CN203119818U - 抽油机专用开关磁阻电机调速系统 - Google Patents

Abstract

抽油机专用开关磁阻电机调速系统，属于油田采油设备领域。其特征在于：包括控制器、功率变换器、开关磁阻电机和传感器，控制器的输出端连接功率变换器的控制端，控制器的输入端连接操作电路；功率变换器的输出端连接开关磁阻电机，功率变换器的输入端连接控制电源；开关磁阻电机的输出轴连接抽油机负载；所述的传感器包括电流检测器和位置传感器，位置传感器设置在开关磁阻电机内部，电流检测器和位置传感器的输出端分别连接控制器的输入端。通过分析抽油机驱动系统的特点以及对开关磁阻电机的要求，有针对性地对现有开关磁阻电机调速系统进行了整体性一致性改进，节电效果显著，过载能力强，加速性能好，调速范围宽广。

Description

抽油机专用开关磁阻电机调速系统

技术领域

本实用新型提供一种抽油机专用开关磁阻电机调速系统，属于油田采油设备控制系统领域。

背景技术

抽油机俗称“磕头虫”，是油田用电的主要设备之一，电费支出占石油开采成本的25%以上，每年国内更新及新装机约一万台。在抽油过程中，井下油层的情况特别复杂，有富油井、贫油井之分，有稀油井、稠油井之别。抽油机若采用恒速则其效率低下的问题是显而易见的。就抽油机油泵本身而言，磨损后的活塞与衬套的间隙漏失等都是很难解决的问题，况且变化的地层因素（如油中含砂、蜡、水、气）等复杂情况也对每次抽出的油量有很大的影响。只有采用调速驱动才能达到最佳控制。引进调速传动后，可根据井下状态调节抽油机冲程频次及分别调节上、下行程的速度，在提高泵的充满系数的同时减少泵的漏失，以获得最大出油量。采用调速后既无启动冲击，又可解决选型保守、线路较长等所致的功率因数偏低等问题，获得节能增效的同时又能提高整机寿命。油田行业中高电压交流电的采用，也对大功率开关磁阻电动机及其调速系统提出了新的要求。

现在大多数油田一直采用游梁式抽油机，它的动作原理是由交流电动机恒速运转拖动抽油泵，沿着重力作用方向进行往复运动，从而把原油从数百至数千米的井下抽到地面。根据负载特性可知其惯量较大，该负载又是周期负载，上升、下降行程负载性质亦不同，下降时带有位势负载性质。而不同的油井的粘度大小又有很大区别，油的粘度较大时，泵的效率也变低，电动机带载启动很困难，油的粘度小时又会出现“大马拉小车”的现象，能耗大，也给冲程和频率调节带来不便。

以胜利油田为例，目前该油田生产油井中共应用各类节能电机4300余台，占井数的30.1%，其余10000余口油井仍使用老式Y系列电机、电磁调速电机、双极/双功率电机和增级电机等。40%以上的在用普通电机经过多次维修，由于修复的设备、工艺技术、质量检验都缺乏有效的保证，修复后的电动机自身损耗功率大、传动效率底。随机抽样测试数据证明，90%的修复电机自身损耗大于国家标准规定1kW以上，仅此估算，使用此类电机的油井每天多损耗电能约24×104kW·h。例如：55kW电动机空载损耗国标要求为1.4kW以下，据胜利油田其中两个采油厂的抽样测试得知，修复电机空载损耗达到2.65kW以上。统计表明，低效有杆泵井的电机“大马拉小车”的现象仍然存在，平均电机负载率仅为30.73％，低渗透油藏的低效井电机负载率则更低，平均只有27.67%，远离电机的高效运行区间，运行效率低、能耗高，因此，选用高效节能拖动电机是降低生产成本，提高油田竞争力，积极实施节能减排的关键因素。

开关磁阻电机是一种新型调速电机。在油量不能使抽油机设备满负荷运行时，采用开关磁阻调速系统，将抽油机的冲次降低，调整到油量能满足的速度，使每一口油井都能根据油量的多少设定速度。这种方式既减少了向井下注水的频率，又能使各油井持续不断地抽油，既节约了因注水所耗的电能，又省去了因不满负荷而多耗的电能，可称为是一种省时省力节能高效的产品。能有效地降低抽油机的动载荷，提高采油系统的效率。

然而，由于抽油机所处工况的特殊性和复杂性，普通的开关磁阻电机难以直接应用油田抽油机系统中。通过有针对性的开发专门用于油田抽油机的大功率开关磁阻电机及调速控制驱动系统对于降低我国油田的采油成本、节能降耗都具有重要的现实意义。

实用新型内容

根据以上现有技术中的不足，本实用新型要解决的问题是：提供一种过载能力强，节电效果显著，调速简单并且范围宽广的抽油机专用开关磁阻电机调速系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：抽油机专用开关磁阻电机调速系统，其特征在于：包括控制器、功率变换器、开关磁阻电机和传感器，控制器的输出端连接功率变换器的控制端，控制器的输入端连接操作电路，功率变换器的输出端连接开关磁阻电机，功率变换器的输入端连接控制电源，开关磁阻电机的输出轴连接抽油机负载；所述的传感器包括电流检测器和位置传感器，位置传感器设置在开关磁阻电机内部，电流检测器和位置传感器的输出端分别连接控制器的输入端。

