RU2596165C2 - Method for automatic start-up and braking of electric drives of independent electric power source of comparable power - Google Patents

Method for automatic start-up and braking of electric drives of independent electric power source of comparable power Download PDF

Info

Publication number
RU2596165C2
RU2596165C2 RU2014146133/07A RU2014146133A RU2596165C2 RU 2596165 C2 RU2596165 C2 RU 2596165C2 RU 2014146133/07 A RU2014146133/07 A RU 2014146133/07A RU 2014146133 A RU2014146133 A RU 2014146133A RU 2596165 C2 RU2596165 C2 RU 2596165C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
power
programmable logic
logic controller
braking
capacitor
Prior art date
Application number
RU2014146133/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014146133A (en
Inventor
Артур Маратович Сагдатуллин
Original Assignee
Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Альметьевский государственный нефтяной институт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Альметьевский государственный нефтяной институт" filed Critical Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Альметьевский государственный нефтяной институт"
Priority to RU2014146133/07A priority Critical patent/RU2596165C2/en
Publication of RU2014146133A publication Critical patent/RU2014146133A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2596165C2 publication Critical patent/RU2596165C2/en

Links

Images

Classifications

    • Y02B60/50

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering and can be used for dynamic braking of three-phase asynchronous motor and for starting from an autonomous source of electric energy of comparable power. Method for automatic start-up and braking of electric drives from an autonomous electric power source of comparable power comprises, when a signal reaches a radio communication device, applying voltage to autonomous power source of comparable power and programmable logic controller executes series connection of magnetic starters and connects the unit B to a capacitor installation and depending on information coming from a wireless current and voltage sensor, load sensor on pumping unit rod, programmable logic controller performs control of control unit of capacitor installation, in its turn includes required number of controlled capacitors in power supply circuit. At moment when values of starting current of motor stator become equal to 1.4-1.6 of nominal value, programmable logic controller executes smooth switching off of parallel units of controlled capacitors, and then magnetic starter. At considerable loads, overloads, which is fixed by load sensor on pumping unit rod, or reducing supply voltage, programmable logic controller recognises operating modes of pumping unit and based on parameters and obtained data performs corresponding series connection of magnetic starter and parallel units of controlled capacitors of unit B by feeding control action to control unit of capacitor installation and provides charge of units of controlled capacitors with via braking energy conversion, during downward movement of pumping unit rod, into electrical energy. Method for automatic start-up and braking of electric drives of autonomous electric power source of comparable power ensures operation in alternative energy and renewable energy sources, which power production remote wells, which reduces cost, since there is no need to build additional power supply infrastructure for remote facilities, such as well as machine-rockers, submersible electric motors, screw pumps and chain drives and other gas production facilities.
EFFECT: technical result is decrease of power ratio of autonomous source of three-phase alternating current with power of launched therefrom by direct start-up three-phase induction squirrel-cage motor up to 1,5 -2,0, which provides: reduction of power of drive motor and generator; reduced weight and dimensions of power source; possibility of using three-phase short-circuited; possibility of excluding starting rheostat.
2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам переменного тока, и может быть использовано для динамического торможения трехфазного асинхронного электродвигателя, а также для его дальнейшего пуска от автономного источника электрической энергии соизмеримой мощности.The invention relates to electrical engineering, in particular to AC electric drives, and can be used for dynamic braking of a three-phase asynchronous electric motor, as well as for its further start-up from an autonomous source of electric energy of comparable power.

Анализ существующего уровня техники в данной области показал следующее. В настоящее время известно, что применение систем с автономным источником электроэнергии, как правило, имеет сильные ограничения по мощности источника питания, по нагрузке в период пуска и восстановления после пуска и по тормозному моменту. Можно сказать, что большинство приемников в промышленности и быту имеют единичную мощность до 10 кВт и являются асинхронными приводами. Такие приводы построены на основе трехфазных асинхронных электродвигателей (АД) с короткозамкнутым ротором (АД с КЗ ротором).Analysis of the current level of technology in this field showed the following. Currently, it is known that the use of systems with an autonomous source of electricity, as a rule, has strong limitations on the power of the power source, on the load during the start-up and recovery after start-up and on the braking torque. It can be said that most receivers in industry and in everyday life have a unit power of up to 10 kW and are asynchronous drives. Such drives are built on the basis of three-phase asynchronous electric motors (HELL) with a squirrel-cage rotor (HELL with a short-circuited rotor).

Известен способ торможения короткозамкнутого асинхронного электродвигателя в аварийных ситуациях (патент РФ №2089037, кл. Н02Р 3/24), при котором при аварии отключают упомянутый электродвигатель от основного источника питания, подключенного к электродвигателю через преобразователь частоты, и одновременно подключают электродвигатель к независимому источнику питания, осуществляя его торможение, измеряют скорость вращения электродвигателя, дополнительно измеряют фазовый ток по меньшей мере в одной из фаз указанного электродвигателя, сравнивают скорость вращения с номинальным скольжением, а фазовый ток сравнивают с номинальным фазовым током намагничивания электродвигателя, аварийный сигнал подают в момент, когда скорость вращения превышает номинальное скольжение и измеренный фазовый ток меньше номинального фазового тока, а торможение короткозамкнутого асинхронного двигателя осуществляют постоянным током, формируемым в независимом источнике питания.A known method of braking a short-circuited asynchronous electric motor in emergency situations (RF patent No. 2089037, class Н02Р 3/24), in which in case of an accident, the electric motor is disconnected from the main power source connected to the electric motor via a frequency converter, and at the same time the electric motor is connected to an independent power source while braking it, measure the rotation speed of the electric motor, additionally measure the phase current in at least one of the phases of the specified motor, comp the rotation speed with nominal slip, and the phase current is compared with the nominal phase magnetization current of the electric motor, an alarm signal is given when the rotation speed exceeds the rated slip and the measured phase current is less than the nominal phase current, and braking of the short-circuited asynchronous motor is carried out by direct current generated in independent power source.

