CN102493944A - 开关磁阻电机地面直驱螺杆泵采油装置 - Google Patents

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Abstract

本发明包括在地面上的电机、控制系统和井口装置，以及在井下的油管、抽油杆和螺杆泵，所述电机包括有定子、转子和电动轴，并且转子固定在电动轴上，所述受控制系统控制的电机与抽油杆直接连接，开关磁阻电机带有位置检测器与控制系统相连接；开关磁阻电机通过抽油杆直接驱动井下的螺杆泵。开关磁阻电机采用三相12／8或四相24／18结构，定子上设置有三组或四组径向相对设置的定子齿，每个定子齿上设置有一个集中绕组线圈，线圈间隔分成三相或四相，由电缆引出，各绕组电流均从首端流入时极性分布交错排列；转子上设置四组八个或四组十八个转子齿。本发明所述装置无减速器，无退磁现象，可在恶劣环境下可靠运行。

Description

开关磁阻电机地面直驱螺杆泵采油装置
技术领域
本发明属于机械采油设备领域，涉及一种在油田生产中地面直驱螺杆泵采油的开关磁阻电机。
背景技术
目前常规螺杆泵地面驱动系统一般由异步电机、皮带和减速器组成，电机的动力输出轴将电能转换为机械能，并通过皮带和减速器经房卡带动抽油杆，从而带动螺杆泵的转子，实现原油的举升；这样的驱动系统存在调速困难、在高速运转下会发生震动，并且皮带传动速度高容易导致发热量大和磨损加剧，加上减速箱需要经常维护，防反转装置容易损坏自身及设备，整个结构复杂，现场安装作业工序繁琐、效率较低的缺点。采用交流永磁同步电机地面直驱螺杆泵采油装置，由于电机自身特点并减掉了减速装置，有效解决了上述调速困难、维护减速箱的问题，可是存在在油田恶劣条件下容易发生退磁现象的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种开关磁阻电机地面直驱螺杆泵采油装置，要解决螺杆泵调速困难，减速箱需要经常维护的技术问题；并解决防反转装置容易损坏自身及设备、系统效率较低的问题。
 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种开关磁阻电机地面直驱螺杆泵采油装置， 包括在地面上的电机、控制系统和井口装置，以及在井下的油管、抽油杆和螺杆泵，所述电机包括有定子、转子和电动轴，并且转子固定在电动轴上，所述受控制系统控制的电机与抽油杆直接连接，抽油杆与置于井下并与油管连接的螺杆泵连接，上述电机是开关磁阻电机，开关磁阻电机带有位置检测器并且与控制系统控制连接；开关磁阻电机通过抽油杆直接驱动井下的螺杆泵，没有减速箱和皮带调速装置。
所述开关磁阻电机采用三相12／8结构，定子上设置有三组径向相对设置的定子齿，每个定子齿上设置有一个集中绕组线圈，线圈间隔分成三相，由电缆引出，各绕组电流均从首端流入时极性分布交错排列，转子上设置有四组八个转子齿；或者所述开关磁阻电机采用四相24／18结构，定子上设置有四组径向相对设置的定子齿，每个定子齿上设置有一个集中绕组线圈，线圈间隔分成四相，由电缆引出，各绕组电流均从首端流入时极性分布交错排列，转子上设置有四组十八个转子齿。
所述控制系统包括主控制板、功率变换器、电流检测器、人机对话和控制软件，主控制芯片采用DSP芯片、功率变换器选择IGBT、主控DSP板使用RS485通信接口与LED显示板连接、通信校验采用双冗余校验、控制软件具备反转刹车功能、采用大容量超级电容提供外网掉电状况下实施大功率刹车功能。
所述位置检测器可选用霍尔位置检测器。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：本发明调速性能好、低速特性优异、不带减速箱、具备可靠的智能控制反转电磁刹车功能，可抗严重电磁干扰、不会有退磁现象。
并且采用开关磁阻电机，与其他地面驱动螺杆泵电机相比其结构简单、可靠，电机定子、转子无永磁体，不存在恶劣环境下退磁问题，电机的转矩方向与相电流方向无关，控制系统线路简单，可缺相运行，容错能力强，可靠性高。特别是开关磁阻电机采用三相12／8或四相24／18结构，定子上设置有三组或四组径向相对设置的定子齿，每个定子齿上设置有一个集中绕组线圈，线圈间隔分成三相或四相，由电缆引出，各绕组电流均从首端流入时极性分布交错排列；转子上设置四组八个或四组十八个转子齿，采用特定的结构可以达到一定扭矩的要求，而且调速范围大、启动电流与工作电流一致，达到省电要求。开关磁阻电机调速性能好、低速特性优异，特别是在50—400RPM转速下具有转矩大、效率高特点，满足在恶劣条件下直驱螺杆泵的要求。而在控制系统中由于采用了直流电机逆变技术IGBT触发单元、双冗余校验的RS485通信技术、反转刹车控制技术，可在具有严重电磁干扰的恶劣环境工作运行，并克服以前地面驱动螺杆泵停机刹车不稳定的缺陷，调试、维护系统更加方便。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