操作电路用于设置外部给定，主要包括控制按钮和调速旋钮的输出信号，经过控制器信号处理，输入到电动机驱动器，控制功率变换器的功率输出量，实现控制驱动开关磁阻电机转速和扭矩，再通过机械传动装置，驱动抽油机负载。

位置传感器安装于开关磁阻电机内部非出力端，即后端盖位置，向控制器提供转子与定子的相对位置以及转速等信号，使控制器能够正确的判断和决定定子绕组的导通和关断时刻，确保开关磁阻电机的正常工作。

其中优选方案是：

所述的开关磁阻电机是定子、转子双凸极可变磁阻电动机，位置传感器设置在机壳后端。

本实用新型的抽油机专用开关磁阻电机调速系统所具有的有益效果是：通过设置可以实现：（1）在额定调速范围内，整个系统的转化效率在90%以上，节电达10~50%；（2）启动转矩达额定转矩的150%时，起动电流仅为额定电流的20%，空载电流仅为额定电流的2%；（3）开关磁阻电机调速系统在空载和满载下的功率因数均大于0.95；（4）在有制动单元及制动功率满足要求的情况下，起停切换每小时可达一千次以上；（5）整体结构设计优化。可在高温、高湿、盐雾等恶劣环境中长期可靠运行

本实用新型应用到抽油机上后，在能效和节能方面得到了很好效果，并能实现四象限运行，做到电网回馈。

附图说明

图1为本实用新型的电气原理方框图；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例做进一步描述：

实施例1：

如图l所示，抽油机专用开关磁阻电机调速系统，包括控制器、功率变换器、开关磁阻电机和传感器，控制器的输出端连接功率变换器的控制端，控制器的输入端连接操作电路；功率变换器的输出端连接开关磁阻电机，功率变换器的输入端连接控制电源；开关磁阻电机的输出轴连接抽油机负载；所述的传感器包括电流检测器和位置传感器，位置传感器设置在开关磁阻电机内部，电流检测器和位置传感器的输出端分别连接控制器的输入端。

电源输出端供给功率变换器用于驱动开关词组电机，并且通过控制电源输出控制器所需的弱电压。

开关磁阻电机是定子、转子双凸极可变磁阻电动机，位置传感器设置在机壳后端。

工作原理

操作电路用于设置外部给定，主要包括控制按钮和调速旋钮的输出信号，经过控制器信号处理，输入到电动机驱动器，控制功率变换器的功率输出量，实现控制驱动开关磁阻电机转速和扭矩，再通过机械传动装置，驱动抽油机负载。

位置传感器安装于开关磁阻电机内部非出力端，即后端盖位置，向控制器提供转子与定子的相对位置以及转速等信号，使控制器能够正确的判断和决定定子绕组的导通和关断时刻，确保开关磁阻电机的正常工作。

由微处理器组成的控制器是系统的中枢，中枢的控制核心是控制软件，它综合处理操作指令、速度指令、速度及电流反馈信号、转子位置等反馈信息，来控制功率电路中各主功率元件的导通角、关断角；电流幅值；电机绕组电压等工作参数，以实现对开关磁阻电机的调速、稳定运行、停止、正反转、制动等状态的控制。

以上实施例是本专利较佳实施方式，本领域技术人员在本专利的思想指引下联想到的其他变形实施方式，也在本保护范围内。

实验效果：

（1）效率高。在所有的调速和功率范围内，比现有交流异步电动机变频调速系统高3%以上，在低速工作的状态下其效率能够提高10%以上。

（2）起动转矩大。以适合于需要重载起动和负载变化明显并且频繁的采油机特点。

（3）调速范围广，可在低速下长期运行，而不会对整个系统造成损害。

（4）可频繁正、反转，频繁起动、停止，以适用油田抽油机的需要。

（5）具有软起动特性，起动电流小，避免了对电网的冲击。

（6）功率因数高，不需要加装无功补偿装置。

（7）电机结构简单、坚固、制造工艺简单，成本低。工作可靠，能适用于各种恶劣、高温甚至强振动环境。

（8）缺相与过负载时仍可工作。出现电源缺相、电机或控制器任一相出现故障时，电动机输送功率减小，但仍然可以运行。当系统超过额定负载120%以上时，转速只会下降，而不会烧毁电机和控制器。

（9）采用控制器中功率变换器与电机绕组串联设计，避免出现变频调速系统功率变换器可能出现的直通故障，提高可靠性。

（10）实现四象限运行，额定转速以下为恒转矩性，超过额定转速表现为恒功率特性。

Claims (2)

1.一种抽油机专用开关磁阻电机调速系统，其特征在于：包括控制器、功率变换器、开关磁阻电机和传感器，控制器的输出端连接功率变换器的控制端，控制器的输入端连接操作电路，功率变换器的输出端连接开关磁阻电机，功率变换器的输入端连接控制电源，开关磁阻电机的输出轴连接抽油机负载； 

所述的传感器包括电流检测器和位置传感器，位置传感器设置在开关磁阻电机内部后端盖位置，电流检测器和位置传感器的输出端分别连接控制器的输入端。 

2.根据权利要求1所述的抽油机专用开关磁阻电机调速系统，其特征在于：所述的开关磁阻电机是定子、转子双凸极可变磁阻电动机，位置传感器设置在机壳后端。 

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