一种感应电机改造永磁同步电机拖动装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及抽油机驱动系统，特别涉及一种感应电机改造永磁同步电机拖动装置。该装置包括：变频控制箱、母线制动单元和永磁同步电机；所述变频控制箱中分别固定高精度矢量变频控制器、大电流交流接触器、制动切换单元和空气开关，变频控制箱背面固定有母线制动单元；母线制动单元包括星形或三角形连接的波纹电阻，所述永磁同步电机包括定子和转子；定子铁心由高导磁性能的硅钢片叠压而成；定子中均匀开槽并内嵌有定子绕组，转子为铸件或者冲片叠压而成，转子为内置式或表贴式磁极结构；每一对磁极下至少设置4个铁心槽。本发明专利技术提供的感应电机改造永磁同步电机拖动装置实现了提高效率、功率因数、降低对电网冲击、节约电能的作用。

Improvement of permanent magnet synchronous motor drive by induction motor

【技术实现步骤摘要】
一种感应电机改造永磁同步电机拖动装置
本专利技术涉及抽油机驱动系统，特别涉及一种感应电机改造永磁同步电机拖动装置。
技术介绍
目前在油田生产作业中，传统的异步电机及其他各类型抽油装置驱动电机存在着机械结构复杂、电机尺寸大、材料利用率低、整体系统效率偏低等缺点。尤其是针对不同油井不同工作区间其井矿往往不一致，而传统驱动方式无法针对驱动电机进行高精度转速调节，只能依靠不断更换不同尺寸皮带轮改变传动比调速，这种方式大大增加了人力劳动，同时也影响了油田采油的稳定性，不利于长时间、自动化采油的需求。同时，现有的永磁电机调速系统大多使用变压变频调速策略，尽管该策略具有成本低、使用简单等优点，但由于游梁式抽油机独特的工作特点采用该控制策略在电机低速时会出现力矩降低的情况，而不同井况又难以实现补偿。
技术实现思路
（一）要解决的技术问题本专利技术提供了一种感应电机改造永磁同步电机拖动装置，以克服现有技术中存在的力矩较低不能满足不同工况的需求，导致工作效率较低等缺陷。（二）技术方案为解决上述问题，本专利技术提供一种感应电机改造永磁同步电机拖动装置，包括：变频控制箱、母线制动单元和永磁同步电机；所述变频控制箱中分别固定高精度矢量变频控制器、大电流交流接触器、制动切换单元和空气开关，变频控制箱背面固定有母线制动单元；所述大电流交流接触器设置在高精度矢量变频控制器的线路前方，且与高精度矢量变频控制器连接；高精度矢量变频器对永磁同步电机进行精确控制；母线制动单元包括星形或三角形连接的波纹电阻，通过制动切换单元与高精度矢量变频器相连；所述制动切换单元用于切换电机工作状态；所述永磁同步电机包括定子和转子；定子和转子之间的间隙作为能量转换路径为0.5-2mm；所述定子铁心由高导磁性能的硅钢片叠压而成；定子中均匀开槽并内嵌有定子绕组，开槽数量为偶数个；所述转子为铸件或者冲片叠压而成，转子为内置式或表贴式磁极结构；每一对磁极下至少设置4个铁心槽；所述转子内部设有多个均匀分布的磁钢槽，且所述转子两端设有轴向挡板；所述磁钢槽与磁钢间隙中填充环氧树脂。优选地，所述变频控制箱体由钢制成并喷涂防锈漆。（三）有益效果本专利技术提出了一种感应电机改造永磁同步电机拖动装置，采用高精度矢量变频器驱动的永磁电机拖动装置取代原有拖动装置，采用无传感器矢量变频控制技术实现了针对不同井矿下采油系统的高性能控制，并采用高性能永磁电机取代异步电机等，实现了提高效率、功率因数、降低对电网冲击、节约电能的作用。附图说明图1为本专利技术实施例感应电机改造永磁同步电机拖动装置结构示意图；图2为本专利技术实施例感应电机改造永磁同步电机拖动装置中高精度矢量变频控制器控制原理结构图。其中：1.电力变压器，2.高精度矢量变频控制器，3.永磁同步电机。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术进行详细说明如下。如图1和2所示，本专利技术提供一种感应电机改造永磁同步电机拖动装置，包括：变频控制箱、母线制动单元和永磁同步电机3；所述变频控制箱体中分别固定高精度矢量变频控制器2、大电流交流接触器、制动切换单元和空气开关，变频控制箱背面固定有母线制动单元；所述大电流交流接触器设置在高精度矢量变频控制器的线路前方，且与高精度矢量变频控制器连接。变频控制箱由钢制成并喷涂防锈漆，具有耐腐蚀、防水、抗撞击的特性。高精度矢量变频器对永磁同步电机进行精确控制；该高精度矢量变频控制器2连接电力变压器1。高精度矢量变频器采用不同控制方式及参数可精确控制驱动电机。该高精度矢量变频器为集成化高精度器件，可通过调整控制参数使永磁电机在宽转速下都具有良好性能并通过内部PI自适应算法实现电机的矢量控制。本专利技术采用无传感器的高精度矢量变频控制器作为驱动装置的电源，不需在电机内增设位置传感器，节省了该部分的体积和成本，针对不同功率等级电机自学习、自整定测定准确电机数学模型并通过PI自适应控制器算法得到电机的磁链位置与电流时间相位进而精确控制电机。