图1是开关磁阻电机采用三相12/8结构的定子及接线图。
图2是开关磁阻电机采用三相12/8结构的转子及接线图。
图3是开关磁阻电机采用四相24/18结构的定子及接线图。
图4是开关磁阻电机采用四相24/18结构的转子及接线图。
图5是开关磁阻电机驱动系统结构框图。
图6是开关磁阻电机地面直驱螺杆泵装置的连接示意图。
图7是地面驱动开关磁阻电机总装图。
图8是开关磁阻电机的反刹车控制原理框图。
附图标记：1-开关磁阻电机、2-井口装置、3-油管、4-抽油杆、5-螺杆泵、6-控制系统、7-定子、8-转子、9-光杆、10-方卡子、11-电机主轴、12-电机付轴、13-连接法兰、14-机械密封总成、15-轴承室、16-轴承、17-三通防喷体。
具体实施方式
参见说明书附图1-4所述，开关磁阻电机采用三相12/8结构和四相24/18结构的定子、转子及接线图。开关磁阻电机1包括定子7、转子8和电动轴，转子8固定在电动轴上。
实施例一：所述开关磁阻电机1采用三相12／8结构，定子7上设置有三组径向相对设置的定子齿，每个定子齿上设置有一个集中绕组线圈，线圈间隔分成三相，由电缆引出，各绕组电流均从首端流入时极性分布交错排列；转子8上设置有四组八个转子齿。
实施例二：所述开关磁阻电机1采用四相24／18结构，定子7上设置有四组径向相对设置的定子齿，每个定子齿上设置有一个集中绕组线圈，线圈间隔分成四相，由电缆引出，各绕组电流均从首端流入时极性分布交错排列；转子8上设置有四组十八个转子齿。本发明的开关磁阻电机1是为低速大扭矩场合设计，根据使用功率不同，电机尺寸不同，开关磁阻电机采用两种不同的结构，便于用户使用。
参见说明书附图5-6所示，开关磁阻电机驱动系统结构框图和连接示意图。这开关磁阻电机地面直驱螺杆泵采油装置， 包括在地面上的电机、控制系统6和井口装置2，以及在井下的油管3、抽油杆4和螺杆泵5，所述电机包括有定子（7）、转子（8）和电动轴，并且转子8固定在电动轴上，上述受控制系统6控制的开关磁阻电机1与抽油杆4直接连接，抽油杆4与置于井下并与油管3连接的螺杆泵5连接，上述电机是开关磁阻电机1，上述开关磁阻电机1带有位置检测器与控制系统6相连接，所述位置检测器可选用霍尔位置检测器；开关磁阻电机1通过抽油杆4直接驱动井下的螺杆泵5，没有减速箱和皮带调速装置。
所述控制系统6包括主控制板、功率变换器、电流检测器、人机对话和控制软件，通过人机对话和控制软件输入命令到主控制板，主控制板的主控制电路芯片采用DSP芯片、功率变换器选择IGBT、主控制电路使用RS485通信接口与LED显示板连接、通信校验采用双冗余校验、控制软件具备反转刹车功能、采用大容量超级电容提供外网掉电状况下实施大功率刹车功能。
控制系统6中的功率变换器根据主控制板输出的控制信号驱动开关磁阻电机1旋转，带动抽油杆4直接驱动井下的螺杆泵5工作，控制器综合了位置检测器和电流检测器的信号，提供了电机转子位置、速度、和电流反馈信息及外部输入命令，通过分析处理，控制电机变速甚至反转运行，因此无须减速箱和皮带，同时为用户提供反转刹车功能，参见说明书附图8，开关磁阻电机的反刹车控制原理框图。采用反转刹车控制技术，可在具有严重电磁干扰的恶劣环境工作运行，并克服以前地面驱动螺杆泵停机刹车不稳定的缺陷，使得调试、维护整个系统更加方便。本发明装置控制柜中主控DSP板使用RS485通信接口与LED显示板连接、通信校验采用双冗余校验，为用户提供连接微机观察开关磁阻电机运行参数并在线修改的功能，方便设备的调试及维护。
参见图7所示，本发明的地面驱动开关磁阻电机总装图，开关磁阻电机1包括电机主轴11和电机付轴12，所述电机主轴和电机付轴经方卡子10与所述光杆9连接固定，所述光杆9穿过机械密封总成14、三通防喷体17与螺杆泵5连接固定，所述机械密封总成14连接有轴承室15，轴承室15上固定有连接法兰13，用于支撑连接开关磁阻电机1，所述轴承室15为降温油箱，里面置有轴承16。

