一种抽油机电机驱动系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种抽油机电机驱动系统，包括功率变换器、电源回馈单元、电机；电源回馈单元、功率变换器、以及电机依次进行电气连接；电机与功率变换器间能够实现双向电能传输，电源回馈单元与功率变换器间能够实现双向电能传电能传输，电源回馈单元与该电机驱动系统外部的交流电源间能够实现双向电能传输。本实用新型专利技术提供的抽油机电机驱动系统，通过在交流电源与功率变换器之间设置电源回馈单元，实现将电机在发电运行中产生的电能回馈到电网，从而达到抽油机大幅度节电的效果。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一种抽油机电机驱动系统
本技术涉及电机驱动领域，尤其涉及一种抽油机电机驱动系统。
技术介绍
抽油机为石油行业的一种主要生产设备，其作用是带动油杆和柱塞泵上下往复运动，将储存于地下的原油抽上地面。我国在用抽油机约十几万台，每年新装机约1.5万台，每年耗电约42亿千瓦时，约占油田总耗电的40%。由于抽油机运行效率比较低(综合效率一般不超过40%)，因此抽油机节电越来越受到油田重视。抽油机从结构上分类有游梁式抽油机(磕头机)和无游梁式抽油机(直线机),分别如图1 (a)，图1 (b)所示，由机架11、加速器12、油杆14、柱塞泵15、配重16和电机3组成。过去抽油机多采用不调速的异步电机驱动，但随着抽油工艺的改进和节电的需要，近年调速电机驱动系统越来越多用于抽油机，调速电机驱动系统的常用形式有:异步电机加交流变频器，永磁同步电机加交流变频器，开关磁阻电机加开关磁阻控制器。上述交流变频器和开关磁阻控制器可统称功率变换器，现有的用于抽油机的电机驱动系统结构框图如图3(a)所示，主要包括电机3、功率变换器2和制动电阻4，电机3和功率变换器2至于电气柜7中，其中交流电源1接入功率变换器2，功率变换器2与电机3电气连接，功率变换器2连接至制动电阻4。由于地质情况的复杂性，油杆负荷处于不断变化中，并且通过抽油机的动作机构传递，使驱动电机的负载在油杆上下往复运行的一个周期内大幅变化，一般不仅是轻载到重载间变化，而是从电动到发电运行状态变化。反应抽油机电机负载的转矩τ和转速η随着转角Q变化，图2 (a)和图2 (b)中转速η和转矩T方向相同的区域为电动运行，转速η和转矩Τ方向相反的区域为发电运行。电机电动运行，意味着电机从电网吸取电能，并将电能转换为抽油机和油杆的机械能；电机发电运行，意味着电机将抽油机和油杆的机械能转换为电能。但就常用调速电机驱动系统而言，所用功率变换器都不具有将电机产生的电能回馈到电网的功能，只能采用制动电阻将电机产生的电能白白消耗掉。
技术实现思路
本技术的目的是，在常用的调速电机驱动系统基础上进行改进，通过在交流电源与功率变换器之间设置电源回馈单元，取消制动电阻，实现将电机在发电运行中产生的电能回馈到电网，从而达到抽油机大幅度节电的效果。本技术提供的一种抽油机电机驱动系统，包括功率变换器、电机，电机与功率变换器电气连接，其中，该电机驱动系统还包括电源回馈单元，电源回馈单元与功率变换器电气连接，电源回馈单元与该电机驱动系统外的交流电源电气连接。所述电机可以为异步电机、永磁同步电机或开关磁阻电机。所述功率变换器为交流变频器或开关磁阻控制器。所述电源回馈单元与功率变换器为集成结构或是分体结构。该电机驱动系统还包括回馈电抗器，其中回馈电抗器与电源回馈单元电气连接，与该电机驱动系统外的交流电源电气连接。所述回馈电抗器可以采用三个单相电抗器或一个三相电抗器。功率变换器、电源回馈单元和回馈电抗器安装在一个或多个电气柜中。所述电气柜中根据操作和测量要求还可以安装有开关、按钮、电能计量仪表、报警装置中的一个或多个。所述电源回馈单元包括将交流电源转变为直流电源的整流电路。在常用调速电 机驱动系统中，功率变换器内部包括将交流电源转变为直流电源的整流电路和将直流电源转变为交流或脉动电源的逆变电路，由于该抽油机电机驱动系统添加了电源回馈单元，电源回馈单元具备整流电路的功能，因此，可以省略功率变换器中的整流电路。本技术提供的抽油机电机驱动系统，通过在交流电源与功率变换器之间设置电源回馈单元，取消制动电阻，实现将电机在发电运行中产生的电能回馈到电网，从而达到抽油机大幅度节电的效果；进一步地，通过在交流电源与电源回馈单元之间增加回馈电抗器，其作用是限制回馈电流峰值、改善电流波形和提高功率因数。