一種抽油機電機驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種抽油機電機驅(qū)動系統(tǒng)，包括功率變換器、電源回饋單元、電機；電源回饋單元、功率變換器、以及電機依次進行電氣連接；電機與功率變換器間能夠?qū)崿F(xiàn)雙向電能傳輸，電源回饋單元與功率變換器間能夠?qū)崿F(xiàn)雙向電能傳電能傳輸，電源回饋單元與該電機驅(qū)動系統(tǒng)外部的交流電源間能夠?qū)崿F(xiàn)雙向電能傳輸。本實用新型提供的抽油機電機驅(qū)動系統(tǒng)，通過在交流電源與功率變換器之間設(shè)置電源回饋單元，實現(xiàn)將電機在發(fā)電運行中產(chǎn)生的電能回饋到電網(wǎng)，從而達到抽油機大幅度節(jié)電的效果。
【專利說明】一種抽油機電機驅(qū)動系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電機驅(qū)動領(lǐng)域，尤其涉及一種抽油機電機驅(qū)動系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]抽油機為石油行業(yè)的一種主要生產(chǎn)設(shè)備，其作用是帶動油桿和柱塞泵上下往復(fù)運動，將儲存于地下的原油抽上地面。
[0003]我國在用抽油機約十幾萬臺，每年新裝機約1.5萬臺，每年耗電約42億千瓦時，約占油田總耗電的40%。由于抽油機運行效率比較低(綜合效率一般不超過40%)，因此抽油機節(jié)電越來越受到油田重視。
[0004]抽油機從結(jié)構(gòu)上分類有游梁式抽油機(磕頭機)和無游梁式抽油機(直線機),分別如圖1 (a)，圖1 (b)所示，由機架11、加速器12、油桿14、柱塞泵15、配重16和電機3組成。過去抽油機多采用不調(diào)速的異步電機驅(qū)動，但隨著抽油工藝的改進和節(jié)電的需要，近年調(diào)速電機驅(qū)動系統(tǒng)越來越多用于抽油機，調(diào)速電機驅(qū)動系統(tǒng)的常用形式有:異步電機加交流變頻器，永磁同步電機加交流變頻器，開關(guān)磁阻電機加開關(guān)磁阻控制器。上述交流變頻器和開關(guān)磁阻控制器可統(tǒng)稱功率變換器，現(xiàn)有的用于抽油機的電機驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3(a)所示，主要包括電機3、功率變換器2和制動電阻4，電機3和功率變換器2至于電氣柜7中，其中交流電源1接入功率變換器2，功率變換器2與電機3電氣連接，功率變換器2連接至制動電阻4。
[0005]由于地質(zhì)情況的復(fù)雜性，油桿負荷處于不斷變化中，并且通過抽油機的動作機構(gòu)傳遞，使驅(qū)動電機的負載在油桿上下往復(fù)運行的一個周期內(nèi)大幅變化，一般不僅是輕載到重載間變化，而是從電動到發(fā)電運行狀態(tài)變化。反應(yīng)抽油機電機負載的轉(zhuǎn)矩τ和轉(zhuǎn)速η隨著轉(zhuǎn)角Q變化，圖2 (a)和圖2 (b)中轉(zhuǎn)速η和轉(zhuǎn)矩T方向相同的區(qū)域為電動運行，轉(zhuǎn)速η和轉(zhuǎn)矩Τ方向相反的區(qū)域為發(fā)電運行。
[0006]電機電動運行，意味著電機從電網(wǎng)吸取電能，并將電能轉(zhuǎn)換為抽油機和油桿的機械能；電機發(fā)電運行，意味著電機將抽油機和油桿的機械能轉(zhuǎn)換為電能。但就常用調(diào)速電機驅(qū)動系統(tǒng)而言，所用功率變換器都不具有將電機產(chǎn)生的電能回饋到電網(wǎng)的功能，只能采用制動電阻將電機產(chǎn)生的電能白白消耗掉。
實用新型內(nèi)容
[0007]本實用新型的目的是，在常用的調(diào)速電機驅(qū)動系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行改進，通過在交流電源與功率變換器之間設(shè)置電源回饋單元，取消制動電阻，實現(xiàn)將電機在發(fā)電運行中產(chǎn)生的電能回饋到電網(wǎng)，從而達到抽油機大幅度節(jié)電的效果。
[0008]本實用新型提供的一種抽油機電機驅(qū)動系統(tǒng)，包括功率變換器、電機，電機與功率變換器電氣連接，其中，該電機驅(qū)動系統(tǒng)還包括電源回饋單元，電源回饋單元與功率變換器電氣連接，電源回饋單元與該電機驅(qū)動系統(tǒng)外的交流電源電氣連接。
[0009]所述電機可以為異步電機、永磁同步電機或開關(guān)磁阻電機。[0010]所述功率變換器為交流變頻器或開關(guān)磁阻控制器。
[0011]所述電源回饋單元與功率變換器為集成結(jié)構(gòu)或是分體結(jié)構(gòu)。
[0012]該電機驅(qū)動系統(tǒng)還包括回饋電抗器，其中回饋電抗器與電源回饋單元電氣連接，與該電機驅(qū)動系統(tǒng)外的交流電源電氣連接。
[0013]所述回饋電抗器可以采用三個單相電抗器或一個三相電抗器。
[0014]功率變換器、電源回饋單元和回饋電抗器安裝在一個或多個電氣柜中。
[0015]所述電氣柜中根據(jù)操作和測量要求還可以安裝有開關(guān)、按鈕、電能計量儀表、報警裝置中的一個或多個。