在此基础上当井况出现问题时对电机采取保护措施，防止电机烧毁及时制动。在控制上提高了系统控制精度，对应的驱动永磁电机可设计为多极使电机运行工作频率宽，在低速下运行稳定、振动小，同时变频器也改善了电机的过载能力，能在控制角度上减少材料的浪费，提高驱动装置综合性能。如图2所示，为本专利技术高精度矢量变频控制器装置的控制部分框图，本专利技术采用矢量控制的方式，其原理为：通过测量和控制永磁电机的定子电流矢量，根据Clark-Park矢量变换将定子电流矢量分解为励磁电流和转矩电流，分别对两个分量的幅值和相位进行控制，永磁电机的磁通由永磁体提供故可控制定子电流的励磁分量为零，所有能量作为转矩分量输出即实现了电能的最佳利用。在变频器中需先设定励磁电流分量并根据所需转矩计算转矩分量再通过运算得到等效的三相电流幅值与相位实现对电机的精确控制。本专利技术采用无传感器矢量控制方法，不需传统的位置传感器检测电机转子位置而采用PI自适应控制器法。其本质是基于数学模型的控制方法，通过自学习时不断调整矫正电机内部参数以适应控制对象和扰动的动态特性，具有良好的动态性和鲁棒性。母线制动单元包括星形或三角形连接的波纹电阻，通过制动切换单元与高精度矢量变频器相连；所述制动切换单元用于切换电机工作状态；该母线制动单元解决抽油机抽油杆下冲程时制动发电导致母线直流电压过大的问题，保护电机及变频器。母线制动单元电阻由对应型号的高精度矢量变频器及制动率确定。所述永磁同步电机包括定子和转子；定子和转子之间的间隙作为能量转换路径为1.5mm；所述定子铁心由采用高导磁材料硅钢片叠压而成以减少涡流损耗，在硅钢片上均匀开槽，在槽中布有双层绕组通以三相对称交流电以激发圆形旋转磁势。所述转子为铸件或者冲片叠压而成，转子为内置式或表贴式磁极结构；每一对磁极下至少设置4个铁心槽；转子设计成多极结构使电机转速工作在合理范围，转子采用内置式结构，可以强化电机转子强度并减少磁钢发热进而减少退磁可能性，提升电机的稳定性。所述转子内部设有多个均匀分布的磁钢槽，且所述转子两端设有轴向挡板。该种结构的转子设计改善了装配性能并加强了转子机械强度，可以应对该系列永磁电机较高转速的特性，同时避免了由于轴承变形而引起的电机“扫膛”现象。在此基础上在转子两端加装轴向挡板防止磁钢轴线移动，在转子槽与磁钢间隙中填充环氧树脂，防止磁钢的径向、切向移动。永磁同步电机提高了电机性能又节省了生产成本，定子采用高导磁材料硅钢片叠压而成以减少涡流损耗，在硅钢片上均匀开槽，在槽中布有双层绕组通以三相对称交流电以激发圆形旋转磁势；转子可设计成多极结构使电机转速工作在合理范围，转子采用内置式结构，可以强化电机转子强度并减少磁钢发热进而减少退磁可能性，提升电机的稳定性。高精度矢量变频控制器与永磁同步电机采用三相电力电缆连接，并结合油田工况添加母线制动单元平衡电能保护电机，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种感应电机改造永磁同步电机拖动装置，其特征在于，包括：变频控制箱、母线制动单元和永磁同步电机；所述变频控制箱中分别固定高精度矢量变频控制器、大电流交流接触器、制动切换单元和空气开关，变频控制箱背面固定有母线制动单元；/n所述大电流交流接触器设置在高精度矢量变频控制器的线路前方，且与高精度矢量变频控制器连接；/n所述高精度矢量变频控制器与永磁同步电机采用三相电力电缆连接；/n高精度矢量变频器对永磁同步电机进行精确控制；/n母线制动单元包括星形或三角形连接的波纹电阻，通过制动切换单元与高精度矢量变频器相连；所述制动切换单元用于切换电机工作状态；/n所述永磁同步电机包括定子和转子；定子和转子之间的间隙作为能量转换路径为0.5-2mm；/n所述定子铁心由高导磁性能的硅钢片叠压而成；定子中均匀开槽并内嵌有定子绕组，开槽数量为偶数个；/n所述转子为铸件或者冲片叠压而成，转子为内置式或表贴式磁极结构；每一对磁极下至少设置4个铁心槽；/n所述转子内部设有多个均匀分布的磁钢槽，且所述转子两端设有轴向挡板；/n所述磁钢槽与磁钢间隙中填充环氧树脂。/n

【技术特征摘要】
1.一种感应电机改造永磁同步电机拖动装置，其特征在于，包括：变频控制箱、母线制动单元和永磁同步电机；所述变频控制箱中分别固定高精度矢量变频控制器、大电流交流接触器、制动切换单元和空气开关，变频控制箱背面固定有母线制动单元；
所述大电流交流接触器设置在高精度矢量变频控制器的线路前方，且与高精度矢量变频控制器连接；
所述高精度矢量变频控制器与永磁同步电机采用三相电力电缆连接；
高精度矢量变频器对永磁同步电机进行精确控制；
母线制动单元包括星形或三角形连接的波纹电阻，通过制动切换单元与高精度矢量变频器相连；所述制动切换单元用于切换电...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋洪涛，
申请(专利权)人：黑龙江瑞鑫永磁电机制造有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙;23