CN103887988A

CN103887988A - 基于公共直流母线的多机驱动变频节能装置及抽油机

Info

Publication number: CN103887988A
Application number: CN201210559986.7A
Authority: CN
Inventors: 郭振刚; 马宁
Original assignee: BEIJING TECHEASY ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING TECHEASY ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-06-25
Also published as: CN203119770U

Abstract

本发明提供一种基于公共直流母线的多机驱动变频节能装置及抽油机，包括供电电网、变压器、集成PWM整流装置、公共直流母线、一个以上逆变装置和一个以上被驱动的电机；所述供电电网输出的三相交流电连接到所述变压器的输入端；所述变压器的输出端连接到所述集成PWM整流装置的输入端；所述集成PWM整流装置的输出端连接到所述公共直流母线的输入端；所述公共直流母线的输出端分别连接到一台以上所述逆变装置的输入端；每台所述逆变装置的输出端唯一连接一台所述电机的输入端。本发明解决了现有抽油机启动转矩大，运行负载轻，变压器配置容量大，上下行不平衡造成电动机的再生能量问题，达到节能目的；同时还提高了功率因数、系统的可靠性以及降低了系统成本。

Description

基于公共直流母线的多机驱动变频节能装置及抽油机

技术领域

本发明涉及一种变频节能装置，具体涉及一种基于公共直流母线的多机驱动变频节能装置及抽油机。

背景技术

游梁式抽油机又名磕头机，属于油田开采领域中广泛应用的一种石油抽油设备。目前，抽油机具有运行效率低、功率因数低和电能浪费大等问题，例如，抽油机的用电量约占油田总用电量的40％，其平均运行效率只有25％左右。因此，如何有效提高抽油机的运行效率，降低抽油机的用电量属于石油行业研究的重点方向，直接影响石油行业整体的节能效果。

现有技术中，抽油机的电机通常连接两象限变频器，具体的，两象限变频器采用二极管整流桥将来自电网的交流电转换成直流电，然后采用IGBT逆变技术将直流电转化成电压频率皆可调整的交流电，进而控制交流电动机。

而对于抽油机，由于抽油机属于位能性负载，尤其是在配重不平衡时，在抽油机工作的一个冲程周期中，会出现电动机转子转速大于电机的同步转速的情况，从而使电动机变为发电状态。处于发电状态的电动机的回馈能量非常高，会引起主回路直流母线电压升高，而当主回路直流母线电压过高时会导致变频器无法正常工作。

由于两象限变频器采用二极管整流桥，无法实现能量的双向流动，所以不具有将电机回馈能量送回电网的功能。目前，为解决电动机的能量回馈问题，通常采用以下方法：如图1所示，在变频器的中间直流环节增加制动耗能电阻，通过制动耗能电阻消耗掉电动机回馈的能量。

上述方法主要存在以下问题：(1)两象限变频器所采用的二极管整流桥会对电网产生严重谐波污染，降低了功率因数；(2)回馈能量被制动耗能电阻直接消耗掉，浪费了电能；(3)每台抽油机均需要配置一台变压器和一台变频器，每个变频器都具有整流环节，对于多台抽油机相距较近的场合，浪费了系统资源，增加了系统成本。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于公共直流母线的多机驱动变频节能装置及抽油机，能充分利用电动机的回馈能量，达到节能目的；同时还提高了功率因数、系统的可靠性以及降低了系统成本。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种基于公共直流母线的多机驱动变频节能装置，包括供电电网、变压器、集成PWM整流装置、公共直流母线、一个以上逆变装置和一个以上被驱动的电机；所述供电电网输出的三相交流电连接到所述变压器的输入端；所述变压器的输出端连接到所述集成PWM整流装置的输入端；所述集成PWM整流装置的输出端连接到所述公共直流母线的输入端；所述公共直流母线的输出端分别连接到一台以上所述逆变装置的输入端；每台所述逆变装置的输出端唯一连接一台所述电机的输入端。

优选的，所述集成PWM整流装置包括串联的熔断器、断路器、上电缓冲电路、接触器、输入滤波电抗器和PWM整流器；并且，所述接触器并联有预充电电阻。

优选的，所述PWM整流器为PWM脉宽调制可控制的IGBT整流电路。

优选的，所述逆变装置包括串联的短路保护电路、缓冲电路和逆变器。

优选的，所述短路保护电路包括串联的断路器和熔断器。

优选的，所述短路保护电路为两路，包括第一短路保护电路和第二短路保护电路；所述第一短路保护电路与所述公共直流母线的正母线串联，所述第二短路保护电路与所述公共直流母线的负母线串联。

本发明提供一种抽油机，包括上述的基于公共直流母线的多机驱动变频节能装置。

本发明的有益效果如下：

本发明提供一种基于公共直流母线的多机驱动变频节能装置及抽油机，具有以下优点：(1)每台抽油机配置一台四象限变频器，当电动机处于发电状态时，回馈能量可以通过PWM整流器回馈给电网，从而充分利用了回馈能量，达到节能目的；同时也降低了回馈电流对电网侧的谐波污染，提高了功率因数和系统的可靠性；(2)当使用多台抽油机时，各台抽油机各自独立配置逆变装置，但共用整流装置，从而降低了系统成本。

