一种开环矢量同步电机变频器系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种开环矢量同步电机变频器系统，变频器系统应用于游梁式抽油机上，变频器包括依次连接的三相交流电输入电路、整流单元、滤波单元和驱动单元，用于将流回电网的电能消耗掉的能耗制动单元和用于将变频器直流回路的电压反馈到电网能量回馈单元；能耗制动单元、能量回馈单元依次设置在滤波单元和驱动单元之间；整流单元、滤波单元、能耗制动单元、能量回馈单元和驱动单元均与电网连接；三相交流电输入电路与游梁式抽油机连接。本实用新型专利技术可以根据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。

【技术实现步骤摘要】
一种开环矢量同步电机变频器系统
本技术涉及一种变频器系统，具体涉及一种开环矢量同步电机变频器系统。
技术介绍
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，石油行业十分重视节约电能，节省电耗就是直接降低石油的开采成本。我国目前抽油机的保有量在10万台以上，电动机装机总容量在3500MW，年耗电逾百亿Kwh。抽油机的运行效率特别低下，在我国平均运行效率为25.96％，国外平均水平为30.05％，年节能潜力可达几十亿Kwh。除了抽油机之外，油田还有大量的注水泵、输油泵、潜油泵等设备，总耗电量超过油田总用电量的80％，可见，石油行业也是推广"电机系统节能"的重点行业。抽油机节能，其首选方案是采用变频器对其电机拖动系统进行改造，抽油机改用变频器拖动后有以下几个好处：(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，可省去大量的"增容"开支。(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)由于实现了真正的"软起动"，对电动机、变速箱、抽油机都避免了过大的机械冲击，大大延长了设备的使用寿命，减少了停产时间，提高了生产效率。但是，变频器用于抽油机电机时，也有几个问题需要解决，主要是冲击电流问题和再生能量的处理问题。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，本技术提供一种开环矢量同步电机变频器系统，可以根据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。本技术的目的是采用下述技术方案实现：本技术提供一种开环矢量同步电机变频器系统，所述变频器系统应用于游梁式抽油机上，所述变频器包括依次连接的三相交流电输入电路、整流单元、滤波单元和驱动单元，所述变频器系统包括用于将流回电网的电能消耗掉的能耗制动单元和用于将变频器直流回路的电压反馈到电网能量回馈单元；所述能耗制动单元、能量回馈单元依次设置在滤波单元和驱动单元之间；所述整流单元、滤波单元、能耗制动单元、能量回馈单元和驱动单元均与电网连接；所述三相交流电输入电路与所述游梁式抽油机连接。进一步地，所述能耗制动单元采用泵升电压限制电路，所述泵升电压限制电路由串联的分流电阻器和开关管组成，或所述泵升电压限制电路由串联的制动单元和制动电阻构成。进一步地，所述变频器系统包括中频电加热装置，所述变频器与中频电加热装置共用整流单元及电网的直流母线构成能耗制动单元。进一步地，所述能量回馈单元采用有源逆变器。进一步地，所述有源逆变器包括晶闸管有源逆变器及绝缘栅双极型晶体管逆变器。进一步地，所述晶闸管有源逆变器采用三相桥式可控整流电路。进一步地，在所述绝缘栅双极型晶体管逆变器中设有用于控制有源负载，其输出频率、相位和电压与电网一致的鉴频控制单元、鉴相器控制单元、锁相环控制单元和用于控制游梁式抽油机电压的PWM控制单元。进一步地，加装能量回馈单元的变频器系统适用于交流50Hz，额定电压380V的异步电动机。进一步地，所述变频器还包括与整流单元连接的变频器核心控制板，所述变频器的核心控制板连接有角度传感器。进一步地，所述变频器还包括直流接触器，所述直流接触器分为第三条支路，第一条支路连接整流单元，第二条支路连接能量制动单元，第三条支路连接驱动单元的两个负载端。与最接近的现有技术相比，本技术达到的有益效果是：采用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，可以根据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。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本技术提供的第一优选技术方案的开环矢量同步电机变频器系统的结构图；图2是本技术提供的第二优选技术方案的开环矢量同步电机变频器系统的结构图；图中1-三相交流电输入电路；2-整流单元；3-滤波单元；4-驱动单元；5-能耗制动单元；6-能量回馈单元；7-电网；8-中频电加热装置；9-变频器核心控制板；10-角度传感器；11-直流接触器。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本技术的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本技术所保护的范围。第一优选技术方案如图1所示，为本技术提供的第一优选技术方案的开环矢量同步电机变频器系统的结构图，变频器系统应用于游梁式抽油机上，变频器包括依次连接的三相交流电输入电路1、整流单元2、滤波单元3和驱动单元4，所述变频器系统包括用于将流回电网的电能消耗掉的能耗制动单元5和用于将变频器直流回路的电压反馈到电网能量回馈单元6；所述能耗制动单元5、能量回馈单元6依次设置在滤波单元3和驱动单元4之间；所述整流单元2、滤波单元3、能耗制动单元8、能量回馈单元6和驱动单元4均与电网7连接；三相交流电输入电路1与游梁式抽油机连接。优选的，所述能耗制动单元5采用泵升电压限制电路，所述泵升电压限制电路由串联的分流电阻器和开关管组成，或所述泵升电压限制电路由串联的制动单元和制动电阻构成。优选的，所述变频器系统包括中频电加热装置8，所述变频器与中频电加热装置8共用整流单元2及电网7的直流母线构成能耗制动单元5。优选的，所述能量回馈单元6采用有源逆变器。有源逆变器包括晶闸管有源逆变器及绝缘栅双极型晶体管逆变器。晶闸管有源逆变器采用三相桥式可控整流电路。在所述绝缘栅双极型晶体管逆变器中设有用于控制有源负载，其输出频率、相位和电压与电网一致的鉴频控制单元、鉴相器控制单元、锁相环控制单元和用于控制游梁式抽油机电压的PWM控制单元。加装能量回馈单元的变频器系统适用于交流50Hz，额定电压380V的异步电动机。加装能量制动单元的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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开环矢量同步电机变频器系统，所述变频器系统应用于游梁式抽油机上，所述变频器包括依次连接的三相交流电输入电路、整流单元、滤波单元和驱动单元，其特征在于，所述变频器系统包括用于将流回电网的电能消耗掉的能耗制动单元和用于将变频器直流回路的电压反馈到电网能量回馈单元；所述能耗制动单元、能量回馈单元依次设置在滤波单元和驱动单元之间；所述整流单元、滤波单元、能耗制动单元、能量回馈单元和驱动单元均与电网连接；所述三相交流电输入电路与所述游梁式抽油机连接。