Устройство для торможения короткозамкнутого асинхронного электродвигателя содержит основной источник питания, подключенный к электродвигателю через преобразователь частоты и один из переключателей, независимый источник питания, подключенный к упомянутому электродвигателю через второй переключатель, измеритель скорости вращения асинхронного электродвигателя, формирователь аварийного сигнала, выходом подключенный к управляющим входам указанных переключателей, два блока сравнения, первый вход одного из которых соединен с выходом измерителя скорости, дополнительно введен измеритель тока по меньшей мере одной из фаз короткозамкнутого асинхронного электродвигателя, выходом подключенный к первому входу другого блока сравнения, вторые входы блоков сравнения подключены соответственно к задатчикам номинального скольжения и номинального тока намагничивания электродвигателя, выходы блоков сравнения соединены с входами формирователя аварийного сигнала, а независимый источник выполнен в виде источника постоянного тока.A device for braking a short-circuited asynchronous electric motor contains a main power source connected to the electric motor through a frequency converter and one of the switches, an independent power source connected to said electric motor through a second switch, an asynchronous electric motor rotational speed meter, an alarm driver, an output connected to the control inputs of said switches, two comparison units, the first input of one of which is connected to the output a speed meter, an additional current meter of at least one of the phases of the short-circuited asynchronous electric motor is introduced, with an output connected to the first input of another comparison block, the second inputs of the comparison blocks are connected respectively to the nominal slip and rated magnetizing current of the electric motor, the outputs of the comparison blocks are connected to the inputs of the emergency shaper signal, and an independent source is made in the form of a constant current source.

Недостатком известного способа является низкая точность и низкая эффективность торможения, ограниченность применения устройства, так как оно применимо только для преобразователей частоты и аварийных ситуаций, в том числе без возможности запуска подключенного электродвигателя.The disadvantage of this method is the low accuracy and low braking efficiency, the limited use of the device, as it is applicable only to frequency converters and emergency situations, including without the possibility of starting a connected electric motor.

Наиболее близким по сущности является способ торможения электродвигателя переменного тока (патент РФ №2440663, кл. Н02Р 3/24), позволяющий повысить эффективность торможения и увеличить коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя в режиме торможения, при котором в обмотку статора электродвигателя дополнительно подают ток, наводимый электродвижущей силой (ЭДС) вращения ротора, величина которого (тока) контролируется датчиками тока и регулируется изменением угла проводимости дополнительных полупроводниковых элементов. Повышение КПД двигателя в режиме торможения достигается за счет использования электромагнитной энергии ротора в период торможения, причем подачу дополнительной энергии ротора осуществляют в момент равенства нулю однополупериодного выпрямленного тока, подаваемого в статорную обмотку из питающей сети. Согласно предлагаемому способу торможения в обесточенные обмотки статора подают вначале однополупериодный выпрямленный ток от питающей сети и в момент прохождения этого тока через нуль подают однополупериодный выпрямленный ток, наведенный от ЭДС вращения ротора, через дополнительный управляемый полупроводниковый элемент и сопротивление. Суммарный однополупериодный выпрямленный ток создает момент торможения, при этом величина тока, наведенного в статоре от ЭДС вращения ротора контролируется датчиками тока и регулируется изменением угла управления полупроводниковых элементов.The closest in essence is a method of braking an alternating current electric motor (RF patent No. 2440663, class Н02Р 3/24), which allows to increase the braking efficiency and increase the efficiency (efficiency) of the electric motor in braking mode, in which additional current is supplied to the stator winding of the electric motor induced by an electromotive force (EMF) of rotor rotation, the magnitude of which (current) is monitored by current sensors and is controlled by a change in the conduction angle of additional semiconductor elements. An increase in motor efficiency in braking mode is achieved by using the electromagnetic energy of the rotor during the braking period, and additional rotor energy is supplied at the moment of equal half-wave rectified current supplied to the stator winding from the supply network. According to the proposed braking method, at first the half-wave rectified current is supplied from the mains to the deenergized stator windings, and at the moment this current passes through zero, the half-wave rectified current induced from the rotor EMF through an additional controlled semiconductor element and resistance is supplied. The total half-wave rectified current creates a braking moment, while the magnitude of the current induced in the stator from the EMF of rotation of the rotor is controlled by current sensors and is controlled by a change in the control angle of the semiconductor elements.

Недостатком всех вышеупомянутых способов является их ограниченность и применимость только в период динамического торможения двигателя переменного тока, однако известно, что в нефтегазодобывающей промышленности некоторые виды установок и их электродвигатели работают с резкопеременной нагрузкой, например станок-качалка (СК), осуществляющая подъем жидкости с 1000-2000 м глубины.The disadvantage of all of the above methods is their limitedness and applicability only during the dynamic braking of an alternating current motor, however, it is known that in the oil and gas industry some types of installations and their electric motors operate with a rapidly changing load, for example, a rocking machine (SC), lifting liquid from 1000- 2000 m depth.

