CN111030549A - 一种永磁电机拖动无功回馈一体化装置 - Google Patents

一种永磁电机拖动无功回馈一体化装置 Download PDF

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CN111030549A CN202010020095.9A CN202010020095A CN111030549A CN 111030549 A CN111030549 A CN 111030549A CN 202010020095 A CN202010020095 A CN 202010020095A CN 111030549 A CN111030549 A CN 111030549A
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Abstract

本发明属于油田用抽油机领域，公开一种永磁电机拖动无功回馈一体化装置，包括多端子永磁电动机和控制柜，所述多端子永磁电动机包括定子、转子，其特征在于，定子设有定子绕组，每个所述定子绕组具有相应的额定反电动势，在定子绕组上设有多个输入端子，输入端子设有公共输入端、大功率输入端、小功率无功反馈输入端，电源进线通过控制柜的交流接触器连接每个输入端子，带动有机械设备运转。不仅简化了抽油机井场设备的数量，也可有效降低工程投资。

Description

一种永磁电机拖动无功回馈一体化装置
技术领域：
本发明属于油田用抽油机领域，具体涉及一种永磁电机拖动无功回馈一体化装置。
背景技术：
在油田生产过程中，广泛使用的抽油机使采油系统成为油田的第一耗能大户。由于游梁式抽油机的启动惯量较大，只有装备容量较大的电动机才能正常启动；而在正常采油时所需电动机的容量又较小，电动机的平均负载率仅为25.0％左右。由于电动机为感性负载，当负载率很低时，其工作效率和功率因数也很低，《油田生产系统节能监测规范》(GB/T3145-2015)中规定游梁式抽油机功率因数的节能限定值仅为0.4；抽油机功率因数过低，会使配电网网损增大，严重影响了供电电压质量和生产安全。抽油机功率因数过低和电动机大马拉小车严重的问题，两个方面客观造成了游梁抽油机具有极大的节能潜力。
通过实验证明：永磁电动机对电源电压的大小非常敏感，在不同的电源电压大小下，与永磁电动机的额定反电动势相比，其运行特征可以归结为以下三点：当电源电压与永磁电动机额定反电动势一致时，永磁电动机的功率因数较高，启动和带负载能力与永磁电动机出厂设计值一致；当电源电压高于与永磁电动机额定反电动势时，永磁电动机将相当于扩大容量的电动机，功率因数将低于出厂设计值，但电动机启动和带负载能力将出厂高于设计值；当电源电压低于与永磁电动机额定反电动势时，永磁电动机将相当于电动机和同步调相机的组合体，电动机和同步调相机的容量之和等于永磁电动机的额定容量。此时电动机的额定功率将低于永磁电动机的额定功率，启动和带负载能力将低于原设计值；电动机和同步调相机的容量分配取决于电源电压与永磁电动机额定反电动势的偏低程度，偏低的越少，电动机的额定功率越大，而同步调相机的功率越小，反之亦然。
根据游梁式抽油机启动惯量大、启动时需要较大功率的电动机；启动后正常运行时，所需功率较小，满足启动要求的电动机配置功率过大的情况，结合永磁电动机在不同电源电压下所呈现出的特性，充分利用永磁电动机不需要励磁电流、运行效率高的特点，通过控制柜对永磁电动机在启动、运行时定子绕组匝数的改变，从而改变其额定反电动势，实现在电源电压一定的情况下，实现一机三用的目的，即大功率启动、小功率和同步调相机运行。
大功率启动，解决抽油机启动惯量大和永磁电动机启动力矩小的问题；小功率和同步调相机运行，解决抽油机运行过程中，因大马拉小车存在的效率和功率因数低的问题。
为解决抽油机启动后，在由大功率向小功率切换过程中出现的二次启动问题，控制柜在启动时，使永磁电动机的大、小功率输入端子同时带电，启动完成后，切除大功率输入端子，小功率输入端子继续带电保持运行。
为避免抽油机在运行过程中，因卡泵、蜡卡等原因出现负荷过重导致抽油机停机等问题，控制柜在设计时采用了小功率状态出现过负荷时，自动切换到大功率状态，减少了抽油机故障停机次数；切换到大功率状态后出现过负荷时，则抽油机自动停止运行，保证了抽油机等设备的安全。
发明内容：
本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种永磁电机拖动无功回馈一体化装置，解决了现有抽油机拖动装置功率因数、负载率和运行效率低的问题，也解决了永磁拖动装置启动力矩小和功率因数在不同油井上差异较大的问题，不仅简化了抽油机井场设备的数量，也可有效降低工程投资。
为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
一种永磁电机拖动无功回馈一体化装置，包括多端子永磁电动机和控制柜，所述多端子永磁电动机包括定子、转子，其特征在于，定子设有定子绕组4，每个所述定子绕组具有相应的额定反电动势，在定子绕组上设有多个输入端子，输入端子设有公共输入端3、大功率输入端2、小功率无功反馈输入端1，电源进线通过控制柜的交流接触器连接每个输入端子，带动有机械设备运转。
