Преимущества и недостатки вентильных двигателей. Принцип их работы
Вентильный двигатель – это разновидность электрического двигателя, в котором вместо щеточно-коллекторного узла используется полупроводниковый коммутатор, управляемый датчиком управления ротором.
Схема конструкции вентильного двигателя изображена на рисунке ниже.
Рисунок 1. Схема вентильного двигателя. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
1 - корпус; 2 - диэлектрическая прослойка; 3 - втулка; 4 - пружина; 5 - обмотка статора; 6 - кольцо изоляции; 7 - постоянные магниты; 8 - роторный вал; 9 - подшипник; 10 - обойма; 11 - датчик Холла; 12 - монтажная плата; 13 - задняя крышка; 14 - жгут электропроводки.
Постоянный магнит – это изделие, сделанное из магнитотвердого материала и обладающее высокой остаточной магнитной индукцией, способствующей сохранению состояния намагничивания в течении длительного промежутка времени.
Принцип работы вентильного двигателя заключается в позиционировании постоянных магнитов, находящихся на роторе, по отношению к создаваемому пику электромагнитного импульса на фазных электрических обмотках. Во время движения магнитов датчики Холла воспринимают данные об их положении в пространстве и изменяют пропускную способность вентильных преобразователей, что способствует продолжению вращения вала. Получается, что управления процессом вращения осуществляется без скользящего контакта. Таким образом, данная электрическая машина относится к безколлекторным электродвигателям.
Преимуществами вентильных двигателей является:
- Большой срок службы.
- Высокая степень надежности (благодаря отсутствию скользящего контакта).
- Широкий диапазон изменения частоты вращения.
- Высокий коэффициент полезного действия (до 90%).
- Отсутствие узлов, которым требуется частое обслуживание (коллекторы).
- Высокая перегрузочная способность.
- Возможность применения в агрессивных и взрывоопасных средах.
У вентильных двигателей есть два основных недостатка. Первый – их относительно высокая стоимость, из-за использования дорогих постоянных магнитов, второй - сложная конструкция двигателя и сложность управления им.
Использование вентильных двигателей в современной добыче нефти
На российских месторождениях нефти широко распространены два способа использования вентильных двигателей в процессе ее добычи:
- Эксплуатация скважин установкой электрического центробежного насоса с вентильным двигателем в постоянном режиме.
- Эксплуатация скважин установкой электрического центробежного насоса с вентильным двигателем в периодическом режиме.
Внедрение в процесс добычи вентильных двигателей сделало возможным перевод эксплуатации скважин из периодического режима в постоянный. Первыми использовать вентильные двигатели на своих месторождениях, при эксплуатации скважин с малым дебитом, начали в ООО “ЛУКОЙЛ - Пермь”, на месторождениях которого почти 100 % скважин эксплуатировались в периодическом режиме. После замены асинхронных двигателей на вентильные позволило перевести большинство скважин на постоянный режим работы с сохранением высоких наработок (у некоторых скважин наработка составляет более 1000 суток). Сейчас вентильные двигатели, входящие в состав установок электрических центробежных насосов, используются на месторождениях ОАО “Ритэк”, ООО “ЛУКОЙЛ - Волгограднефтегаз” и ООО “ЛУКОЙЛ - Западная Сибирь”.
Раньше, периодическая эксплуатация скважин считалась неэффективной, так как отбор продукции был гораздо ниже, чем при постоянном режиме, а также необходимости многократных запусков из-за динамических нагрузок и больших значениях токов пуска. С появлением вентильных двигателей и станций с плавным запуском, а также возможность регулировки частоты вращения, эти недостатки перестали быть определяющими. При эксплуатации скважин в периодическом режиме, асинхронный двигатель работает почти без охлаждения потоком откачиваемой из пластов жидкости, что способствует его перегреву, который часто становится причиной уменьшения ресурса. У вентильного двигателя низкая температура перегрева обмотки, около 25 градусов по Цельсию, в то время, как у асинхронного двигателя этот параметр составляет порядка 45 градусов по Цельсию (ресурс изоляции снижается в два раза при каждом повышении ее температуры на 10 градусов по Цельсию.
В настоящее время вентильные двигатели используются на скважинах ОАО “ТНК-Нягань”, работающих в периодическом режиме. Данные выработки обладают высоким газовым фактором, нестабильным притоком и осложнены отложениями солей. Внедрение вентильных двигателей ( в составе установок электрических центробежных насосов), способствовало увеличению наработки оборудования минимум в два раза и снижению расхода электрической энергии в среднем на 55 %.