附图说明

图1为现有技术提供的抽油机驱动装置的结构示意图；

图2为本发明提供的基于公共直流母线的多机驱动变频节能装置的结构示意图；

图3为本发明提供的集成PWM整流装置的结构示意图；

图4为本发明提供的共直流母线的连接两个电动机的逆变装置的结构示意图；

图5为本发明提供的共直流母线的连接一个电动机的逆变装置的结构示意图；

其中，1---公共直流母线；2---短路保护及缓冲装置；3---逆变器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明：

如图2所示，本发明提供一种基于公共直流母线的多机驱动变频节能装置，包括供电电网、变压器、集成PWM整流装置、公共直流母线、一个以上逆变装置和一个以上被驱动的电机；所述供电电网输出的三相交流电连接到所述变压器的输入端；所述变压器的输出端连接到所述集成PWM整流装置的输入端；所述集成PWM整流装置的输出端连接到所述公共直流母线的输入端；所述公共直流母线的输出端分别连接到一台以上所述逆变装置的输入端；每台所述逆变装置的输出端唯一连接一台所述电机的输入端。

如图3所示，集成PWM整流装置包括串联的熔断器、断路器、上电缓冲电路、接触器、输入滤波电抗器和PWM整流器；并且，所述接触器并联有预充电电阻。其中，PWM整流器为PWM控制的IGBT整流电路。由于本发明采用的PWM整流器为PWM控制的IGBT整流电路，具有整流和回馈的双向控制，因此，当整流器处在整流状态时，将交流输入电转换为直流电送入公共直流母线上；当整流器处在回馈状态时，将电动机的再生能量转换为电能输送回电网。

如图4-5所示，逆变装置包括串联的短路保护电路、缓冲电路和逆变器。其中，短路保护电路包括串联的断路器和熔断器。另外，短路保护电路为两路，包括第一短路保护电路和第二短路保护电路；所述第一短路保护电路与所述公共直流母线的正母线串联，所述第二短路保护电路与所述公共直流母线的负母线串联。在图5中，第一短路保护电路为断路器QF2和熔断器FU4；第二短路保护电路为断路器QF3和熔断器FU5；缓冲电路为并联的R4和K2。对于多台变频器共直流母线系统，当共母线系统中的一台变频器发生故障导致器件短路或击穿时，容易出现安全事故，影响整个系统的运行，因此，本发明中，为防止故障进一步扩大，保证共母线系统的安全，在正、负母线分别串联熔断器。其中断路器QF2起到控制的作用，可以适时将逆变器切到共母线系统中，并具有当逆变器发生故障时，从共母线系统中切出故障逆变器的功能。

本发明提供的基于公共直流母线的多机驱动变频节能装置的工作原理为：

当电动机处于作功状态时，从电网输出的三相电流经过变电器变压后输入到集成PWM整流装置；集成PWM整流装置将三相电流整流为直流电后，输出到公共直流母线；从公共直流母线输出的直流电经逆变装置作用后，转换为交流电，从而为电动机供电。而当电动机处于发电状态时，电动机产生的能量通过与上述完全可逆的通路回馈到电网，达到充分利用电动机回馈能量的目的。

本发明还提供一种应用上述基于公共直流母线的多机驱动变频节能装置的抽油机。

综上所述，本发明提供的基于公共直流母线的多机驱动变频节能装置及抽油机，具有以下优点：(1)每台抽油机配置一台四象限变频器，当电动机处于发电状态时，回馈能量可以通过PWM整流器回馈给电网，从而充分利用了回馈能量，达到节能目的；同时也降低了回馈电流对电网侧的谐波污染，提高了功率因数和系统的可靠性；(2)当使用多台抽油机时，各台抽油机各自独立配置逆变装置，但共用整流装置，从而降低了系统成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于公共直流母线的多机驱动变频节能装置，其特征在于，包括供电电网、变压器、集成PWM整流装置、公共直流母线、一个以上逆变装置和一个以上被驱动的电机；所述供电电网输出的三相交流电连接到所述变压器的输入端；所述变压器的输出端连接到所述集成PWM整流装置的输入端；所述集成PWM整流装置的输出端连接到所述公共直流母线的输入端；所述公共直流母线的输出端分别连接到一台以上所述逆变装置的输入端；每台所述逆变装置的输出端唯一连接一台所述电机的输入端。

2.根据权利要求1所述的基于公共直流母线的多机驱动变频节能装置，其特征在于，所述集成PWM整流装置包括串联的熔断器、断路器、上电缓冲电路、接触器、输入滤波电抗器和PWM整流器；并且，所述接触器并联有预充电电阻。

3.根据权利要求2所述的基于公共直流母线的多机驱动变频节能装置，其特征在于，所述PWM整流器为PWM脉宽调制可控制的IGBT整流电路。

4.根据权利要求1所述的基于公共直流母线的多机驱动变频节能装置，其特征在于，所述逆变装置包括串联的短路保护电路、缓冲电路和逆变器。

5.根据权利要求4所述的基于公共直流母线的多机驱动变频节能装置，其特征在于，所述短路保护电路包括串联的断路器和熔断器。

6.根据权利要求4所述的基于公共直流母线的多机驱动变频节能装置，其特征在于，所述短路保护电路为两路，包括第一短路保护电路和第二短路保护电路；所述第一短路保护电路与所述公共直流母线的正母线串联，所述第二短路保护电路与所述公共直流母线的负母线串联。

7.一种抽油机，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的基于公共直流母线的多机驱动变频节能装置。