[0016]所述電源回饋單元包括將交流電源轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娫吹恼麟娐贰?br> [0017]在常用調(diào)速電 機驅(qū)動系統(tǒng)中，功率變換器內(nèi)部包括將交流電源轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娫吹恼麟娐泛蛯⒅绷麟娫崔D(zhuǎn)變?yōu)榻涣骰蛎}動電源的逆變電路，由于該抽油機電機驅(qū)動系統(tǒng)添加了電源回饋單元，電源回饋單元具備整流電路的功能，因此，可以省略功率變換器中的整流電路。
[0018]本實用新型提供的抽油機電機驅(qū)動系統(tǒng)，通過在交流電源與功率變換器之間設(shè)置電源回饋單元，取消制動電阻，實現(xiàn)將電機在發(fā)電運行中產(chǎn)生的電能回饋到電網(wǎng)，從而達到抽油機大幅度節(jié)電的效果；進一步地，通過在交流電源與電源回饋單元之間增加回饋電抗器，其作用是限制回饋電流峰值、改善電流波形和提高功率因數(shù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1 (a)為游梁式抽油機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖1 (b)為無游梁式抽油機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2 (a)為游梁式抽油機發(fā)電運行時轉(zhuǎn)速η和轉(zhuǎn)矩T隨轉(zhuǎn)角Q變換示意圖；
[0022]圖2 (b)為無游梁式抽油機電動運行時轉(zhuǎn)速η和轉(zhuǎn)矩T隨轉(zhuǎn)角Q變換示意圖；
[0023]圖3 Ca)為現(xiàn)有的抽油機電機驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0024]圖3 (b)為本實用新型抽油機電機驅(qū)動系統(tǒng)一實施例的結(jié)構(gòu)框圖。
[0025]附圖標記說明:
[0026]11-機架12-減速器14-油桿
[0027]15-柱塞泵16-配重3-電機
[0028]1-交流電源2-功率變換器 4-制動電阻
[0029]5-電源回饋單元 6-回饋電抗器 7-電氣柜
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進行詳細說明。
[0031]本實用新型提供的抽油機電機驅(qū)動系統(tǒng)，包括:包括功率變換器、電機；電機與功率變換器電氣連接，電機與功率變換器間能夠?qū)崿F(xiàn)雙向電能傳輸；其中，該電機驅(qū)動系統(tǒng)還包括電源回饋單元，電源回饋單元與功率變換器電氣連接，電源回饋單元與功率變換器間能夠?qū)崿F(xiàn)雙向電能傳輸；電源回饋單元與該電機驅(qū)動系統(tǒng)外的交流電源電氣連接，電源回饋單元與交流電源間能夠?qū)崿F(xiàn)雙向電能傳輸，電源回饋單元能夠在電機發(fā)電運行時將產(chǎn)生的電能回饋到電網(wǎng)。[0032]電機可以為異步電機、永磁同步電機或開關(guān)磁阻電機。
[0033]功率變換器可以為交流變頻器或開關(guān)磁阻控制器。
[0034]電源回饋單元結(jié)構(gòu)上可以是一個獨立單元，此時電源回饋單元與功率變換器為分體結(jié)構(gòu)；電源回饋單元也可以與功率比變換器安裝在同一結(jié)構(gòu)中，此時電源回饋單元與功率變換器為集成結(jié)構(gòu)。
[0035]進一步地，本實用新型抽油機電機驅(qū)動系統(tǒng)的一實施例的結(jié)構(gòu)框圖，如圖3 (b)所示，包括電機3、功率變換器2、電源回饋單元5，該電機驅(qū)動系統(tǒng)還包括回饋電抗器6 ;電機3與功率變換器2電氣連接，功率變換器2與電源回饋單元5電氣連接，回饋電抗器6與電源回饋單元5電氣連接，與該電機驅(qū)動系統(tǒng)外的交流電源1電氣連接。通過在交流電源1與電源回饋單元5之間增加回饋電抗器6，其作用是限制回饋電流峰值、改善電流波形和提高功率因數(shù)。
[0036]該實施例中的回饋電抗器可以采用三個單相電抗器或一個三相電抗器。
[0037]功率變換器、電源回饋單元和回饋電抗器可以安裝在一個或多個電氣柜中。所述電氣柜中根據(jù)操作和測量要求還可以安裝有開關(guān)、按鈕、電能計量儀表、報警裝置中的一個或多個。
[0038]該實施例中功率變換器、電源回饋單元和回饋電抗器安裝在一個電氣柜中。
[0039]電源回饋單元包括將交流電源轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娫吹恼麟娐贰?br> [0040]在常用調(diào)速電機驅(qū)動系統(tǒng)中，功率變換器內(nèi)部包括將交流電源轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娫吹恼麟娐泛蛯⒅绷麟娫崔D(zhuǎn)變?yōu)榻涣骰蛎}動電源的逆變電路，由于本實用新型抽油機電機驅(qū)動系統(tǒng)添加了電源回饋單元，電源回饋單元具備整流電路的功能，因此，可以省略功率變換器中的整流電路。下面列舉一個具體實例，來說明將本實用新型應(yīng)用到抽油機后的效果:
[0041]一臺無游梁式抽油機原采用開關(guān)磁阻電機加開關(guān)磁阻控制器驅(qū)動，油桿上行時電機為電動運行，油桿下行時電機為發(fā)電運行，發(fā)電運行產(chǎn)生的電能消耗在制動電阻中，實測該抽油機平均每小時耗電6.2度。