优选地，定子绕组数量为两个及以上定子绕组。
优选地，定子绕组的匝数为七组。
优选地，启动时，输入端子同时带电，通过一定的时间延迟，至少有一个输入端子对应的额定反电动势低于永磁电动机所在电源电压的端子停止供电，至少有一个输入端子对应的额定反电动势高于永磁电动机所在电源电压的端子继续供电。
与现有技术相比较，本发明具有如下的有益效果：
利用永磁电动机的特性，通过控制在启动和运行过程中永磁电动机定子绕组匝数不同，实现大扭矩启动、小功率运行并向电网输送无功率的装置。由于永磁电动机处于过励状态，永磁电动机在拖动抽油机的同时，也向电网输送一定比例的无功功率，用于其他抽油机和变压器的无功功率补偿，提高整个电网的功率因数，减少电网的输电损耗。
附图说明
图1为本发明永磁电机拖动无功回馈一体化装置的结构示意图。
图2为本发明永磁电机拖动无功回馈一体化装置的定子绕组结构示意图。
图3为本发明永磁电机拖动无功回馈一体化装置的控制柜接线示意图。
A、B、C--------控制柜三相电源输入端；DK--------空气开关；CJ1--------小功率无功反馈接触器接触器主触点；CJ2--------大功率接触器主触点；M--------永磁电动机；U1、V1、W1-------小功率无功反馈接线端；U2、V2、W2-------大功率接线端。
具体实施方式
为了更好的阐述本发明，下面结合附图进行详细说明。
如图1所示，一种永磁电机拖动无功回馈一体化装置，包括多端子永磁电动机和控制柜，所述多端子永磁电动机包括定子、转子，定子设有定子绕组4，定子绕组数量为两个及以上定子绕组，定子绕组的匝数为7组。每个所述定子绕组具有相应的额定反电动势，在定子绕组上设有多个输入端子，输入端子设有公共输入端3、大功率输入端2、小功率无功反馈输入端1，电源进线通过控制柜的交流接触器连接每个输入端子，带动有机械设备运转。
该抽油机一体化拖动装置的电源进线通过控制柜的两个交流接触器分别与永磁电动机的大功率(启动)端子和小功率无功反馈(运行)端子连接。
启动时，输入端子同时带电，通过一定的时间延迟，至少有一个输入端子对应的额定反电动势低于永磁电动机所在电源电压的端子停止供电，至少有一个输入端子对应的额定反电动势高于永磁电动机所在电源电压的端子继续供电。
如图2所示，该永磁电动机是将普通永磁电动机的单一定子绕组绕组采用中间抽头的方式改变为两个绕组，每个绕组的额定反电动势不一样。永磁电动机定子绕组数量和匝数的变化。
如图3所示，永磁电动机的小功率无功反馈端连接小功率无功反馈交流接触器，小功率无功反馈交流接触器连接带有空气开关的三相电源输入端，永磁电动机的大功率端连接大功率交流接触器，大功率交流接触器连接三相电源输入端。该控制柜在抽油机启动时，永磁电动机大功率端子和小功率无功反馈通过CJ2、CJ1接入电源。抽油机启动完成后，通过时间继电器延时控制，将CJ2停止。
在小功率无功反馈(CJ1带电)运行状态，如因抽油机负荷过大使永磁电动机处于过载状态时，RJ2动作，使小功率+无功反馈运行状态重新回到大功率运行状态，在较低的功率因数下保持运行，以保证油田的正常生产；当大功率运行状态时，电动机仍长期处于过负荷状态，则RJ1动作，抽油机停止运行，以保证保证设备的安全。
可根据实际需要，对上述永磁拖动+无功回馈一体化装置作进一步优化或/和改进：经过测试，本发明的技术效果为：本发明与常规拖动装置相比有功节电率：10％以上；本发明与常规拖动装置相比无功节电率：250％以上。
以上所述仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种永磁电机拖动无功回馈一体化装置，包括多端子永磁电动机和控制柜，所述多端子永磁电动机包括定子、转子，其特征在于，定子设有定子绕组(4)，每个所述定子绕组具有相应的额定反电动势，在定子绕组上设有多个输入端子，输入端子设有公共输入端(3)、大功率输入端(2)、小功率无功反馈输入端(1)，电源进线通过控制柜的交流接触器连接每个输入端子，带动有机械设备运转。
2.根据权利要求1所述永磁电机拖动无功回馈一体化装置，其特征在于，定子绕组数量为两个及以上定子绕组。
3.根据权利要求1所述永磁电机拖动无功回馈一体化装置，其特征在于，定子绕组的匝数为七组。
4.根据权利要求1所述永磁电机拖动无功回馈一体化装置，其特征在于，启动时，输入端子同时带电，通过一定的时间延迟，至少有一个输入端子对应的额定反电动势低于永磁电动机所在电源电压的端子停止供电，至少有一个输入端子对应的额定反电动势高于永磁电动机所在电源电压的端子继续供电。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11955782B1 (en) 2022-11-01 2024-04-09 Typhon Technology Solutions (U.S.), Llc System and method for fracturing of underground formations using electric grid power

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