柔性电动机驱动系统技术方案

本发明专利技术提供了一种柔性电动机驱动系统，包括运行电动机、柔性启动系统和控制系统，运行电动机的输出轴与待驱动设备连接；柔性启动系统包括启动电动机、星轮减速器和单向超越离合器，启动电动机、星轮减速器和单向超越离合器顺次驱动连接；在启动阶段，控制系统控制启动电动机通电运行且控制运行电动机处于断电待启动状态，在启动完成之后，控制系统控制运行电动机通电运行且控制启动电动机断电，启动电动机的额定功率小于运行电动机的额定功率。由于运行电动机不需要负责待驱动设备的启动，因而运行电动机可以选择相对功率较小的电动机负责系统运行，从而有效降低待驱动设备运行时整个系统的无功电能损耗。

【技术实现步骤摘要】
柔性电动机驱动系统
本专利技术涉及电气系统技术及工业控制领域，具体而言，是涉及一种柔性电动机驱动系统。
技术介绍
加快绿色、环保、节能、减排的建设，对促进经济社会更好、更快地发展，于社会可持续发展具有重要的意义。在实际生产过程中，现有电动机设计、选配理念上其原则为；为了满足系统启动力矩的要求，所以一般都会选用相对功率较大的电动机作为驱动设备，但是系统正常运行时的力矩一般都远小于启动力矩，因而使得系统正常运行时造成功率因数较低，所以无功电能的损耗就明显突出，且远远大于有功功率。下面以石油生产为例进行说明。目前我国石油产业的生产大多数还是采用以电换油的低效模式，由于近两年来世界石油价格的下跌，产能倒挂尤为突出，它已严重的制约了我国石油产业的发展，所以开发出绿色、环保、节能、减排的新型石油生产设备，改变原始的生产模式势在必行。只有创新才能求发展、才能改变我国几十年不变的采油工艺，进而改变产能结构，石油产业才能在困境中求生存、求发展。我国石油生产企业大部分使用的抽油机用电量占石油生产成本的30％-40％左右，是一个典型的用电大户，也是生产区域内的耗能大户。虽然各种节能式抽油机的采购和应用都在逐年增加，但是主导油田生产的现有抽油机中，仍然是以常规游梁式抽油机为主，该类型抽油机的抽油方式及抽油机结构在过去的几十年从根本上并未发生明显变化。随着油田不断发展，地下结构的改变，地下油层不断下移，抽油机的效率也在不断下降。因此创新求发展、调整产能结构是油田企业发展求生存的必然之路。由于游梁式抽油机启动力矩较大，为了克服启动力矩，所以常按抽油机的最大启动载荷来选配电动机，而抽油机正常工作时，平均负荷仅占最大负荷的30％左右，从而形成了大马拉小车的现象，增加了无功电能的消耗，大大降低了电网的功率因数和电动机的效率。因此，在抽油机方面，利用调整抽油机驱动结构实现节能的潜力巨大。现有技术中游梁式抽油机电机在运行过程存在的问题1.电动机在启动过程中，由静态转为动态时启动力矩较大，为了满足启动力矩的要求不得不被动的选用相对功率较大的电动机。2.电动机在出厂前无功功率都已经确定，相对每一台电动机的无功功率都是一个常量，就是这种无功功率在电动机运行过程中会消耗相应的无功电能。3.当电动机运行在额定功率附近时，功率因数一般在0.7至0.9之间，这种无功电能的损耗实际是做了电动机的励磁功，相对是有用功。4.但是大多数电动机在生产使用过程中，为了满足启动力矩的要求不得不被动的选择额定功率较大的电动机，而平常运行时电动机的功率因数一般都在0.3至0.65之间，所以无功电能的损耗就明显突出，且远远大于有功功率。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种柔性电动机驱动系统，以解决现有技术中的电动机驱动系统运行功率因数低、系统运行效率低、网损大的问题。下面以油田生产过程中使用的电动机进行分析说明。根据对油田生产过程的调研和技术性的分析，对于游梁式抽油机电动机的监控、测试得出了普遍结论，大多数电动机在生产运行过程中的功率因数都很低。以Y1J0-3-37HB型号的游梁式抽油机为例，配装型号为Y280S-8的电动机，额定功率为37kW。运行过程中测量功率因数主要维持在0.268，在以下计算过程中近似值为0.3，上限值接近于0.5。1、理论功率计算以及电动机的选择这里用Is表示电动机的额定电流，用UL表示电动机的相电压，因此电动机的视在功率S可以表示为：S＝3IsUL(1)根据《电动机及控制实用技术手册》附表2-6，37kW的电动机额定电流为Is＝70A，相电压UL＝220V，则37kW的电动机的视在功率计算结果为46.2kW。根据计算得到的电动机的视在功率S可以计算该电动机的有功功率P，有效有功功率W，无功功率Q。这里用μ表示电动机的电机效率，cosφ表示电动机的功率因数，则该电动机的有功功率P，无功功率Q，有效有功功率W可以表示为：P＝Scosφ(2)W＝μScosφ(4)因此根据公式(2)、(3)、(4)可以计算得到有功功率P，有效有功功率W，无功功率Q。这里根据附表1中给出的参数，电动机的电机效率μ＝0.918，电动机的功率因数cosφ＝0.87，因此这三个参量分别计算得到：P＝40.19kW，Q＝22.79kW，W＝36.89kW。上述计算之中，电动机的功率因数cosφ选取为0.87，该值是电动机的理论最大值，在电动机的实际工作之中，功率因数一般小于这个理论最大值。此外在电动机各类工作状态下，无功功率Q是一个基本固定不变的量，电动机的无功功率不随着电动机工作状态产生变化，因此Q＝22.79kVar是一个恒量。根据公式(3)和(4)可以得到：从公式(5)可以看出有功功率P是随着功率因数变化的一个量，为了进一步说明有功功率随着功率因数变化的关系，这里做出有功功率P随着功率因数cosφ变化的曲线如图1所示。从图1可以看出，有功功率P随着功率因数cosφ的增大而升高当功率因数cosφ达到最大值0.87时，有功功率同样达到最大值，此时的有功功率P＝40.19kW。然而在抽油机的电动机实际工作之中，为了能够产生大的启动力矩，正常运行时一般功率因数不能达到0.87，经过实际测量，电动机实际工作的功率因数的变化范围一般为0.3-0.5之间。因此实际电动机工作的最大功率为Pmax＝13.10kW，电动机实际工作的最小功率为Pn＝7.20kW。因此，在不考虑启动力矩的情况下，如果电动机的额定功率选择为7.5kW-15kW，则整个系统仍能够正常运行。2、无功功率所浪费电能计算由上述分析得知，无功功率Q是一个固定的常量，大小为22.79kVar。无功电流IQ可以表示为：为了对比不同功率的电动机的无功功率，利用公式(1)-(6)分别计算了7.5kW、11kW、15kW和37kW的不同电动机的无功功率，计算结果如表1所示。表1不同功率的电动机的无功功率对比表从表1可以看出，无功电能的浪费主要体现在油田配电网的输电损耗上，输电损耗的大小与配电网线路中的输电电流的平方成正比。从表1可以看出7.5kW的电动机产生的输电损耗只有37kW电动机产生的输电损耗的4.59％；11kW的电动机产生的输电损耗只有37kW电动机产生的输电损耗的10.80％；15kW的电动机产生的输电损耗只有37kW电动机产生的输电损耗的18.38％。因此，通过降低电动机的额定功率需求可以有效降低油田配电网系统的输电损耗。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种柔性电动机驱动系统，包括运行电动机、柔性启动系统和用于对运行电动机和启动电动机进行状态控制检测的控制系统，运行电动机的输出轴与待驱动设备通过皮带轮连接，柔性启动系统包括启动电动机、减速器和单向超越离合器，启动电动机、减速器和单向超越离合器顺次驱动连接，单向超越离合器连接于减速器的输出轴和运行电动机的输入轴之间，在启动阶段，控制系统控制启动电动机通电运行且控制运行电动机处于断电待启动状态，在待驱动设备启动到设定位置时，控制系统控制运行电动机通电运行且控制启动电动机断电，启动电动机的额定功率小于运行电动机的额定功率。进一步地，减速器为星轮减速器。进一步地，控制系统包括马达保护控制装置，马达保护控制装置包括继电器控制模块和电流采集模块，电流采集模块与安装于启动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性电动机驱动系统，其特征在于，包括：运行电动机(10)，所述运行电动机(10)的输出轴与待驱动设备通过皮带轮连接；柔性启动系统(20)，所述柔性启动系统(20)包括启动电动机(21)、减速器(22)和单向超越离合器(23)，所述启动电动机(21)、所述减速器(22)和所述单向超越离合器(23)顺次驱动连接，所述单向超越离合器(23)连接于所述减速器(22)的输出轴和所述运行电动机(10)的输入轴之间；用于对所述运行电动机(10)和所述启动电动机(21)进行状态控制、检测的控制系统(30)，在启动阶段，所述控制系统(30)控制所述启动电动机(21)通电运行且控制所述运行电动机(10)处于断电待启动状态，在所述待驱动设备启动到设定位置时，所述控制系统(30)控制所述运行电动机(10)通电运行且控制所述启动电动机(21)断电，所述启动电动机(21)的额定功率小于所述运行电动机(10)的额定功率。

