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电机拖动系统中变频器调速原理和应用分析

时间:2023-09-29 06:18:15 来源:博亿堂byt98网址登陆 点击:1次

  我国的油田绝大部分为低能、低产油田,不像国外的油田有很强的自喷能力,大部分油要靠注水来压油入井,靠抽油机(磕头机)把油从地层中提升上来。在我国,以水换油、以电换油是目前油田的现实,耗电费用在我国的石油开采成本中占了相当大的比例。所以,为进一步提升抽油机采油系统效率,节约能源,降低开采成本,研制开发数字化抽油机就显得很重要。游梁式抽油机作为油田开发的主要设备,往往在现场应用中,还存在抽油机运行参数与油井参数相差较大,抽油机的平衡状态和工作冲次与油井参数不匹配,致使抽油机的工作状态不良、系统效率低下等弊病。数字化抽油机的研制开发能够准确的通过油井负荷大小使抽油机达到最佳的平衡状态,根据油井的产液量使抽油机工作在合理的冲次,并根据油井工况对抽油机进行相对有效的保护;从而最大限度的使抽油机的运行参数与油井参数相一致,发挥抽油机的工作上的能力,达到低碳开发和节能开采的目的。数字化抽油机除了具备井口数据采集、传输和远程启停外,还需实现抽油机的自动调参目的,实现真正意义的数字化管理和智能控制。

  游梁式抽油机运动为反复地上下提升,一个冲程提升一次,其动力来自于电动机带动的两个重量相当大的平衡块,当平衡块提升时,将采油机杆送入井中,平衡块下降时,采油杆提出带油至井口。由于电机转速一定,在滑块下降过程中,负荷减轻,电机拖动产生的能量无法被负载吸引,导致电机进入再生发电状态,将多余的能量反馈到电网,引起主回路母线电压的升高,势必会对整个电网产生冲击,导致电网供电质量下降,功率因数降低,频繁的高压冲击会损坏电机,缩短电机寿命、维护量加大。

  另一方面游梁式抽油机为客服大的起动转矩,采用的电动机远大于实际所需功率,工作时电动机的利用率一般在20%~30%之间,最高不会超过50%,电动机经常处于轻载状态,造成了电动机资源的浪费。并且抽油机的工作情况是连续变化的,这些都取决于地底下的状态,若始终处于工频运行,势必也会造成电能的浪费。为了节能,提高电动机的工作效率,需进行变频改造。

  为了解决以上问题,可将变频技术引入到游梁式抽油机控制中去。根据电机理论可知,其转速公式为:n=60f(1-s)/P 其中:P为电动机的极对数,s为转差率,f为供电电源频率,n为电动机的实际转速。从式能够准确的看出,电机转速与频率近似成正比,改变频率即可以平滑地调节电机转速,从而能够连续地改变提油机的抽油速度。根据电动机工作电流的大小确定电动机的工作频率,这样做才能够根据井况的变化,方便的调节抽油机的冲程,达到节能和提高电网功率因数的目的。同时变频调速器具有低速软启动,转速可以平滑地大范围调节,对电动机保护功能齐全,如短路、过载、过压、欠压及失速等,可有效地保护电机及机械设备,保证设备在安全的电压下工作,具有运行平稳、可靠,提高功率因数等诸多优点,是采油设备改造的理想方案。

  抽油机节能目前来说比较成熟的方案就是采用变频器对其电机拖动系统进行改造,抽油机用变频器拖动有如下三个优点:

  (1)大大提高了功率因数(可由原来的0.25~0.5提高到0.9以上),大大减小了供电电流,从而减轻了电网及变压器的负担,降低了线损。以提高电网质量,减小对电网影响为目标的变频改造。这主要集中在供电企业对电网质量要求较高的场合,为了避免电网质量的下降,需引入变频控制,其主要目的就是减小抽油机工作过程对电网的影响。

  (2)可根据油井的实际供液能力,动态调整抽取速度,一方面达到节能目的,同时还可以增加原油产量。

  (3)实现了的“软起动”,对电动机、变速箱、抽油机都避免了过大的机械冲击,延长了设备的使用寿命,提高了生产效率。

  Goodrive200A变频器是我司开发的新一代开环矢量型变频器,可用来控制异步交流感应电机。产品采用国际领先的无速度传感器矢量控制技术,运用DSP控制系统,并且强化产品的可靠性和环境的适应性以及客户化的设计,功能更优化,应用更灵活,性能更稳定。

  Goodrive200A开环矢量型变频器具有优异的空间电压控制性能,能满足不同客户多种应用需求。同时,Goodrive200A开环矢量型变频器具有超出同类产品的防跳闸性能和适应恶劣电网、温度、湿度和粉尘能力,极大提高产品可靠性。

  Goodrive200A开环矢量型变频器采用模块化设计,在满足客户通用需求的前提下,通过扩展设计可以灵活地满足客户个性化需求。强大的速度控制、简易PLC、灵活的输入输出端子、脉冲频率给定、摆频控制等,满足各种复杂传动的要求,同时为设备制造业客户提供高集成度的一体化解决方案,对降低系统成本,提高系统可靠性具有极大价值。

