基于公共直流母線的抽油機(jī)多機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于公共直流母線的抽油機(jī)多機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，包括前端集成PWM整流器和后端處理裝置；所述前端集成PWM整流器用于將電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電或?qū)㈦姍C(jī)的再生能量轉(zhuǎn)換為電能送回所述電網(wǎng)；所述后端處理裝置用于將所述前端集成PWM整流器輸出的直流電驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)載；所述后端處理裝置包括短路保護(hù)及緩沖裝置、逆變器，本發(fā)明的有益效果是：為解決了現(xiàn)有技術(shù)中功率因數(shù)低，諧波電流大，能耗制動(dòng)不節(jié)能的問(wèn)題，并解決了多臺(tái)抽油機(jī)相距較近的場(chǎng)合，成本也比較高的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】基于公共直流母線的抽油機(jī)多機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)變頻節(jié)能裝置，尤其涉及基于公共直流母線的抽油機(jī)多機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]游梁式抽油機(jī)又名磕頭機(jī)，是目前各個(gè)油田應(yīng)用最普遍的石油抽油設(shè)備，也是油田耗電大戶，抽油機(jī)用電量約占油田總用電量的40%，運(yùn)行效率非常低，平均運(yùn)行效率只有25%，功率因數(shù)低，電能浪費(fèi)大。因此，抽油機(jī)節(jié)能潛力非常巨大，石油行業(yè)也是推廣電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能的重點(diǎn)行業(yè)。
[0003]抽油機(jī)屬于位能性負(fù)載，尤其是在配重不平衡時(shí)，在抽油機(jī)的一個(gè)沖程周期中，會(huì)使電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。電動(dòng)機(jī)由于位能或者慣性，其轉(zhuǎn)速會(huì)超過(guò)同步轉(zhuǎn)速，再生能量通過(guò)與變頻器逆變橋功率開(kāi)關(guān)器件IGBT并聯(lián)的續(xù)流二極管的整流作用，反饋到直流母線。由于普通的兩象限的變頻器，其母線是通過(guò)普通二極管整流橋供電，不能向電網(wǎng)回饋電壓，所以反饋到直流母線的再生能量只能對(duì)濾波電容充電而使母線電壓升高。變頻器在設(shè)計(jì)時(shí)，為了保護(hù)器件，會(huì)設(shè)置一個(gè)母線過(guò)壓保護(hù)，當(dāng)母線電壓值到達(dá)一定值時(shí)，會(huì)觸發(fā)此保護(hù)以保護(hù)變頻器中的器件。所以再生能量會(huì)將母線電壓充電到設(shè)定的過(guò)壓值，會(huì)保護(hù)停機(jī)。
[0004]一般，處理抽油機(jī)再生能量傳統(tǒng)的做法是普遍采用不控整流的兩象限變頻器與制動(dòng)單元、制動(dòng)電阻結(jié)合使用的方案，每個(gè)逆變單元都具有整流環(huán)節(jié)、直流環(huán)節(jié)和逆變環(huán)節(jié)，且整流環(huán)節(jié)一般為不控二極管整流器結(jié)構(gòu)，這種方式是在母線電壓上并制動(dòng)單元及制動(dòng)電阻，將能量直接消耗在制動(dòng)電阻上，這種做法的缺點(diǎn)是回饋能量被電阻消耗掉，對(duì)節(jié)能不利，且電網(wǎng)側(cè)的諧波電流比較大，功率因數(shù)低下。同時(shí)，每臺(tái)抽油機(jī)配一臺(tái)變壓器和變頻器，每個(gè)變頻器都具有整流環(huán)節(jié)，對(duì)于多臺(tái)抽油機(jī)相距較近的場(chǎng)合，資源浪費(fèi)，系統(tǒng)成本增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種基于公共直流母線的抽油機(jī)多機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，解決現(xiàn)有抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)變頻節(jié)能裝置功率因數(shù)低，諧波電流大，能耗制動(dòng)不節(jié)能的問(wèn)題的技術(shù)問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