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CN107911049A - 一种抽油机用无刷电机能量回馈调速控制系统 - Google Patents

一种抽油机用无刷电机能量回馈调速控制系统 Download PDF

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CN107911049A
CN107911049A CN201710996419.0A CN201710996419A CN107911049A CN 107911049 A CN107911049 A CN 107911049A CN 201710996419 A CN201710996419 A CN 201710996419A CN 107911049 A CN107911049 A CN 107911049A
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CN
China
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brushless motor
unit
energy feedback
control unit
power
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Application number
CN201710996419.0A
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English (en)
Inventor
师国臣
孙延安
孙春龙
侯宇
张德实
戚兴
王洋
巩宏亮
倪玉伟
刘宗辉
葛军文
侯志欣
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Petrochina Co Ltd
Daqing Oilfield Co Ltd
Original Assignee
Petrochina Co Ltd
Daqing Oilfield Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/28—Arrangements for controlling current

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Abstract

本发明涉及采油工程技术领域，特别属于一种抽油机用无刷电机能量回馈调速控制系统。本发明解决了抽油机运行过程中产生的“倒发电”不能被充分利用导致运行能耗增加的问题。它由公共电网（1）、功率输入控制单元（2）、无刷电机（3）、转速传感器（4）、功率输出调控单元（5）、嵌入式控制器（6）、屏显操控单元（7）、能量回馈单元（8）组成。该系统采用嵌入式数字调控技术，自动调控优化抽油机运行速度，彻底吸收抽油机运行过程中产生的倒发电能量，本发明具有针对性强，安全节能、可靠实用等优点。

Description

一种抽油机用无刷电机能量回馈调速控制系统
技术领域
本发明涉及采油工程技术领域，特别属于一种抽油机用无刷电机能量回馈调速控制系统。
背景技术
目前，油田游梁式抽油机配套电机如需实现电气无级调速，一般是采用以逆变器为核心部件的变频器和专用控制器，其制动单元均采用电阻能耗制动方案，导致抽油机虽然能够实现电气无级调速，但因“倒发电”被制动电阻以热能形式消耗而增加了抽油机的运行能耗。
发明内容
本发明的目的是设计一种既能实时调整优化抽油机运行速度，又能重复利用抽油机运行过程中产生的倒发电的一种抽油机用无刷电机能量回馈调速控制系统。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种抽油机用无刷电机能量回馈调速控制系统，它由公共电网、功率输入控制单元、无刷电机、转速传感器、功率输出调控单元、嵌入式控制器、屏显操控单元、能量回馈单元组成；其中公共电网与功率输入控制单元连接，公共电网与能量回馈单元与连接，功率输入控制单元与无刷电机连接，功率输入控制单元与嵌入式控制器相连，无刷电机与转速传感器连接，转速传感器与功率输出调控单元连接，功率输出调控单元与嵌入式控制器连接，功率输出调控单元与能量回馈单元连接，嵌入式控制器与屏显操控单元连接。
功率输出调控单元由整流器、电参传感器、斩波器、滤波电容组成；嵌入式控制器接收转速传感器和电参传感器反馈的数据，通过嵌入式控制器的内嵌程序处理运算，发出转速调控指令，调控斩波器对经整流器 “交-直”整流的直流电压进行高频调幅控制，改变了无刷电机的输出绕组的电流，实现了无刷电机运转速度的调控。
能量回馈单元由可控硅逆变器、频率相位控制器、滤波器组成；在嵌入式控制器的统一控制下，功率输入控制单元将50HZ工频交流电输送至无刷电机，无刷电机输出的转差交流电和再生交流电经过功率输出调控单元的整流器进行“交-直”整流，能量回馈单元中的可控硅逆变器对直流电进行“直-交”逆变，逆变的交流电在频率相位控制器和滤波器的综合处理下转变成50HZ工频交流电输出，回送至公共电网，实现能量的回馈。
本发明与已有技术相比具有以下优点
1）本发明能够实现抽油机的软启动，低了抽油机传动机构以及机身、减速箱、抽油杆柱等振动及磨损，提高抽油机的安全性能，延长了相关部件的使用寿命。
2）本发明采用嵌入式数字调控技术，自动调整优化抽油机转速，彻底吸收抽油机运行过程中产生的倒发电能，实现抽油机的调速运行和能量回馈。
3）本发明具有一个可控硅逆变器与多个功率输出调控单元组合配套设计成“一拖多”能量回馈调速控制系统，专门为平台井多台抽油机进行节能调速系统配套，可降低设备投入成本。
附图说明：图1：本发明结构示意图；图2：本发明调速控制系统示意图；图3：本发明在抽油机安装示意图。
图中：1.公共电网、2.功率输入控制单元、3.无刷电机、4.转速传感器、5.功率输出调控单元、51.整流器、52.电参传感器、53.斩波器、54.滤波电容、6.嵌入式控制器、7.屏显操控单元、8.能量回馈单元、81.可控硅逆变器、82.频率相位控制器、83.滤波器。
具体实施方式：以下结合附图对本发明做进一步详述，它由公共电网1、功率输入控制单元2、无刷电机3、转速传感器4、功率输出调控单元5、嵌入式控制器6、屏显操控单元7、能量回馈单元8组成；其中公共电网1与功率输入控制单元2连接，公共电网1与能量回馈单元8与连接，功率输入控制单元2与无刷电机3连接，功率输入控制单元2与嵌入式控制器6相连，无刷电机3与转速传感器4连接，转速传感器4与功率输出调控单元5连接，功率输出调控单元5与嵌入式控制器6连接，功率输出调控单元5与能量回馈单元8连接，嵌入式控制器6与屏显操控单元7连接。
功率输出调控单元5由整流器51、电参传感器52、斩波器53、滤波电容54组成；嵌入式控制器6接收转速传感器4和电参传感器52反馈的数据，通过嵌入式控制器6的内嵌程序处理运算，发出转速调控指令，调控斩波器53对经整流器51“交-直”整流的直流电压进行高频调幅控制，改变了无刷电机3的输出绕组的电流，实现了无刷电机3运转速度的调控。
能量回馈单元8由可控硅逆变器81、频率相位控制器82、滤波器83组成；在嵌入式控制器6的统一控制下，功率输入控制单元2将50HZ工频交流电输送至无刷电机3，无刷电机3输出的转差交流电和再生交流电经过功率输出调控单元5的整流器51进行“交-直”整流，能量回馈单元8中的可控硅逆变器81对直流电进行“直-交”逆变，逆变的交流电在频率相位控制器82和滤波器83的综合处理下转变成50HZ工频交流电输出，回送至公共电网1，实现能量的回馈。
所述的嵌入式控制器6内置嵌入式专用软件，依托CPU主程序芯片，集中对系统电压、电流、频率、转速等信号进行检测采样，通过内置程序进行处理运算，发出转速调控指令和频率相位控制信号，实现抽油机电源接入，转矩转速调节、节能运行和特性优化。
现场应用时，将该系统安装在抽油机上，将功率输入控制单元2与公共电网1连接，将转速传感器安4装在无刷电机3轴上，并与功率输出调控单元5连接，能量回馈单元8与公共电网1连接。在嵌入式控制器6的CPU微处理器主程序的统一控制下，功率输入控制单元2将50HZ工频电流输送至无刷电机3，功率输出调控单元5的整流器51对无刷电机3输出的频率变化的交流电进行“交-直”整流，能量回馈单元8的可控硅逆变器81对直流电进行“直-交”的逆变，逆变的交流电在频率相位控制器82和滤波器83的综合处理下转变成50HZ工频交流电输出，回送至公共电网1，实现能量的回馈。
嵌入式控制器6接收到转速传感器4和电参传感器52的传输信号，根据屏显操控单元7设定的冲次，通过嵌入式控制器6的内嵌程序处理运算，发出转速调控指令，调控斩波器53对经整流器51“交-直”整流的直流电压进行高频调幅控制，改变了无刷电机3的输出绕组的电流，实现了无刷电机3运转速度的调控；抽油机运行过程中，每个周期进行信号反馈和计算，自动调整优化抽油机运行特性，彻底吸收抽油机运行过程中产生的倒发电能量，从而保证抽油机在最佳节能状态、最佳机械特性上运行，提高了抽油机运行经济性和可靠性，并延长抽油机传动部件的使用寿命。
此外，本发明可以将一个可控硅逆变器81与多个功率输出调控单元5组合配套设计成“一拖多”能量回馈调速控制系统，专门为平台井多台抽油机进行节能调速系统配套，可降低设备投入成本。