Также наиболее близким по сущности является устройство для пуска трехфазного асинхронного короткозамкнутого электродвигателя от автономного источника соизмеримой мощности (патент РФ №2222094, кл. Н02Р 1/00), содержащее магнитный пускатель, через силовые контакты которого трехфазный асинхронный короткозамкнутый электродвигатель подключен к автономному источнику энергии соизмеримой мощности. К первому выводу катушки магнитного пускателя подключены первые выводы катушки второго магнитного пускателя и катушки реле времени. Их вторые выводы соединены между собой и через замыкающий контакт токового реле и размыкающий контакт реле времени подключены к точке соединения кнопки "Пуск" и замыкающего блокировочного контакта второго магнитного пускателя. Первичная обмотка трансформатора тока включена в рассечку одной из фаз подключения электродвигателя к сети, а к его вторичной обмотке подключена катушка токового реле. Между силовыми контактами магнитного пускателя и выводами "а", "b", "с" электродвигателя через силовые контакты второго магнитного пускателя включен блок пусковых конденсаторов. Наличие блоков пусковых конденсаторов позволит при пуске обеспечить электродвигатель реактивной энергией для пуска от блоков, разгружая автономный источник электроэнергии. После разгона электродвигателя до заданной скорости токовое реле размыкает контакт в цепи катушек магнитного пускателя, что приводит к отключению блока конденсаторов от электродвигателя.Also the closest in essence is a device for starting a three-phase asynchronous short-circuited electric motor from an autonomous source of comparable power (RF patent No. 2222094, class Н02Р 1/00), containing a magnetic starter, through the power contacts of which a three-phase asynchronous short-circuited electric motor is connected to an autonomous energy source of a commensurate power. The first terminals of the second magnetic starter coil and the time relay coil are connected to the first terminal of the magnetic starter coil. Their second conclusions are interconnected and through the make contact of the current relay and the make contact of the time relay are connected to the connection point of the Start button and the make and break contact of the second magnetic starter. The primary winding of the current transformer is included in the dissection of one of the phases of connecting the electric motor to the network, and a current relay coil is connected to its secondary winding. A block of starting capacitors is connected between the power contacts of the magnetic starter and the terminals a, b, c of the electric motor through the power contacts of the second magnetic starter. The presence of starting capacitor blocks will allow at start-up to provide the electric motor with reactive energy for starting from the blocks, unloading an autonomous source of electricity. After the motor is accelerated to a predetermined speed, the current relay opens the contact in the coil circuit of the magnetic starter, which leads to the disconnection of the capacitor block from the motor.

Также известна система пуска трехфазного АД с контактными кольцами в функции тока (Москаленко В.В. Электрический привод, Академия, 2000, с. 106-109), в котором при включении электродвигателя в сеть по статору протекает пусковой ток, величина которого ограничивается с помощью пускового реостата, включенного в цепь ротора через контактные кольца. В этом случае кратность тока включаемого электродвигателя и источника питания может быть значительно выше мощностей запуска.A three-phase HELL start-up system with slip rings as a function of current is also known (Moskalenko V.V. Electric Drive, Academy, 2000, pp. 106-109), in which, when the electric motor is connected to the network, a starting current flows through the stator, the value of which is limited by starting rheostat connected to the rotor circuit through slip rings. In this case, the multiplicity of the current of the switched on electric motor and the power source can be significantly higher than the starting powers.

Явным недостатком указанных схем являются следующие признаки: отсутствие возможности управляемого торможения с накоплением энергии в переходных и динамических режимах, что приводит к низкой эффективности известных способов в целом, нерациональные потери мощности в генераторном режиме трехфазного электродвигателя переменного тока, завышенная мощность приводного двигателя, например двигателя внутреннего сгорания - ДВС, значительные массогабаритные показатели источника питания, в электроприводе технологического процесса может быть использован только АД с контактными кольцами, что приводит к значительным потерям энергии в пусковом реостате. Отмеченные недостатки ограничивают область применения системы пуска и торможения и тип используемых в электроприводах электродвигателей.A clear drawback of these circuits is the following features: the lack of controlled braking with energy storage in transient and dynamic modes, which leads to low efficiency of the known methods in general, irrational power losses in the generator mode of a three-phase AC motor, excessive power of a drive motor, for example, an internal motor combustion - ICE, significant weight and size characteristics of the power source, in the electric drive of the technological process can be only HELL with slip rings was used, which leads to significant energy losses in the starting rheostat. The noted disadvantages limit the scope of the start-up and braking systems and the type of electric motors used in electric drives.

Основной задачей изобретения является увеличение эффективности торможения электродвигателя переменного тока, повышение КПД всей системы за счет использования оставшейся энергии электродвигателя как в период торможения, так и в период пуска.The main objective of the invention is to increase the braking efficiency of an AC motor, increase the efficiency of the entire system by using the remaining energy of the motor both during braking and during start-up.

Улучшение пусковых и тормозных качеств и характеристик асинхронного электродвигателя, подключенного к автономному источнику переменного тока соизмеримой мощности возможно при кратковременном введении блоков конденсаторов, что позволит значительно снизить мощность источника питания и, как следствие, приведет к экономии ресурсов приводного двигателя (двигателя внутреннего сгорания) и энергосбережению в процессах пуска и торможения.Improving the starting and braking qualities and characteristics of an asynchronous electric motor connected to an autonomous AC source of comparable power is possible with the short-term introduction of capacitor banks, which will significantly reduce the power of the power source and, as a result, will save resources on the drive motor (internal combustion engine) and save energy in starting and braking processes.

