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电机拖动系统中变频器调速原理和应用分析
来源:杏彩注册登录    发布时间:2024-03-28 05:48:12

  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。

  引言 现场总线技术已成为世界自动化技术的热点,近年来在我国纺机自动化中已受到关注并开始推广应用。PROFIBUS-DP是现场总线PROFIBUS中广泛应用的一种协议、主要用于现场级的主从通信,实现现场级控制系统与分布式I/O及其他现场级设备之间的通信(它有极好的抗电磁干扰性能)。近年来我国纺机自动化中也已逐步应用了PROFIBUS-DP现场总线。 ABB公司的ACS系列变频器由于其优异的性能,在纺机新产品中得到大量应用。本文以ACS800系列变频器为例,详细介绍用PROFIBUS-DP现场总线系列变频器的方法,希望对广大工程技术人员有所帮助。 一.PROFIBUS-DP现场总线控制器(如PLC或DCS系统)的

  摘要:提出了一种稳定性高、抗干扰能力强的小型发电机逆变电源的设计方案。采用瑞萨科技的工业级电机控制专用处理器H8/3687作为控制核心,产生频率为12.5 kHz的高额SPWM脉宽调制信号,SPWM信号通过结合具有高频抗干扰技术的驱动电路,将低压的控制信号和高电压信号隔离开,避免了高压信号对控制信号的影响。最后有效地驱动了组成逆变桥的IGBT。实验表明,这种小型发电机逆变电源能够在较强的外界干扰下平稳运行,可以实现220 V/50 Hz交流电的稳定输出,且输出误差保持在±3%的范围内。 关键词:发电机;脉宽调制;逆变;瑞萨单片机;H8/3687     汽油发电机组是将发电机输出的原始电压通过电力电子技术的处理,然后再输出给负载。

  逆变电源的研制 /

  引言:今天继续休假在家,送完烟烟上班,有时间仔细查了一下 Model Y 的信息,目前看下来 100 米的线束肯定是到不了了,但是在热泵和 PTC 上的使用上,还是非常有特点的。目前看下来,特斯拉在热管理系统上面,出现了之前驱动系统、充电系统方面相似的协调性,通过调度整车的客舱加热 / 散热需求、电池的加热 / 散热需求和驱动系统的散热需求,充分利用了空调压缩机和电机 / 逆变器的特性,达到了省掉水热式 PTC 和高压电热式 PTC 的效果。 01 热泵系统的限制 目前所有的新能源车空调系统中主要包含制冷功能和加热功能,制冷基本都采用电动压缩制冷方式,制热方案主要包括 PTC(液体 / 空气)和热泵系统。热泵是一种将低位热

  随着我国经济的发展和科技的进步,交流变频调速的应用越来越广泛。在各种调速方式中,交流变频调速技术已被国内外公认为是最理想、最有发展前途的一种调速方式了。当工厂和设备采用交流调速时,在变频器的电源侧和电机侧都会产生谐波干扰。一方面当变频器运行时要防止会受到外界的电磁干扰;另一方面又要防止产生高次谐波干扰外部其他设备,即所谓的“EMC”。 一、 什么是EMC? EMC即是“电磁兼容性”。它是指电气设备在电磁环境中良好的工作能力,并且不能产生在此环境中工作的其它设备所不能接受的电磁干扰。 国际电工委员会(IEC)对电磁兼容性的定义是:“电磁兼容性是电子设备的一种功能,电子设备

  的抗干扰性和干扰性 /

  永磁同步电动机(PMSM)具有体积小、重量轻、结构多样、可靠性高等优点。在数控机床、工业机器人等自动化领域得到了广泛的应用。数字化交流伺服调速系统采用的是目前非常流行的矢量控制算法,即电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)。SVPWM的主要思想是:以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准,以三相逆变器不同开关模式作适当的切换,从而形成脉宽调制(PWM)波,以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。 由于矢量控制算法对采集PMSM转子的电流、电压等参数的实时性要求很高,且计算量大,一般的微处理器很难达到要求。因此,文中采用TI公司C2000系列高压数字电机开发 套件,利用其DSP芯片TMS320F28035高速

  首先我们来了解各类型的负载制动器的特性及工作原理: 一、 电涡流制动器 电涡流制动器是目前国内先进的模拟加载设备,主要用来模拟各种动力装置的输出性能,由感应盘、电枢和励磁部分等组成。当与转子同轴装配的励磁线圈通直流电时,其产生的磁通经电枢体、涡流环、气隙和转子形成闭合回路。由于转子外圆面被制成有均匀分布的齿和槽,故在气隙和电枢体或涡流环表面产生疏密相间的磁场,因此,转子被拖动旋转时,电枢体和涡流环内表面上任何一点的磁场产生叫变变化,由此感应出 涡流 ,在 涡流 和磁场的耦合作用下,在转子上产生制动力矩。由于电枢体是通过机座固定在底板上的,故转子无法带动电枢体旋转,动力机械输出的功率被转化成电枢体和涡流环上 涡流 产生的等值

  测试如何选择负载制动器 /

  单相异步电机电容怎么接 单相异步电机通常需要一个启动电容和一个运行电容,它们需要分别接到电机的起始和运行电路中。 具体来说,启动电容通常是在电机启动时使用,用于产生旋转磁场,以启动电机。启动电容的接法取决于电机的类型和规格,一般在电机上会标注启动电容的参数和接线方式 运行电容通常是在电机启动后继续运行时使用,用于提高电机的效率和功率因数。运行电容的接法也取决于电机的类型和规格,一般在电机上会标注运行电容的参数和接线方式。 需要注意的是,电容的选择应该与电机的功率匹配,否则会影响电机的性能和寿命。因此,在更换电容时,应选择与原来的电容参数相同的电容。 单相异步电机怎么接电源 单相异步电机接电源

  系统可自动执行重复性任务,承担复杂而费力的作业,并在对人类有危险或有害的环境中工作。集成度更高、性能更强的 () 可实现更高的功率效率、更平稳安全的运动以及更高的精度,从而提高生产力和自动化水平。例如,更高的精度(有时在 0.1mm 以内)对于处理激光焊接、精密涂层或喷墨或 3D 打印的应用非常重要。 臂的轴数以及所需的控制架构类型(集中式或分布式)决定了适合该系统的 MCU 或 ()。现代工厂组合使用具有不同轴数和运动自由度(在 x、y 或 z 平面上移动和旋转)的机器人,以满足多种制造阶段的需求;因此,整个工厂车间采用不同的控制架构。 在选择 MCU 时,选择具有额外性能余量的MCU能够在未来实现可扩展性和

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