下:一種基于公共直流母線的抽油機(jī)多機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，包括前端集成PWM整流器和后端處理裝置；所述前端集成PWM整流器用于將電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電或?qū)㈦姍C(jī)的再生能量轉(zhuǎn)換為電能送回所述電網(wǎng)；所述后端處理裝置用于將所述前端集成PWM整流器輸出的直流電驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)載；所述后端處理裝置包括短路保護(hù)及緩沖裝置、逆變器，所述短路保護(hù)及緩沖裝置的輸入端與所述前端集成PWM整流器的輸出端電連接，所述短路保護(hù)及緩沖裝置的輸出端與所述逆變器的輸入端電連接，所述逆變器的輸出端與所述電機(jī)負(fù)載的輸入端電連接。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:為解決了現(xiàn)有技術(shù)中功率因數(shù)低，諧波電流大，能耗制動(dòng)不節(jié)能的問(wèn)題，并解決了多臺(tái)抽油機(jī)相距較近的場(chǎng)合，成本也比較高的問(wèn)題。
[0008]進(jìn)一步:所述保護(hù)及緩沖裝置包括直流斷路器、熔斷器(FU4、FU5;FU6、FU7)、接觸器、功率電阻，所述直流斷路器的輸入端與所述前端集成PWM整流器的輸出端電連接，所述直流斷路器的輸出端經(jīng)所述熔斷器(FU4、FU5;FU6、FU7)與所述功率電阻的輸入端電連接，所述功率電阻的輸出端與所述逆變器的輸入端電連接，所述接觸器與所述功率電阻并聯(lián)連接；所述后端處理裝置至少設(shè)為兩個(gè)，一個(gè)所述后端處理裝置只與一個(gè)所述電機(jī)負(fù)載電連接。
[0009]進(jìn)一步:所述前端集成PWM整流器包括第一熔斷器、第一斷路器QF、第一接觸器K1、第一電抗器和PWM整流器；所述第一熔斷器的輸入端與所述電網(wǎng)電連接；所述第一熔斷器的輸出端與所述第一斷路器QF的輸入端電連接；所述第一斷路器QF的輸出端與所述第一接觸器Kl的輸入端電連接；所述第一接觸器Kl的輸出端與所述第一電抗器輸入端電連接，所述第一接觸器Kl上并聯(lián)第一功率電阻；所述第一電抗器的輸出端與所述PWM整流器輸入端電連接；所述PWM整流器輸出端與每個(gè)所述后端處理裝置中的所述直流斷路器輸入端電連接。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本發(fā)明的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2為本發(fā)明的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3為本發(fā)明的第二實(shí)施例的前端集成PWM整流器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖4為本發(fā)明的第二實(shí)施例的第一后端處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖5為本發(fā)明的第二實(shí)施例的第二后端處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下:
[0016]10、電網(wǎng)，20、變壓器，30、PWM整流器，40、逆變器，50、抽油機(jī)，1、電網(wǎng)，1.1、第一功
率電阻，1.2、第一電抗器，1.3、PWM整流器，2、逆變器的輸出端，2.1、短路保護(hù)及緩沖裝置，
2.2、逆變器，3、逆變器的輸出端，3.1、短路保護(hù)及緩沖裝置，3.2、逆變器。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，為解決功率因數(shù)低，諧波電流大，能耗制動(dòng)不節(jié)能的問(wèn)題，對(duì)于游梁式抽油機(jī)，可以采用PWM整流的四象限變頻器方案，變壓器20、PWM整流器30、逆變器40、抽油機(jī)50串聯(lián)連接；每臺(tái)抽油機(jī)05配置一臺(tái)四象限變頻器。這種方案由于采用了 PWM整流器30，抽油機(jī)50處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，電能可以通過(guò)PWM整流器30回饋給電網(wǎng)10，解決了不控整流時(shí)電網(wǎng)10側(cè)的諧波電流比較大，能耗制動(dòng)時(shí)浪費(fèi)嚴(yán)重等問(wèn)題。但該方案依然沒(méi)有解決對(duì)于多臺(tái)抽油機(jī)相距較近的場(chǎng)合，成本也比較高的問(wèn)題。