Следовательно, поставленная задача решается тем, что в систему с трехфазным АД с КЗ ротором, питающимся от автономного источника соизмеримой мощности, добавляются блоки конденсаторов (возможно включение других типов конденсаторов - ионисторов), подключенных к выводам электродвигателя через силовые контакты магнитного пускателя, при этом возбуждение АД осуществляется с помощью конденсаторов, подключаемых к статору. Определяющим фактором, от которого зависят вид и расположение характеристик АД в двигательном и генераторном квадрантах, а значит, интенсивность пуска и торможения, является емкость «С» включенных блоков конденсаторов.Therefore, the problem is solved in that in a system with a three-phase HELL with a short-circuited rotor, powered by an autonomous source of comparable power, blocks of capacitors are added (it is possible to turn on other types of capacitors - ionistors) connected to the motor terminals via power contacts of the magnetic starter, while HELL is carried out using capacitors connected to the stator. The determining factor on which the type and location of the ABP characteristics in the motor and generator quadrants, and, therefore, the starting and braking intensities, depend on is the capacitance “C” of the included capacitor blocks.

Способ автоматического пуска и торможения электроприводов от автономного источника электрической энергии соизмеримой мощности заключается в том, что в момент поступления сигнала на устройство радиоинформационного обмена осуществляется подача напряжения на автономный источник соизмеримой мощности и программируемый логический контроллер осуществляет последовательное включение магнитных пускателей и подключает блок В конденсаторной установки и в зависимости от информации, поступающей с беспроводного датчика тока и напряжения, датчика нагрузки на штоке станка-качалки, программируемый логический контроллер осуществляет контроль блока управления конденсаторной установкой, который в свою очередь включает необходимое количество управляемых конденсаторов в цепь питания. В момент времени, когда значения пускового тока статора электродвигателя станут равными 1,4-1,6 от номинального его значения, программируемый логический контроллер осуществляет плавное отключение параллельных блоков управляемых конденсаторов, а затем и магнитного пускателя. Также, при значительных нагрузках, перегрузках, что фиксируется датчиком нагрузки на штоке СК, или снижении напряжения питания, программируемый логический контроллер осуществляет распознавание режимов работы СК, таких как подъем нефтяной эмульсии или спуск штока, распознавание перегрузок, переходных процессов, аварийных ситуаций, наличия повреждений в погружном или наземном оборудовании и на основе параметров и полученных данных осуществляет соответствующее последовательное подключение магнитного пускателя и параллельных блоков управляемых конденсаторов блока В посредством подачи управляющего воздействия на блок управления конденсаторной установкой и обеспечивает подзарядку блоков управляемых конденсаторов с помощью преобразования энергии торможения, в процессе движения штока СК вниз, в электрическую.A method for automatically starting and braking electric drives from an autonomous source of electric energy of comparable power is that at the time of the signal to the radio information exchange device, voltage is supplied to an autonomous source of comparable power and the programmable logic controller sequentially turns on the magnetic starters and connects the block B of the capacitor unit and depending on the information coming from the wireless current and voltage sensor, yes snip load on the machine rocking rod, a programmable logic controller controls condenser installation control unit which in turn comprises a number necessary controlled capacitors in the power supply circuit. At the time when the starting current of the stator of the electric motor becomes equal to 1.4-1.6 from its nominal value, the programmable logic controller smoothly disconnects the parallel blocks of the controlled capacitors, and then the magnetic starter. Also, at significant loads, overloads, which is detected by the load sensor on the SC rod, or a decrease in the supply voltage, the programmable logic controller recognizes the operating modes of the SC, such as raising the oil emulsion or lowering the rod, recognizing overloads, transients, emergency situations, damage in submersible or ground equipment and on the basis of parameters and data obtained, it carries out the corresponding serial connection of the magnetic starter and parallel blocks at In block ravlyaetsya capacitor by supplying the manipulated variable to the control unit of capacitor installation and provides charging unit controls the capacitor by converting the braking energy during movement SC rod down into electricity.

Способ автоматического пуска и торможения электроприводов от автономного источника электрической энергии соизмеримой мощности поясняется чертежами.The method of automatically starting and braking electric drives from an autonomous source of electric energy of comparable power is illustrated by the drawings.

На фиг. 1 представлена система автоматического пуска и торможения электроприводов от автономного источника электрической энергии соизмеримой мощности.In FIG. 1 shows a system for automatically starting and braking electric drives from an autonomous source of electric energy of comparable power.

На фиг. 2 представлена таблица емкостей конденсаторов для возбуждения асинхронных генераторов (U=380 В, 750…1500 об/мин).In FIG. 2 presents a table of capacitors for excitation of asynchronous generators (U = 380 V, 750 ... 1500 rpm).

