CN101662250A - 一种修井机蓄能式电控驱动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种修井机蓄能式电控驱动系统，该系统包括永磁电机、永磁电机控制器组件、蓄能组件，所述的永磁电机控制器组件分别连接永磁电机和蓄能组件。与现有技术相比，本发明具有修井机的动力效率高，机械传动效率高，体积小、重量轻、节约钢材、成本低等特点。
Description
技术领域
本发明涉及油田修井机的动力驱动系统，具体涉及一种修井机蓄能式电控驱动系统。
背景技术
柴油机作为修井机的动力驱动已经是成熟技术，现场应用几十年了。我们发现现有的柴油机驱动存在如下缺点：1、效率很低，油耗费用成本非常高；2、调速范围小，一般调速比在1∶8范围为内；3、起动力矩低，比额定转速下的力矩低得多，这和实际作业钩载起吊时要大扭矩的要求不相符！4、除了主传动箱外，还要配一个造价昂贵的可分档位的分动箱和变矩器，才能解决重载时的高力矩和常规工作时的快绳速问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种节省空间、节约材料、降低成本的修井机蓄能式电控驱动系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种修井机蓄能式电控驱动系统，其特征在于，该系统包括永磁电机、永磁电机控制器组件、蓄能组件，所述的永磁电机控制器组件分别连接永磁电机和蓄能组件。
所述的永磁电机采用错相位双三相绕组结构。
所述的错相位双三相绕组结构为错30°相位角的双三相绕组结构。
所述的永磁电机可选稀土永磁电机，该稀土永磁电机可作无刷直流电机或永磁同步电机运行。
所述的永磁电机控制器组件包括第一断路器、三相可控整流桥、平波电抗器、电容器组、第一IGBT三相桥、第二IGBT三相桥、限流电阻、IGBT模块，所述的第一断路器的输入接三相交流输入电源，其输出接三相可控整流桥的交流输入端子，所述的三相可控整流桥的共阴极接平波电抗器的输入端，其共阳极接共用直流母线负极，所述的平波电抗器的输出端接共用直流母线正极，所述的电容器组的正极接共用直流母线正极，其负极接共用直流母线负极，所述的第一IGBT三相桥的共集电极分别接共用直流母线正极，其共发射极分别接共用直流母线负极，第一IGBT三相桥的三相交流输出分别接永磁电机的三相绕组，所述的第二IGBT三相桥的共集电极分别接共用直流母线正极，其共发射极分别接共用直流母线负极，第二IGBT三相桥的三相交流输出分别接永磁电机的三相绕组，所述的IGBT模块的上管集电极接共用直流母线正极，其下管发射极接第二断路器的输入，所述的限流电阻的一端接共用直流母线正极，另一端接IGBT模块的上管与下管的共用端。
所述的第一IGBT三相桥、第二IGBT三相桥分别驱动永磁电机的三相绕组，实现12脉波逆变输出，三相可控整流桥、限流电阻和IGBT模块对蓄电池组的充电电流和稳压浮充控制，永磁电机运行在重载高力矩大电流或修井机下管作业发电时，限流电阻和IGBT模块实现大电流供电和发电时的蓄能控制。
所述的永磁电机控制器组件采用有位置信号调速控制，永磁电机安装位置信号编码器或位置信号传感器，永磁电机可以无刷启动，同步运行。
所述的蓄能组件包括蓄电池组和第二断路器，该第二断路器的输出端分别接蓄电池组相对应的正极和负极。
本发明修井机蓄能式电控驱动系统将永磁电机、永磁电机电机控制器和蓄电池组综合设计制造在一起，构成一个完整的修井机蓄能式电控驱动系统，并将永磁电机及其控制器设计制造成错30°相位角的双三相结构，实现12脉波逆变输出，同时将永磁电机电机控制器的整流电路同时设计成蓄电池组的智能充电器，减小了体积，节约了成本。
与现有技术相比，本发明的主要优点在于：
1.本发明修井机蓄能式电控驱动系统与柴油机动力系统相比，修井机的动力效率可提高60％！
在柴油机动力系统中，柴油机的效率一般在28～40％，机械传动效率一般在70％(变矩器、主传动箱、分传动箱、大钩滑轮组)，因此综合效率一般不到28％。在本发明修井机蓄能式电控驱动系统方案中，永磁电机电机及其控制器的效率达85％～90％以上，机械传动效率在81％以上(没有变矩器，没有分动箱)，其综合效率为68.8％以上，比柴油机动力系统高40％。由于本发明修井机蓄能式电控驱动系统中具有蓄电池储能组件，所以，可以把修井机下管作业时的势能转为电能存储到蓄电池储能组件中，此项功能又可以节约电能20％。因此本发明修井机蓄能式电控驱动系统的效率要比柴油机动力系统至少高60％！
2.本发明修井机蓄能式电控驱动系统有效的解决了重载时修井机对电网的大冲击和下管作业时将势能转为电能储存再利用的节能问题，可使供电容量比没有蓄电池组时的方案降低50％。
3.本发明修井机蓄能式电控驱动系统省去了昂贵的变矩器和分动箱，提高了机械传动效率，减小了体积和重量，节约了国家的钢材，降低了机械传动的制造成本。
4.柴油机的调速比为1∶8，本发明修井机蓄能式电控驱动系统的调速比为1∶100，非常方便的实现了大范围的无级调速，现场操作更加方便容易。
5.修井机下管作业时，柴油机动力系统依靠水刹车来控制下管作业，下管时的势能白白的浪费。本发明修井机蓄能式电控驱动系统利用电动机的发电制动功能可以很方便的实现下管作业时的速度控制，既完成了下管作业的速度控制，又实现了将机械势能转换为电能储存再用的功能，蓄能节电20％以上。