[0042]將本實用新型提供的電機驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)用到該無游梁式抽油機中，本實用新型提供的電機驅(qū)動系統(tǒng)主要由開關(guān)磁阻電機、開關(guān)磁阻控制器、獨立結(jié)構(gòu)的電源回饋單元和三個單相回饋電抗器構(gòu)成，其中開關(guān)磁阻控制器、電源回饋單元和回饋電抗器裝在一個電氣柜中，電氣柜還安裝了啟動開關(guān)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電位器、電度表等電氣元件。油桿上行時電機仍為電動運行，油桿下行時電機仍為發(fā)電運行，但發(fā)電運行產(chǎn)生的電能通過電源回饋單元回饋電網(wǎng)。改造后實測該抽油機平均每小時耗電4.2度，節(jié)電率為32.2%。
[0043]綜上所述，本實用新型在常用的調(diào)速電機驅(qū)動系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行改進，通過在交流電源與功率變換器之間設(shè)置電源回饋單元，取消制動電阻，，電源回饋單元能夠在電機發(fā)電運行時將產(chǎn)生的電能回饋到電網(wǎng)，從而達到抽油機大幅度節(jié)電的效果；進一步地，通過在交流電源與電源回饋單元之間增加回饋電抗器，其作用是限制回饋電流峰值、改善電流波形和提高功率因數(shù)。
[0044]最后應(yīng)說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實用新型各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種抽油機電機驅(qū)動系統(tǒng),包括功率變換器、電機，電機與功率變換器電氣連接，其特征在于，該電機驅(qū)動系統(tǒng)還包括電源回饋單元，其中電源回饋單元與功率變換器電氣連接，電源回饋單元與該電機驅(qū)動系統(tǒng)外的交流電源電氣連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機電機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述電機為異步電機、永磁同步電機或開關(guān)磁阻電機。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機電機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述功率變換器為交流變頻器或開關(guān)磁阻控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機電機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述電源回饋單元與功率變換器為集成結(jié)構(gòu)或是分體結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的抽油機電機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，該電機驅(qū)動系統(tǒng)還包括回饋電抗器，其中回饋電抗器與電源回饋單元電氣連接，與該電機驅(qū)動系統(tǒng)外的交流電源電氣連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抽油機電機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述回饋電抗器采用三個單相電抗器或一個三相電抗器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的抽油機電機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，功率變換器、電源回饋單元和回饋電抗器安裝在一個或多個電氣柜中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的抽油機電機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述電氣柜中根據(jù)操作和測量要求還安裝有開關(guān)、按鈕、電能計量儀表、報警裝置中的一個或多個。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的抽油機電機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述電源回饋單元包括將交流電源轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娫吹恼麟娐贰?br> 10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的抽油機電機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述功率變換器中能夠省略將交流電源轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娫吹恼麟娐贰?br> 【文檔編號】H02J3/38GK203491937SQ201320383088
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月28日
【發(fā)明者】高超 申請人:北京中紡銳力機電有限公司