Система включает: предполагаемая нагрузка - блок А: станок-качалка, состоящий из рамы 1, стойки 2, кривошипов 3, балансира 4, шатунов 5, редуктора 6, электродвигателя 7, противовесов 8, беспроводного датчика тока и напряжения 9, датчика нагрузки на штоке СК 16, блок В - конденсаторная установка, включающая блоки управляемых конденсаторов 10, 11 и 12, магнитные пускатели 13 и 14, блок управления конденсаторной установкой 15, программируемый логический контроллер 17, автономный источник соизмеримой мощности 18, устройство радиоинформационного обмена 19. При этом устройство радиоинформационного обмена 19, беспроводной датчик тока и напряжения 9 имеют положительную обратную связь с программируемым логическим контроллером 17, выход которого также соединен с входом блока управления конденсаторной установкой 15, а вход блока В соединен с выходом блока управления конденсаторной установкой 15.The system includes: the expected load - block A: a rocking machine, consisting of a frame 1, a rack 2, cranks 3, a balancer 4, connecting rods 5, a reducer 6, an electric motor 7, balances 8, a wireless current and voltage sensor 9, a load sensor on the rod SK 16, block B is a capacitor unit including controllable capacitor blocks 10, 11 and 12, magnetic starters 13 and 14, a capacitor unit control unit 15, a programmable logic controller 17, an autonomous source of comparable power 18, a radio information exchange device 19. When this Ohm, the radio information exchange device 19, the wireless current and voltage sensor 9 have positive feedback with a programmable logic controller 17, the output of which is also connected to the input of the control unit of the capacitor unit 15, and the input of block B is connected to the output of the control unit of the capacitor unit 15.

Способ автоматического пуска и торможения электроприводов от автономного источника электрической энергии соизмеримой мощности осуществляется следующим образом.The method of automatically starting and braking electric drives from an autonomous source of electric energy of comparable power is as follows.

При подаче напряжения на автономный источник соизмеримой мощности 18 и подаче сигнала на устройство радиоинформационного обмена 19, поступающего с удаленной станции оператора или мониторингового центра, программируемый логический контроллер 17 осуществляет последовательное включение магнитных пускателей 14, а затем 13, подключая тем самым блок В конденсаторной установки. При этом в зависимости от информации, поступающей с беспроводного датчика тока и напряжения 9, датчика нагрузки на штоке СК 16 и программируемого логического контроллера 17, осуществляется управляющее воздействие на блок управления конденсаторной установкой 15, который в свою очередь включает необходимое количество управляемых конденсаторов 10, 11 и 12 в цепь питания. В момент времени, когда значения пускового тока статора электродвигателя 7 станут равными 1,4-1,6 от номинального значения тока электродвигателя 7, программируемый логический контроллер 17 осуществляет плавное отключение параллельных блоков управляемых конденсаторов 10, 11 и 12, а затем и магнитного пускателя 13.When applying voltage to an autonomous source of comparable power 18 and applying a signal to a radio information exchange device 19 coming from a remote operator station or monitoring center, the programmable logic controller 17 sequentially turns on the magnetic starters 14, and then 13, thereby connecting the block B of the capacitor unit. In this case, depending on the information received from the wireless current and voltage sensor 9, the load sensor on the rod of the SK 16 and the programmable logic controller 17, a control action is performed on the control unit of the capacitor unit 15, which in turn includes the necessary number of controlled capacitors 10, 11 and 12 to the power circuit. At the time when the starting current of the stator of the electric motor 7 becomes equal to 1.4-1.6 of the rated current of the electric motor 7, the programmable logic controller 17 smoothly disconnects the parallel blocks of the controlled capacitors 10, 11 and 12, and then the magnetic starter 13 .

Однако на этом цикл осуществления способа не заканчивается. Так, в момент подъема жидкости, электродвигатель 7 испытывает значительные нагрузки, возможно снижение напряжения питания и полное отключение электродвигателя 7 в случае малой мощности автономного источника соизмеримой мощности 18, поэтому программируемый логический контроллер 17 осуществляет последовательное подключение магнитного пускателя 13 и параллельных блоков управляемых конденсаторов 10, 11 и 12 блока В посредством подачи управляющего воздействия на блок управления конденсаторной установкой 15. В свою очередь, датчик нагрузки на штоке СК 16 фиксирует состояние и рабочий режим СК, то есть в программируемом логическом контроллере 17 заложена программа, осуществляющая распознавание режимов работы СК, таких как подъем нефтяной эмульсии или спуск штока, распознавание перегрузок, переходных процессов, аварийных ситуаций, наличия повреждений в погружном или наземном оборудовании.However, the cycle of the method does not end there. So, at the time of lifting the liquid, the electric motor 7 experiences significant loads, it is possible to reduce the supply voltage and completely shut off the electric motor 7 in the case of a low power autonomous source of comparable power 18, so the programmable logic controller 17 makes a series connection of the magnetic starter 13 and parallel blocks of controlled capacitors 10, 11 and 12 of block B by applying a control action to the control unit of the capacitor unit 15. In turn, the load sensor on w oce SK 16 captures the state and operating mode of the SC, that is, a programmable logic controller 17 contains a program that recognizes the operating modes of the SC, such as raising the oil emulsion or lowering the rod, recognition of overloads, transients, emergencies, damage in submersible or ground equipment.