【技术特征摘要】
1.一种开环矢量同步电机变频器系统，所述变频器系统应用于游梁式抽油机上，所述变频器包括依次连接的三相交流电输入电路、整流单元、滤波单元和驱动单元，其特征在于，所述变频器系统包括用于将流回电网的电能消耗掉的能耗制动单元和用于将变频器直流回路的电压反馈到电网能量回馈单元；所述能耗制动单元、能量回馈单元依次设置在滤波单元和驱动单元之间；所述整流单元、滤波单元、能耗制动单元、能量回馈单元和驱动单元均与电网连接；所述三相交流电输入电路与所述游梁式抽油机连接。2.如权利要求1所述的开环矢量同步电机变频器系统，其特征在于，所述能耗制动单元采用泵升电压限制电路，所述泵升电压限制电路由串联的分流电阻器和开关管组成，或所述泵升电压限制电路由串联的制动单元和制动电阻构成。3.如权利要求2所述的开环矢量同步电机变频器系统，其特征在于，所述变频器系统包括中频电加热装置，所述变频器与中频电加热装置共用整流单元及电网的直流母线构成能耗制动单元。4.如权利要求3所述的开环矢量同步电机变频器系统，其特征在于，所述能量回馈单元采用有源逆变器。5.如权利要求4所述的开环...

【专利技术属性】
技术研发人员：武志勇，崔万奎，
申请(专利权)人：盘锦市兴隆成套电器制造有限公司，
类型：新型
国别省市：辽宁,21