[0019]為解決上述方案的局限和缺陷，下述方案提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)能量回饋、減小電源的諧波污染、高功率因數(shù)、共用直流母線的系統(tǒng)裝置一基于公共直流母線的抽油機(jī)多機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。
[0020]如圖2、圖3所述，本發(fā)明的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，為基于公共直流母線的抽油機(jī)多機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其包括前端集成PWM整流器和后端處理裝置；所述前端集成PWM整流器用于將電網(wǎng)I (三相交流電)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電輸送到公共直流母線上或?qū)㈦姍C(jī)的再生能量轉(zhuǎn)換為電能送回所述電網(wǎng)I ;所述后端處理裝置用于將所述前端集成PWM整流器輸出的直流電驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)載。所述后端處理裝置至少設(shè)為兩個(gè)，一個(gè)所述后端處理裝置只與一個(gè)所述電機(jī)負(fù)載電連接。本實(shí)例采用兩個(gè)后端處理裝置:第一后端處理裝置和第二后端處理裝置。
[0021]如圖3所示，所述前端集成PWM整流器包括第一熔斷器、第一斷路器QF、第一接觸器K1、第一電抗器1.2和PWM整流器1.3 ;所述第一熔斷器的輸入端與所述電網(wǎng)I電連接；所述第一熔斷器的輸出端與所述第一斷路器QF的輸入端電連接；所述第一斷路器QF的輸出端與所述第一接觸器Kl的輸入端電連接；所述第一接觸器Kl的輸出端與所述第一電抗器1.2輸入端電連接，所述第一接觸器Kl上并聯(lián)第一功率電阻1.1 ;所述第一電抗器1.2的輸出端與所述PWM整流器1.3輸入端電連接；所述PWM整流器1.3輸出端與每個(gè)所述后端處理裝置中的所述直流斷路器輸入端電連接。第一熔斷器包括:熔斷器FU1、熔斷器FU2、熔斷器FU3 ;第一功率電阻1.1包括電阻R1、電阻R2、電阻R3 ;第一電抗器1.2包括電抗L1、電抗L2、電抗L3。PWM整流器1.3采用PWM控制的IGBT整流技術(shù)，完成對(duì)整流與回饋的雙向控制，解決了負(fù)載在快速下降或停機(jī)時(shí)的再生發(fā)電能量處理問(wèn)題。當(dāng)PWM整流器1.3處在整流狀態(tài)時(shí)，將電網(wǎng)I上交流輸入電轉(zhuǎn)換為直流電送入公共直流母線上。當(dāng)PWM整流器
1.3處在回饋狀態(tài)時(shí)，將電機(jī)的再生能量裝換為電能輸送回電網(wǎng)I。
[0022]如圖4所示，所述第一后端處理裝置包括短路保護(hù)及緩沖裝置2.1、逆變器2.2，所述短路保護(hù)及緩沖裝置2.1的輸入端與所述前端集成PWM整流器的輸出端(公共直流母線)電連接，所述短路保護(hù)及緩沖裝置2.1的輸出端與所述逆變器2.2的輸入端電連接，所述逆變器2.2的輸出端2與所述電機(jī)負(fù)載的輸入端電連接；所述保護(hù)及緩沖裝置2.1包括直流斷路器QF2、熔斷器FU4、熔斷器FU5、接觸器K2、功率電阻R4，所述直流斷路器QF2 (直流斷路器QF2起到控制的作用，可以適時(shí)將逆變器2.2切到公共直流母線系統(tǒng)中，并能當(dāng)逆變器
2.2發(fā)生故障時(shí)從公共直流母線系統(tǒng)中切出進(jìn)行維修或更換)的輸入端與所述前端集成PWM整流器的輸出端(公共直流母線)電連接，所述直流斷路器QF2的輸出端經(jīng)所述熔斷器FU4、熔斷器FU5 (熔斷器FU4、熔斷器FU5分別設(shè)置于公共直流母線上的正、負(fù)母線上，當(dāng)公共直流母線系統(tǒng)中的一臺(tái)變頻器發(fā)生故障導(dǎo)致器件短路或擊穿時(shí)，容易出現(xiàn)安全事故，影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，在正、負(fù)母線分別串聯(lián)熔斷器，可防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大，保證共母線系統(tǒng)的安全)與所述功率電阻R4 (功率電阻R4設(shè)置于公共直流母線上的正母線上)的輸入端電連接，所述功率電阻R4的輸出端與所述逆變器2.2的輸入端電連接，所述接觸器K2與所述功率電阻R4并聯(lián)連接。