Известно, что для обеспечения работы блока В конденсаторной установки необходимо осуществлять предварительную подзарядку блоков управляемых конденсаторов 10, 11 и 12. Как правило, для этого расходуется дополнительная энергия электрической сети, в которую, в данном случае, преобразуется энергия торможения в процессе движения штока СК 16 вниз. Следовательно, благодаря программе распознавания режимов работы СК и датчику нагрузки на штоке СК 16, в системе появляется возможность осуществлять следующий энергосберегающий цикл: при движении штока СК 16 вниз, который движется под весом колонны штанг и приводит отключенный от сети асинхронный электродвигатель 7 во вращение (согласно принципу обратимости электрических машин) при достижении синхронной частоты вращения, на зажимах статорной обмотки под действием остаточного магнитного поля образуется электродвижущая сила, при этом программируемый логический контроллер 17 подает управляющее воздействие на магнитный пускатель 13, а также на блок управления конденсаторной установкой 15, который включает все параллельные блоки управляемых конденсаторов 10, 11 и 12 и в обмотках статора начинает протекать опережающий емкостный ток, который является в данном случае намагничивающим. Емкость «С» блока В конденсаторной установки должна превышать некоторое критическое значение С0, зависящее от параметров автономного асинхронного генератора.It is known that to ensure the operation of the block In the capacitor unit, it is necessary to precharge the blocks of controlled capacitors 10, 11 and 12. As a rule, this requires additional energy of the electric network, into which, in this case, the braking energy is converted during the movement of the rod of the SK 16 way down. Therefore, thanks to the SC operating mode recognition program and the load sensor on the SK 16 rod, the system makes it possible to carry out the following energy-saving cycle: when the SK 16 rod moves down, which moves under the weight of the rod string and causes the asynchronous electric motor 7 disconnected from the network to rotate (according to the principle of reversibility of electric machines) when a synchronous speed is reached, an electromotive force is generated at the terminals of the stator winding under the influence of a residual magnetic field, while rammiruemy logic controller 17 takes control action on the magnetic contactor 13 and to the control unit of capacitor installation 15 which includes all of the parallel units controlled capacitors 10, 11 and 12 and the stator windings begins to flow advancing capacitive current, which is in this case the magnetization. The capacitance “C” of the block B of the capacitor unit must exceed some critical value C 0 , depending on the parameters of the autonomous asynchronous generator.

Емкость подбирается в соответствии с равенством мощности при работе асинхронного электродвигателя 7 номинальному напряжению и мощности при его работе в генераторном режиме. Для определения реактивной мощности в соответствии с таблицей емкостей конденсаторов для возбуждения асинхронных генераторов (фиг. 2) воспользуемся следующей формулой:The capacity is selected in accordance with the equality of power during operation of the induction motor 7 to the rated voltage and power during its operation in the generator mode. To determine the reactive power in accordance with the table of capacitors for the excitation of asynchronous generators (Fig. 2) we use the following formula:

Q=0,314·U2·C·10-6,Q = 0.314 · U 2 · C · 10 -6 ,

где С - емкость конденсаторов, мкФ;where C is the capacitance of the capacitors, microfarads;

U - номинальное напряжение.U is the rated voltage.

Согласно приведенным данным на фиг. 2, можно видеть, что в генераторном режиме и при колебаниях нагрузки на валу электродвигателя 7 снижается коэффициент мощности в питающей электросети, что вызывает необходимость увеличения числа включенных блоков управляемых конденсаторов 10, 11 и 12 посредством подачи управляющего воздействия с программируемого логического контроллера 17 на блок управления конденсаторной установкой 15.According to the data in FIG. 2, it can be seen that in the generator mode and with fluctuations in the load on the shaft of the electric motor 7, the power factor in the supply network decreases, which necessitates an increase in the number of connected blocks of controlled capacitors 10, 11 and 12 by supplying a control action from a programmable logic controller 17 to the control unit capacitor unit 15.

Благодаря блоку управляемых конденсаторов 10, 11 и 12 и возможности их отдельного включения-отключения посредством блока управления конденсаторной установкой 15, появляется возможность подключения, при котором блоки управляемых конденсаторов 10, 11 и 12 подключаются раздельно к одной или двум обмоткам электродвигателя 7.Thanks to the block of controlled capacitors 10, 11 and 12 and the possibility of their separate on-off by the control unit of the capacitor unit 15, it becomes possible to connect in which the blocks of controlled capacitors 10, 11 and 12 are connected separately to one or two windings of the electric motor 7.

Предлагаемый способ также может быть использован при необходимости обеспечения работоспособности установки в аварийном режиме. При этом варианте включения возможно снижение необходимой рабочей емкости блока управляемых конденсаторов 10, 11 и 12, что позволяет снизить нагрузку на электродвигатель 7 в режиме холостого хода и повысить уровень энергосбережения.The proposed method can also be used if necessary to ensure the operability of the installation in emergency mode. With this inclusion option, it is possible to reduce the required working capacity of the unit of controlled capacitors 10, 11 and 12, which allows to reduce the load on the electric motor 7 in idle mode and to increase the level of energy saving.

Техническим результатом является то, что данная система позволила снизить соотношение мощности автономного источника трехфазного переменного тока с мощностью запускаемого от него методом прямого пуска трехфазного АД с КЗ ротором до 1,5-2,0 с вытекающими из этого положительными эффектами:The technical result is that this system allowed to reduce the ratio of the power of an autonomous source of three-phase alternating current with the power launched from it by direct start of a three-phase HELL with a short-circuit rotor to 1.5-2.0 with the following positive effects:

- снижается мощность приводного двигателя и генератора - источника электрической энергии;- reduced power of the drive motor and generator - a source of electrical energy;

- уменьшаются массогабаритные показатели источника питания;- reduced overall dimensions of the power source;

- в электроприводе могут быть использованы трехфазные АД с КЗ ротором;- in the electric drive three-phase HELL with a short-circuit rotor can be used;

- исчезает необходимость применять пусковой реостат.- the need to use a starting rheostat disappears.