  Goodrive200A开环矢量型变频器通过电磁兼容性整体设计,满足用户对应用场所的低噪音、低电磁干扰的环保要求。

  在游梁式抽油机变频拖动的实际应用过程中出现了许多问题,这些问题主要集中在游梁式抽油机的发电状态产生的能量的处理上。

  这种方式可比较方便的实现,但是以多耗电能为代价,这主要是因为发电能量不能回馈电网造成的。在未采用变频器时,电动机处于电动状态时,电动机从电网吸收电能(电表正转);电动机处于发电状态时,电动机释放能量(电表反转),电能直接回馈电网的,并没有在本地设备上耗费掉。综合表现为抽油机的供电系统的功率因数较低,对电网质量影响较大。但是在使用普通变频器时,情况发生了变化。普通变频器的输入是二极管整流,能量不可反方向流动。上述这部分电能没有流回电网的通路,必须用电阻来就地消耗,这就是必须使用能耗制动单元的原因。

  为了回馈再生能量,提高效率,可以采用能量回馈装置,将再生能量回馈电网,当然这样一来,系统就更复杂,投资也就更高了。所谓能量回馈装置,其实就是一台有源逆变器。按采用的功率开关器件的不同又可以分为晶闸管(SCR)有源逆变器及绝缘栅双极型晶体管(IGBT)逆变器两种,它们的共同特点是可以将变频器直流回路的电压反馈到电网,如图1所示。加装能量回馈单元的变频器适用于交流50Hz,额定电压380V的异步电动机,实现软起动、软停车和调速运行过程控制。具有起动电流小、速度平稳、性能可靠、对电网冲击小等优点,可实现上下速度任意调节和闭环控制运行;用户可根据油井的液位、压力确定抽油机的冲机、速度和产液量,降耗节能,提高泵效;使设备减少磨损,延长使用寿命,高效节能低成本,实现在最大节能状态下的自动化运行。

  通过油田现场测试的抽油机的示功图表明由Goodrive200A变频器组成数字化抽油机运行良好,抽油机工作在最佳的状态。采用英威腾Goodrive200A变频器作为控制的解决方案在数字化抽油机应用中有如下优点:(1)变频解决方案,能够准确的通过现场油井负荷大小使抽油机达到最佳的平衡状态,根据油井的产液量使抽油机工作在合理的冲次,并根据油井工况对抽油机进行有效的保护;从而最大限度的使抽油机的运行参数与油井参数相一致,发挥抽油机的工作能力,实现低碳开发和节能开采。(2)变频器内置的通讯功能,提供RS485通讯接口,使之与RTU控制模块的通讯连接更加简便。(3)模块化设计,系统的维护更加简单。(4)变频器具有短路、过载、过压、缺相、失速等多种保护和故障输出功能,能有效保证系统安全高效的运行。(5)可以通过站控平台有效实现变频器的参数调整及管理要求,实现真正意义上的井场无人值守。胜利油田某采油厂2012年使用能量回馈式电磁调速电动机135台。经测试其平均吨液有功节电率为32%,平均吨液无功节电率为43%,功率因数平均提高0.21,综合节电率为35%。形成年节电能力456万千瓦时,年节电效益320万元。下图为现场抽油机变频器系统图片。

  数字化抽油机除了具备井口数据采集、传输和远程启停外,还实现了抽油机的自动调参,最大限度地降低一线员工的劳动强度和减少一线员工的用工总量,使井场设备达到无人值守。英威腾Goodrive200A变频器作为数字化抽油机的动力驱动设备,以其高效、低噪声、大启动转矩、高可靠性、良好的调速性能、免维护等优越性在数字化抽油机中有着良好的应用,经实际运行证明:此控制管理系统稳定、进一步提高抽油机采油系统效率,节约能源,降低开采成本,实现油田经济有效开发,实现真正意义上的数字化管理和智能控制。

  防爆电机定期检修的重要性 防爆电机在试制和定型时由防爆检验单位进行防爆检验,图纸文件经防爆审查、样机经过防爆试验,并取得防爆合格证和生产许可证后才允许投产和销售。防爆电机制造商生产的防爆电机经规定的出厂检验和型试检验合格后才允许出厂,因此,一般说来防爆电机的防爆安全性能是满足标准要求的。但是,防爆电机在使用中由于受到机械、化学等作用,会受到不同程度的损坏。 如在运行中其隔爆外壳会受到冲击产生裂纹或变形,轴承由于润滑不良会磨损或损坏,定子绕组由于长时间受热和化学介质的作用而老化,或者受到高电压的冲击被击穿,电动机长时间的过载而使绕组过热甚至烧坏,其隔爆外壳的防爆接合面会受到煤矿井下潮湿发生锈蚀和损坏等。所以对故障的电