6.修井机作业时，柴油机动力系统不能停止柴油机的运行，不但浪费电能，作业的起停还必须操作离合器，离合器频繁遭磨损，寿命短。本发明修井机蓄能式电控驱动系统可以根据作业的需要，随时起停电机，不必每次操作离合器，大大减少了离合器的磨损，延长了离合器的寿命，还节约电能。
附图说明
图1为本发明的修井机蓄能式电控驱动系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，一种修井机蓄能式电控驱动系统，该系统包括永磁电机、永磁电机控制器组件、蓄能组件，所述的永磁电机控制器组件分别连接永磁电机和蓄能组件。永磁电机包括永磁电机7，该永磁电机7为稀土永磁电机，采用错30°相位角的双三相绕组结构，当永磁电机控制器组件采用有位置信号调速控制方案时，永磁电机7需安装位置信号编码器或位置信号传感器，永磁电机可以无刷启动，同步运行。
永磁电机控制器组件主要由断路器1、三相可控整流桥2、平波电抗器3、电容器组4、IGBT三相桥5、IGBT三相桥6、限流电阻8、IGBT模块9组成；蓄能组件由蓄电池组11和断路器10组成。
断路器1的输入接三相交流输入电源，断路器1的输出接三相可控桥2的交流输入端子，三相可控桥2的共阴极接平波电抗器3的输入端，三相可控桥2的共阳极接共用直流母线负极，平波电抗器3的输出端接共用直流母线正极，电容器组4的正极接共用直流母线正极，电容器组4的负极接共用直流母线负极，IGBT三相桥5的共集电极接共用直流母线正极，IGBT三相桥5的共发射极接共用直流母线负极，IGBT三相桥5的三相交流输出接永磁电机的A1、B1、C1三相绕组，IGBT三相桥6的共集电极接共用直流母线正极，IGBT三相桥6的共发射极接共用直流母线负极，IGBT三相桥6的三相交流输出接永磁电机的A2、B2、C2三相绕组，以实现12脉波逆变输出。IGBT模块9的上管集电极接共用直流母线正极，IGBT模块9的下管发射极接断路器10的输入，限流电阻8的一端接共用直流母线正极，限流电阻8的另一端接IGBT模块9的上管与下管的共用端，断路器10的输入端另一点接共用直流母线负极，断路器10的输出端分别接蓄电池组11相对应的正极和负极；三相可控整流桥2、限流电阻8和IGBT模块9实现对蓄电池组11的充电电流和稳压浮充控制，当永磁电机运行在重载高力矩大电流或修井机下管作业发电时，限流电阻8和IGBT模块9实现大电流供电和发电时的蓄能控制。
Claims (8)
1.一种修井机蓄能式电控驱动系统，其特征在于，该系统包括永磁电机、永磁电机控制器组件、蓄能组件，所述的永磁电机控制器组件分别连接永磁电机和蓄能组件。
2.根据权利要求1所述的一种修井机蓄能式电控驱动系统，其特征在于，所述的永磁电机采用错相位双三相绕组结构。
3.根据权利要求2所述的一种修井机蓄能式电控驱动系统，其特征在于，所述的错相位双三相绕组结构为错30°相位角的双三相绕组结构。
4.根据权利要求2所述的一种修井机蓄能式电控驱动系统，其特征在于，所述的永磁电机可选稀土永磁电机，该稀土永磁电机可作无刷直流电机或永磁同步电机运行。
5.根据权利要求1所述的一种修井机蓄能式电控驱动系统，其特征在于，所述的永磁电机控制器组件包括第一断路器、三相可控整流桥、平波电抗器、电容器组、第一IGBT三相桥、第二IGBT三相桥、限流电阻、IGBT模块，所述的第一断路器的输入接三相交流输入电源，其输出接三相可控整流桥的交流输入端子，所述的三相可控整流桥的共阴极接平波电抗器的输入端，其共阳极接共用直流母线负极，所述的平波电抗器的输出端接共用直流母线正极，所述的电容器组的正极接共用直流母线正极，其负极接共用直流母线负极，所述的第一IGBT三相桥的共集电极分别接共用直流母线正极，其共发射极分别接共用直流母线负极，第一IGBT三相桥的三相交流输出分别接永磁电机的三相绕组，所述的第二IGBT三相桥的共集电极分别接共用直流母线正极，其共发射极分别接共用直流母线负极，第二IGBT三相桥的三相交流输出分别接永磁电机的三相绕组，所述的IGBT模块的上管集电极接共用直流母线正极，其下管发射极接第二断路器的输入，所述的限流电阻的一端接共用直流母线正极，另一端接IGBT模块的上管与下管的共用端。
6.根据权利要求5所述的一种修井机蓄能式电控驱动系统，其特征在于，所述的第一IGBT三相桥、第二IGBT三相桥分别驱动永磁电机的三相绕组，实现12脉波逆变输出，三相可控整流桥、限流电阻和IGBT模块对蓄电池组的充电电流和稳压浮充控制，永磁电机运行在重载高力矩大电流或修井机下管作业发电时，限流电阻和IGBT模块实现大电流供电和发电时的蓄能控制。
7.根据权利要求1所述的一种修井机蓄能式电控驱动系统，其特征在于，所述的永磁电机控制器组件采用有位置信号调速控制，永磁电机安装位置信号编码器或位置信号传感器，永磁电机可以无刷启动，同步运行。
8.根据权利要求1所述的一种修井机蓄能式电控驱动系统，其特征在于，所述的蓄能组件包括蓄电池组和第二断路器，该第二断路器的输出端分别接蓄电池组相对应的正极和负极。
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