая полной площадью плунжера и высотой подачи жидкости;

S – длина хода устьевого штока;

n – число качаний в секунду;

η_п – КПД передачи от вала электродвигателя к валу кривошипа (0,96-0,98);

k₁ – конструктивный коэффициент, зависящий от типа станка-качалки;

k₂ – расчетный коэффициент.

Эффективную мощность электродвигателя можно определить по другой формуле:

Р_э=1,7∙k_o∙k_a∙d²∙H∙S∙n∙10^-7+Р_с,

где k_o – относительный коэффициент формы кривой момента на валу двигателя, равный отношению фактического коэффициента формы кривой k_ф к коэффициенту формы для синусоиды (1,11), ;

k_a – поправочный коэффициент, учитывающий влияние деформации штанг и труб;

Н – глубина подвески насоса;

Р_с – постоянные потери в станке-качалке, не зависящие от нагрузки.

Условие выбора мощности электродвигателя:

Р_ном  Р_э.

Выбранный по условиям нагрева двигатель не во всех случаях будет удовлетворять требованиям работы в приводе станка-качалки. Он должен удовлетворять условиям пуска станка качалки и обеспечивать преодоление пиков нагрузочного момента при работе установки. При пуске станка-качалки ЭД должен развивать момент, обеспечивающий преодоление статического момента сопротивления и момента необходимого для разгона до установившейся скорости. Статический момент сопротивления при пуске превышает момент при установившемся режиме за счет увеличенных сил трения, обусловленных заеданием движущихся частей двигателя, выжиманием смазки, а также возможным наличием песчаных пробок.

Протекание пускового процесса, обычно не превышающего 10 с, зависит от начального положения кривошипа и от того, как изменяется нагрузка после пуска, кроме того, начальный пусковой момент двигателя может уменьшаться при снижении питающего напряжения.

Для нормальной работы СК (при хорошем уравновешивании) кратность максимального момента λ=M_max/М_ном должна находиться в пределах 1,8-1,9. Обычно значение λ у АД станков-качалок составляет 2,1-2,8, что обеспечивает надежную работу электропривода с перегрузками и при снижении напряжения в сети.