[0023]如圖5所示，所述第二后端處理裝置包括短路保護(hù)及緩沖裝置3.1、逆變器3.2，所述短路保護(hù)及緩沖裝置3.1的輸入端與所述前端集成PWM整流器的輸出端(公共直流母線)電連接，所述短路保護(hù)及緩沖裝置3.1的輸出端與所述逆變器3.2的輸入端電連接，所述逆變器3.2的輸出端3與所述電機(jī)負(fù)載的輸入端電連接；所述保護(hù)及緩沖裝置3.1包括直流斷路器QF3、熔斷器FU6、熔斷器FU7、接觸器K3、功率電阻R5，所述直流斷路器QF3 (直流斷路器QF3起到控制的作用，可以適時(shí)將逆變器3.2切到公共直流母線系統(tǒng)中，并能當(dāng)逆變器
3.2發(fā)生故障時(shí)從公共直流母線系統(tǒng)中切出進(jìn)行維修或更換)的輸入端與所述前端集成PWM整流器的輸出端(公共直流母線)電連接，所述直流斷路器QF3的輸出端經(jīng)所述熔斷器FU6、熔斷器FU7 (熔斷器FU6、熔斷器FU7分別設(shè)置于公共直流母線上的正、負(fù)母線上，當(dāng)公共直流母線系統(tǒng)中的一臺(tái)變頻器發(fā)生故障導(dǎo)致器件短路或擊穿時(shí)，容易出現(xiàn)安全事故，影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，在正、負(fù)母線分別串聯(lián)熔斷器，可防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大，保證共母線系統(tǒng)的安全)與所述功率電阻R5 (功率電阻R5設(shè)置于公共直流母線上的正母線上)的輸入端電連接，所述功率電阻R5的輸出端與所述逆變器3.2的輸入端電連接，所述接觸器K3與所述功率電阻R5并聯(lián)連接。
[0024]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于公共直流母線的抽油機(jī)多機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于:包括前端集成PWM整流器和后端處理裝置； 所述前端集成PWM整流器用于將電網(wǎng)(1)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電或?qū)㈦姍C(jī)的再生能量轉(zhuǎn)換為電能送回所述電網(wǎng)(1); 所述后 端處理裝置用于將所述前端集成PWM整流器輸出的直流電驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)載； 所述后端處理裝置包括短路保護(hù)及緩沖裝置(2.1 ；3.1)、逆變器(2.2 ；3.2)，所述短路保護(hù)及緩沖裝置(2.1 ；3.1)的輸入端與所述前端集成PWM整流器的輸出端電連接，所述短路保護(hù)及緩沖裝置(2.1 ；3.1)的輸出端與所述逆變器(2.2 ；3.2)的輸入端電連接，所述逆變器(2.2 ；3.2)的輸出端(2 ；3)與所述電機(jī)負(fù)載的輸入端電連接。
2.一種基于公共直流母線的抽油機(jī)多機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于:所述保護(hù)及緩沖裝置(2.1 ；3.1)包括直流斷路器(0?2;0?3)、熔斷器$況、？邪；？服、？?jī)r(jià))、接觸器(1(2 ;K3)、功率電阻(R4 ;R5)，所述直流斷路器(QF2; QF3)的輸入端與所述前端集成PWM整流器的輸出端電連接，所述直流斷路器(QF2;QF3)的輸出端經(jīng)所述熔斷器(FU4、FU5;FU6、FU7)與所述功率電阻(R4 ；R5)的輸入端電連接，所述功率電阻(R4 ；R5)的輸出端與所述逆變器(2.2 ；3.2)的輸入端電連接，所述接觸器(K2 ;K3)與所述功率電阻(R4 ;R5)并聯(lián)連接；所述后端處理裝置至少設(shè)為兩個(gè)，一個(gè)所述后端處理裝置只與一個(gè)所述電機(jī)負(fù)載電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于公共直流母線的抽油機(jī)多機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于:所述前端集成PWM整流器包括第一熔斷器、第一斷路器QF、第一接觸器K1、第一電抗器(1.2)和PWM整流器(1.3);所述第一熔斷器的輸入端與所述電網(wǎng)(1)電連接；所述第一熔斷器的輸出端與所述第一斷路器QF的輸入端電連接；所述第一斷路器QF的輸出端與所述第一接觸器Kl的輸入端電連接；所述第一接觸器Kl的輸出端與所述第一電抗器(1.2)輸入端電連接，所述第一接觸器Kl上并聯(lián)第一功率電阻(1.1);所述第一電抗器(1.2)的輸出端與所述PWM整流器(1.3)輸入端電連接；所述PWM整流器(1.3)輸出端與每個(gè)所述后端處理裝置中的所述直流斷路器輸入端電連接。
【文檔編號(hào)】H02P5/74GK103956942SQ201410138702
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】姜向龍, 陳志輝, 牛斌, 李順章 申請(qǐng)人:合康變頻科技（武漢）有限公司