【技术特征摘要】
1.一种柔性电动机驱动系统，其特征在于，包括：运行电动机(10)，所述运行电动机(10)的输出轴与待驱动设备通过皮带轮连接；柔性启动系统(20)，所述柔性启动系统(20)包括启动电动机(21)、减速器(22)和单向超越离合器(23)，所述启动电动机(21)、所述减速器(22)和所述单向超越离合器(23)顺次驱动连接，所述单向超越离合器(23)连接于所述减速器(22)的输出轴和所述运行电动机(10)的输入轴之间；用于对所述运行电动机(10)和所述启动电动机(21)进行状态控制、检测的控制系统(30)，在启动阶段，所述控制系统(30)控制所述启动电动机(21)通电运行且控制所述运行电动机(10)处于断电待启动状态，在所述待驱动设备启动到设定位置时，所述控制系统(30)控制所述运行电动机(10)通电运行且控制所述启动电动机(21)断电，所述启动电动机(21)的额定功率小于所述运行电动机(10)的额定功率。2.根据权利要求1所述的柔性电动机驱动系统，其特征在于，所述减速器(22)为星轮减速器。3.根据权利要求1所述的柔性电动机驱动系统，其特征在于，所述控制系统(30)包括马达保护控制装置，所述马达保护控制装置包括继电器控制模块和电流采集模块，所述电流采集模块与安装于所述启动电动机(21)和所述运行电动机(10)的电源输入电缆线上的电流互感器的输出口相连接，所述继电器控制模块根据所述电流采集模块检测到所述待驱动设备启动和运行时所述电源输入电缆线上不同的电流值实现所述启动电动机(21)和所述运行电动机(10)之间的自动切换。4.根据权利要求3所述的柔性电动机驱动系统，其特征在于：启动时，所述继电器控制模块控制所述启动电动机(21)通电运行，所述运行电动机(10)处于断电待启动状态；在所述电流采集模块检测到所述电源输入电缆线上的电流值达到...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐安平，刘长利，孙超，刘建敏，杜增坡，
申请(专利权)人：黑龙江易艾斯德节能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23