Следовательно, данный способ может быть использован для динамического торможения трехфазного асинхронного электродвигателя, а также для его дальнейшего пуска от автономного источника электрической энергии соизмеримой мощности, обеспечивая при этом компенсацию реактивной мощности, энергосбережение в процессах управления, уменьшение динамической нагрузки, исключение ударных пусковых режимов и простоев оборудования вследствие невозможности запуска.Therefore, this method can be used for dynamic braking of a three-phase asynchronous electric motor, as well as for its further start-up from an autonomous source of electric energy of comparable power, while ensuring reactive power compensation, energy saving in control processes, reducing dynamic load, eliminating shock starting conditions and downtime equipment due to inability to start.

Таким образом, у предлагаемого способа автоматического пуска и торможения электроприводов от автономного источника электрической энергии соизмеримой мощности есть возможность работать в сфере альтернативной энергетики и возобновляемых источников энергии, которые будут осуществлять питание добывающих удаленных скважин, что снизит затраты, так как не будет необходимости в построении дополнительной инфраструктуры электроснабжения удаленных объектов, таких как скважины станков-качалок, погружные электродвигатели, винтовые насосные установки и цепные приводы и другие объекты нефтегазодобычи.Thus, the proposed method for automatically starting and braking electric drives from an autonomous source of electric energy of comparable power has the opportunity to work in the field of alternative energy and renewable energy sources that will power producing remote wells, which will reduce costs, since there will be no need to build additional power supply infrastructure of remote facilities, such as rocking machine wells, submersible electric motors, screw pumping installations and chain drives and other oil and gas production facilities.

Claims (2)

1. Способ автоматического пуска и торможения электроприводов от автономного источника электрической энергии соизмеримой мощности, заключающийся в том, что в момент поступления сигнала на устройство радиоинформационного обмена осуществляется подача напряжения на автономный источник соизмеримой мощности, отличающийся тем, что программируемый логический контроллер осуществляет последовательное включение магнитных пускателей и подключает блок В конденсаторной установки и в зависимости от информации, поступающей с беспроводного датчика тока и напряжения, датчика нагрузки на штоке станка-качалки (СК), программируемый логический контроллер осуществляет контроль блока управления конденсаторной установкой, который в свою очередь включает необходимое количество управляемых конденсаторов в цепь питания, в момент времени, когда значения пускового тока статора электродвигателя станут равными 1,4-1,6 от номинального его значения, программируемый логический контроллер осуществляет плавное отключение параллельных блоков управляемых конденсаторов, а затем и магнитного пускателя, при значительных нагрузках, перегрузках, что фиксируется датчиком нагрузки на штоке СК, или снижении напряжения питания, программируемый логический контроллер осуществляет распознавание режимов работы СК, таких как подъем нефтяной эмульсии или спуск штока, распознавание перегрузок, переходных процессов, аварийных ситуаций, наличия повреждений в погружном или наземном оборудовании и на основе параметров и полученных данных осуществляет соответствующее последовательное подключение магнитного пускателя и параллельных блоков управляемых конденсаторов блока В посредством подачи управляющего воздействия на блок управления конденсаторной установкой и обеспечивает подзарядку блоков управляемых конденсаторов с помощью преобразования энергии торможения, в процессе движения штока СК вниз, в электрическую.1. A method of automatically starting and braking electric drives from an autonomous source of electric energy of comparable power, which consists in the fact that at the time of the signal to the radio information exchange device, voltage is supplied to an autonomous source of comparable power, characterized in that the programmable logic controller sequentially turns on the magnetic starters and connects the unit In the capacitor unit and depending on the information received from the wireless sensor current and voltage, load sensor on the rod of the rocking machine (SC), a programmable logic controller monitors the control unit of the capacitor unit, which in turn includes the required number of controlled capacitors in the power circuit, at a time when the starting current of the stator of the electric motor becomes equal to 1.4-1.6 of its nominal value, the programmable logic controller performs a smooth shutdown of parallel blocks of controlled capacitors, and then a magnetic start At significant loads, overloads, which is detected by the load sensor on the SC rod, or reducing the supply voltage, the programmable logic controller recognizes the operating modes of the SC, such as raising the oil emulsion or lowering the rod, recognition of overloads, transients, emergency situations, damage in submersible or ground equipment and on the basis of parameters and data obtained, it carries out the corresponding serial connection of the magnetic starter and parallel blocks at In block ravlyaetsya capacitor by supplying the manipulated variable to the control unit of capacitor installation and provides charging unit controls the capacitor by converting the braking energy during movement SC rod down into electricity. 2. Устройство для осуществления способа по п. 1, включающее блок А - станок-качалку, состоящую из рамы, стойки, кривошипов, балансира, шатунов, редуктора, электродвигателя с датчиком нагрузки на штоке СК, противовесов, а также автономный источник соизмеримой мощности и блок В - конденсаторную установку с магнитными пускателями, отличающееся тем, что содержит беспроводной датчик тока и напряжения, блоки управляемых конденсаторов, блок управления конденсаторной установкой, программируемый логический контроллер, устройство радиоинформационного обмена, при этом устройство радиоинформационного обмена, беспроводной датчик тока и напряжения и датчик нагрузки на штоке СК имеют положительную обратную связь с программируемым логическим контроллером, выход которого также соединен с входом блока управления конденсаторной установкой, а вход блока В соединен с выходом блока управления конденсаторной установкой. 2. The device for implementing the method according to claim 1, including block A - a rocking machine, consisting of a frame, stand, cranks, balancer, connecting rods, gearbox, electric motor with a load sensor on the rod of the SK, balances, as well as an autonomous source of comparable power and block B - a capacitor unit with magnetic starters, characterized in that it contains a wireless current and voltage sensor, blocks of controlled capacitors, a control unit for the capacitor unit, a programmable logic controller, a radio information device exchange, while the radio information exchange device, the wireless current and voltage sensor and the load sensor on the SC rod have positive feedback with a programmable logic controller, the output of which is also connected to the input of the control unit of the capacitor unit, and the input of block B is connected to the output of the capacitor control unit installation.
RU2014146133/07A 2014-11-17 2014-11-17 Method for automatic start-up and braking of electric drives of independent electric power source of comparable power RU2596165C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014146133/07A RU2596165C2 (en) 2014-11-17 2014-11-17 Method for automatic start-up and braking of electric drives of independent electric power source of comparable power