  日常检修的内容 /

  在汽车雨刮器电机生产中,如何在线测试电机性能及电机振动量,进行测试数据储存及条形码打印?工程师使用National Instruments公司的模拟采集卡及数字采集卡,配以振动传感器、磁粉制动器、力矩传感器、编码器及可控稳压电源等开发了一个性能可靠的,经济、灵活的基于PC的电机测试系统。 大众汽车公司生产的宝来A4轿车雨刮器电机为永磁式直流电机,电机工作电压为13V,额定输出功率为40W,电机引线线制,分别为高速端、低速端、复位端及接地端。雨刮器电机自带减速箱,减速箱内部有一开关,当复位端接有13VDC电压时,电机将先慢速旋转,当蜗轮凸点到达复位点时,减速箱内复位开关闭合,电机电枢被短路,电机能耗制动,实现雨刮器复位,同时电源

  1 引言 水路运输,特别是内河中小型船舶运输在全国交通网中占有不可或缺的地位。船舶的安全航行,离不开船舶发电机连续可靠供电的保证。船用发电机保护的主要内容有:短路保护、过载保护、欠压保护、逆功率保护。由于逆功率现象只在发电机并联运行时形成,所以前3种保护组成了船用发电机保护的最小需求。短路故障发生时,需要在事件发生瞬间进行保护;而针对过载和欠压现象,则需要进行一定延时确定事件确实发生,才进行预先设定的保护动作。因此,如何针对船用发电机设计可实时监测并进行精准延时的保护装置,就成了解决问题的关键。 2 系统结构 所研究的保护装置要求能实时监测三相三线制船用发电机,用户透过液晶屏幕设置各项保护参数,设置的参数要求在掉电后

  实时保护装置设计 /

  三相同步电机的概念 三相同步电机是交流旋转电机的一种,因其转速恒等于三相同步转速而得名。三相同步电机主要用作发电机,也可用作电动机和调相机。现代电力工业中,无论是火力发电、水力发电,还是核能发电,几乎全部采用三相同步发电机。 三相同步电动机由于具有在电源电压波动或负载转矩变化时,仍可保持其转速恒定不变的良好特性,因而被广泛应用于驱动不要求调速和功率较大的机械设备中,如轧钢机、透平压缩机、鼓风机、各种泵和变流机组等;或者用于驱动功率虽不大,但转速较低的各种球磨机和往复式压缩机;还可用于驱动大型船舶的推进器等。近年来,由于可控硅变频装置技术日渐成熟和大型化,使同步电动机也能够通过变频而作调速运行。因此,在一定的控制方式下,三相同步

  步进电机是一种将电脉冲信号转化为角位移或线位移的电磁机械装置。步进电机的稳定性和可靠性直接影响到工业控制领域的精度,特别是在点胶点焊等高精度运动控制系统中,对于步进电机的精度和稳定性要求更高。所以说,对于步进电机控制系统的研究,不论是在实际效益还是理论价值方面意义都将是巨大的。近年来不少专家学者研制出性能不错的步进电机控制系统,然而这些控制系统具有微处理器需处理的任务量大、PCB板元器件较多、系统不够稳定等缺点,这给系统的可靠性带来了较大的隐患。随着电子技术的发展,步进电机的很多功能单元如加减速控制、微步控制等都走向模块化,并且具有体积小、重量轻、工作稳定、能够实现多轴控制等优点,这给步进电机控制系统的设计和开发带来了很大的方便。

  1.什么是步进电机? 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲:当步进驱动器 接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(及 步进角)。您能够最终靠控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的; 同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的 目的。 2.步进电机分哪几种? 步进电机分三种:永磁式(PM) ,反应式(VR)和混合式(HB) 永磁式步进一般为两相,转矩和体积较小,步进角一般为7.5度 或15度; 反应式步进一般为三相,可实现大转矩输出,步进角一般为1.5度,但噪声和振 动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰; 混合式步进是指混合

  组下线兆瓦海上风电机组在福建三峡海上风电国际产业园下线兆瓦海上风电机组,叶轮直径252米,叶轮扫风面积约5万平方米,约相当于7个标准足球场大;轮毂高度达146米,相当于一座50层大楼的高度。这是目前全球范围内单机容量最大、叶轮直径最大、单位兆瓦重量最轻的风电机组,标志着我国海上风电大容量机组在高端装备制造能力上实现重要突破,达到国际领先水平。 此次下线兆瓦海上风电机组,在大型主轴轴承、超长轻量化叶片等关键核心部件的研发制造方面取得了重要的技术突破。机组运行状态监测的数字化水平高,能够针对台风等恶劣天气智能调整运行模式,确保风机安全和高效发电。 16兆瓦海上风电

  组下线 /

  概述:电机的位置检测在电机控制中是十分重要的,特别是需要根据精确转子位置控制电机运动状态的应用场合,如位置伺服系统。电机控制管理系统中的位置检测通常有:微电机解算元件,光电元件,磁敏元件,电磁感应元件等。这些位置检测传感器或者与电机的非负载端同轴连接,或者直接安装在电机的特定的部位。其中光电元件的测量精度较高,能够准确的反应电机的转子的机械位置,从而间接的反映出与电机连接的机械负载的准确的机械位置,进而达到精确控制电机位置的目的。在本文中我将主要介绍高精度的光电编码器的内部结构、工作原理与位置检测的方法。 一、光电编码器的介绍: 光电编码器是通过读取光电编码盘上的图案或编码信息来表示与光电编码器相连的电机转子的位

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