Claims (3)

1.一种抽油机用无刷电机能量回馈调速控制系统，其特征在于：它由公共电网（1）、功率输入控制单元（2）、无刷电机（3）、转速传感器（4）、功率输出调控单元（5）、嵌入式控制器（6）、屏显操控单元（7）、能量回馈单元（8）组成；其中公共电网（1）与功率输入控制单元（2）连接，公共电网（1）与能量回馈单元（8）连接，功率输入控制单元（2）与无刷电机（3）连接，功率输入控制单元（2）与嵌入式控制器（6）相连，无刷电机（3）与转速传感器（4）连接，转速传感器（4）与功率输出调控单元（5）连接，功率输出调控单元（5）与嵌入式控制器（6）连接，功率输出调控单元（5）与能量回馈单元（8）连接，嵌入式控制器（6）与屏显操控单元（7）连接。
2.根据权利要求1所述的一种抽油机用无刷电机能量回馈调速控制系统，其特征在于：功率输出调控单元（5）由整流器（51）、电参传感器（52）、斩波器（53）、滤波电容（54）组成；嵌入式控制器（6）接收转速传感器（4）和电参传感器（52）反馈的数据，通过嵌入式控制器（6）的内嵌程序处理运算，发出转速调控指令，调控斩波器（53）对经整流器（51）“交-直”整流的直流电压进行高频调幅控制，改变了无刷电机（3）的输出绕组的电流，实现了无刷电机（3）运转速度的调控。
3.根据权利要求1所述的一种抽油机用无刷电机能量回馈调速控制系统，其特征在于：能量回馈单元（8）由可控硅逆变器（81）、频率相位控制器（82）、滤波器（83）组成；在嵌入式控制器（6）的统一控制下，功率输入控制单元（2）将50HZ工频交流电输送至无刷电机（3），无刷电机（3）输出的转差交流电和再生交流电经过功率输出调控单元（5）的整流器（51）进行“交-直”整流，能量回馈单元（8）中的可控硅逆变器（81）对直流电进行“直-交”逆变，逆变的交流电在频率相位控制器（82）和滤波器（83）的综合处理下转变成50HZ工频交流电输出，回送至公共电网（1），实现能量的回馈。
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