Claims (4)

1.一种开关磁阻电机地面直驱螺杆泵采油装置， 包括在地面上的电机、控制系统（6）和井口装置（2），以及在井下的油管（3）、抽油杆（4）和螺杆泵（5），所述电机包括有定子（7）、转子（8）和电动轴，并且转子（8）固定在电动轴上，所述受控制系统（6）控制的电机与抽油杆（4）直接连接，抽油杆（4）与置于井下并与油管（3）连接的螺杆泵（5）连接，其特征在于：上述电机是开关磁阻电机（1），开关磁阻电机（1）带有位置检测器并且与控制系统（6）控制连接；开关磁阻电机（1）通过抽油杆（4）直接驱动井下的螺杆泵（5），没有减速箱和皮带调速装置。
2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机地面直驱螺杆泵采油装置，其特征在于：所述开关磁阻电机（1）采用三相12／8结构，定子（7）上设置有三组径向相对设置的定子齿，每个定子齿上设置有一个集中绕组线圈，线圈间隔分成三相，由电缆引出，各绕组电流均从首端流入时极性分布交错排列，转子（8）上设置有四组八个转子齿；或者所述开关磁阻电机（1）采用四相24／18结构，定子（7）上设置有四组径向相对设置的定子齿，每个定子齿上设置有一个集中绕组线圈，线圈间隔分成四相，由电缆引出，各绕组电流均从首端流入时极性分布交错排列，转子（8）上设置有四组十八个转子齿。
3.根据权利要求1所述的开关磁阻电机地面直驱螺杆泵采油装置，其特征在于：所述控制系统（6）包括主控制板、功率变换器、电流检测器、人机对话和控制软件，主控制芯片采用DSP芯片、功率变换器选择IGBT、主控DSP板使用RS485通信接口与LED显示板连接、通信校验采用双冗余校验、控制软件具备反转刹车功能、采用大容量超级电容提供外网掉电状况下实施大功率刹车功能。
4.根据权利要求1所述的开关磁阻电机地面直驱螺杆泵采油装置，其特征在于：所述位置检测器可选用霍尔位置检测器。
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