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014146133/07A RU2596165C2 (en) 2014-11-17 2014-11-17 Method for automatic start-up and braking of electric drives of independent electric power source of comparable power

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014146133A RU2014146133A (en) 2016-06-10
RU2596165C2 true RU2596165C2 (en) 2016-08-27

Family

ID=56114821

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014146133/07A RU2596165C2 (en) 2014-11-17 2014-11-17 Method for automatic start-up and braking of electric drives of independent electric power source of comparable power

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2596165C2 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1559249A (en) * 1976-12-17 1980-01-16 Eickhoff Geb Switching systems
DE3421151A1 (en) * 1983-06-10 1984-12-13 Savio & C. S.p.A., Mailand/Milano AC motor
RU2042257C1 (en) * 1991-03-29 1995-08-20 Владислав Григорьевич Вохмянин Alternating-current drive
EP0677918A1 (en) * 1994-04-15 1995-10-18 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Method and device for supplying power to a polyphase electric motor in the starting phase
US5883486A (en) * 1998-01-20 1999-03-16 American Standard Inc. Apparatus and method for soft-starting a three-phase motor
RU2222094C1 (en) * 2002-08-12 2004-01-20 Челябинский государственный агроинженерный университет Device for starting three-phase squirrel-cage induction motor from off-line commensurable- power supply
RU2440663C2 (en) * 2009-12-30 2012-01-20 Общество С Ограниченной Ответственностью Фирма "Вем" Method of ac motor braking

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1559249A (en) * 1976-12-17 1980-01-16 Eickhoff Geb Switching systems
DE3421151A1 (en) * 1983-06-10 1984-12-13 Savio & C. S.p.A., Mailand/Milano AC motor
RU2042257C1 (en) * 1991-03-29 1995-08-20 Владислав Григорьевич Вохмянин Alternating-current drive
EP0677918A1 (en) * 1994-04-15 1995-10-18 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Method and device for supplying power to a polyphase electric motor in the starting phase
US5883486A (en) * 1998-01-20 1999-03-16 American Standard Inc. Apparatus and method for soft-starting a three-phase motor
RU2222094C1 (en) * 2002-08-12 2004-01-20 Челябинский государственный агроинженерный университет Device for starting three-phase squirrel-cage induction motor from off-line commensurable- power supply
RU2440663C2 (en) * 2009-12-30 2012-01-20 Общество С Ограниченной Ответственностью Фирма "Вем" Method of ac motor braking

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014146133A (en) 2016-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2007252028A (en) Wind power hydrogen production system
CN104052356A (en) Variable-speed constant frequency electricity generation control device and electricity generation method based on brushless doubly-fed motor
EP3440770A2 (en) Method and apparatus for controlling three-phase electric motor
JP2015511108A (en) Operation method of electric unit for pumped storage power plant
CN102522927A (en) Motor soft start and dynamic reactive power compensation method
CN104993580A (en) Gas-electricity hybrid DC power supply device
Khan et al. Development and performance analysis of a two-phase induction motor in the frame and core of a single-phase induction motor
CN201224669Y (en) Crane speed regulating device for conventional control
CN201690400U (en) Frequency-conversion soft-start hybrid power cabinet
RU2518907C1 (en) Uninterrupted and secured power supply system for crucial power consumers
RU2596165C2 (en) Method for automatic start-up and braking of electric drives of independent electric power source of comparable power
CA2760022C (en) Double speed single phase alternating current motor
Hyla Start-up of large-power synchronous motor with the 6 kV voltage source inverter and microprocessor-controlled unit for excitation supply
CN203166769U (en) High voltage frequency converter having rotating speed tracking and starting function
CN204156533U (en) A kind of double-fed type pumped storage with self-starting function
CN102751925A (en) Cage type rotor permanent magnetic synchro motor starting device and control method
RU138388U1 (en) DEVICE FOR AUTOMATIC CONTROL OF SUBMOTOR PUMP MOTOR
CN201690304U (en) Alternating current variable frequency transmission device
Campeanu et al. Two speed single phase induction motor with electronically controlled capacitance
CN105553338A (en) Soft start method of wound rotor induction motor
KR101190096B1 (en) 3 phase ac supply apparutus
RU2627439C2 (en) Power supply system for auxiliary asynchronous electric motors of electric rolling stock
Kandilli Experimental performance evaluation of a power generation system using SEIG
RU145061U1 (en) SHORT-CLOSED ROTOR REDUCING RESTRICTIONS FOR ASYNCHRONOUS MOTOR
CN103633918B (en) Oil well integrated control unit