【附图说明】图1 (a)为游梁式抽油机的结构示意图；图1 (b)为无游梁式抽油机的结构示意图；图2 (a)为游梁式抽油机发电运行时转速η和转矩T随转角Q变换示意图；图2 (b)为无游梁式抽油机电动运行时转速η和转矩T随转角Q变换示意图；图3 Ca)为现有的抽油机电机驱动系统的结构框图；图3 (b)为本技术抽油机电机驱动系统一实施例的结构框图。附图标记说明:11-机架12-减速器14-油杆15-柱塞泵16-配重3-电机1-交流电源2-功率变换器 4-制动电阻5-电源回馈单元 6-回馈电抗器 7-电气柜【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本技术进行详细说明。本技术提供的抽油机电机驱动系统，包括:包括功率变换器、电机；电机与功率变换器电气连接，电机与功率变换器间能够实现双向电能传输；其中，该电机驱动系统还包括电源回馈单元，电源回馈单元与功率变换器电气连接，电源回馈单元与功率变换器间能够实现双向电能传输；电源回馈单元与该电机驱动系统外的交流电源电气连接，电源回馈单元与交流电源间能够实现双向电能传输，电源回馈单元能够在电机发电运行时将产生的电能回馈到电网。电机可以为异步电机、永磁同步电机或开关磁阻电机。功率变换器可以为交流变频器或开关磁阻控制器。电源回馈单元结构上可以是一个独立单元，此时电源回馈单元与功率变换器为分体结构；电源回馈单元也可以与功率比变换器安装在同一结构中，此时电源回馈单元与功率变换器为集成结构。进一步地，本技术抽油机电机驱动系统的一实施例的结构框图，如图3 (b)所示，包括电机3、功率变换器2、电源回馈单元5，该电机驱动系统还包括回馈电抗器6 ;电机3与功率变换器2电气连接，功率变换器2与电源回馈单元5电气连接，回馈电抗器6与电源回馈单元5电气连接，与该电机驱动系统外的交流电源1电气连接。通过在交流电源1与电源回馈单元5之间增加回馈电抗器6，其作用是限制回馈电流峰值、改善电流波形和提高功率因数。该实施例中的回馈电抗器可以采用三个单相电抗器或一个三相电抗器。功率变换器、电源回馈单元和回馈电抗器可以安装在一个或多个电气柜中。所述电气柜中根据操作和测量要求还可以安装有开关、按钮、电能计量仪表、报警装置中的一个或多个。该实施例中功率变换器、电源回馈单元和回馈电抗器安装在一个电气柜中。电源回馈单元包括将交流电源转变为直流电源的整流电路。在常用调速电机驱动系统中，功率变换器内部包括将交流电源转变为直流电源的整流电路和将直流电源转变为交流或脉动电源的逆变电路，由于本技术抽油机电机驱动系统添加了电源回馈单元，电源回馈单元具备整流电路的功能，因此，可以省略功率变换器中的整流电路。下面列举一个具体实例，来说明将本技术应用到抽油机后的效果:一台无游梁式抽油机原采用开关磁阻电机加开关磁阻控制器驱动，油杆上行时电机为电动运行，油杆下行时电机为发电运行，发电运行产生的电能消耗在制动电阻中，实测该抽油机平均每小时耗电6.2度。将本技术提供的电机驱动系统应用到该无游梁式抽油机中，本技术提供的电机驱动系统主要由开关磁阻电机、开关磁阻控制器、独立结构的电源回馈单元和三个单相回馈电抗器构成，其中开关磁阻控制器、电源回馈单元和回馈电抗器装在一个电气柜中，电气柜还安装了启动开关、转速调节电位器、电度表等电气元件。油杆上行时电机仍为电动运行，油杆下行时电机仍为发电运行，但发电运行产生的电能通过电源回馈单元回馈本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抽油机电机驱动系统，包括功率变换器、电机，电机与功率变换器电气连接，其特征在于，该电机驱动系统还包括电源回馈单元，其中电源回馈单元与功率变换器电气连接，电源回馈单元与该电机驱动系统外的交流电源电气连接。

【技术特征摘要】
1.一种抽油机电机驱动系统,包括功率变换器、电机，电机与功率变换器电气连接，其特征在于，该电机驱动系统还包括电源回馈单元，其中电源回馈单元与功率变换器电气连接，电源回馈单元与该电机驱动系统外的交流电源电气连接。2.根据权利要求1所述的抽油机电机驱动系统，其特征在于，所述电机为异步电机、永磁同步电机或开关磁阻电机。3.根据权利要求1所述的抽油机电机驱动系统，其特征在于，所述功率变换器为交流变频器或开关磁阻控制器。4.根据权利要求1所述的抽油机电机驱动系统，其特征在于，所述电源回馈单元与功率变换器为集成结构或是分体结构。5.根据权利要求1-4任一所述的抽油机电机驱动系统，其特征在于，该电机驱动系统还包括回馈电抗器，其中回馈电抗器与电源回馈单元电气...

【专利技术属性】
技术研发人员：高超，
申请(专利权)人：北京中纺锐力机电有限公司，
类型：实用新型
国别省市：