[发明专利]开关磁阻电机地面直驱螺杆泵采油装置

说明书

技术领域

本发明属于机械采油设备领域，涉及一种在油田生产中地面直驱螺杆泵采油的开关磁阻电机。

背景技术

目前常规螺杆泵地面驱动系统一般由异步电机、皮带和减速器组成，电机的动力输出轴将电能转换为机械能，并通过皮带和减速器经房卡带动抽油杆，从而带动螺杆泵的转子，实现原油的举升；这样的驱动系统存在调速困难、在高速运转下会发生震动，并且皮带传动速度高容易导致发热量大和磨损加剧，加上减速箱需要经常维护，防反转装置容易损坏自身及设备，整个结构复杂，现场安装作业工序繁琐、效率较低的缺点。采用交流永磁同步电机地面直驱螺杆泵采油装置，由于电机自身特点并减掉了减速装置，有效解决了上述调速困难、维护减速箱的问题，可是存在在油田恶劣条件下容易发生退磁现象的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种开关磁阻电机地面直驱螺杆泵采油装置，要解决螺杆泵调速困难，减速箱需要经常维护的技术问题；并解决防反转装置容易损坏自身及设备、系统效率较低的问题。

 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种开关磁阻电机地面直驱螺杆泵采油装置， 包括在地面上的电机、控制系统和井口装置，以及在井下的油管、抽油杆和螺杆泵，所述电机包括有定子、转子和电动轴，并且转子固定在电动轴上，所述受控制系统控制的电机与抽油杆直接连接，抽油杆与置于井下并与油管连接的螺杆泵连接，上述电机是开关磁阻电机，开关磁阻电机带有位置检测器并且与控制系统控制连接；开关磁阻电机通过抽油杆直接驱动井下的螺杆泵，没有减速箱和皮带调速装置。

所述开关磁阻电机采用三相12／8结构，定子上设置有三组径向相对设置的定子齿，每个定子齿上设置有一个集中绕组线圈，线圈间隔分成三相，由电缆引出，各绕组电流均从首端流入时极性分布交错排列，转子上设置有四组八个转子齿；或者所述开关磁阻电机采用四相24／18结构，定子上设置有四组径向相对设置的定子齿，每个定子齿上设置有一个集中绕组线圈，线圈间隔分成四相，由电缆引出，各绕组电流均从首端流入时极性分布交错排列，转子上设置有四组十八个转子齿。

所述控制系统包括主控制板、功率变换器、电流检测器、人机对话和控制软件，主控制芯片采用DSP芯片、功率变换器选择IGBT、主控DSP板使用RS485通信接口与LED显示板连接、通信校验采用双冗余校验、控制软件具备反转刹车功能、采用大容量超级电容提供外网掉电状况下实施大功率刹车功能。

所述位置检测器可选用霍尔位置检测器。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：本发明调速性能好、低速特性优异、不带减速箱、具备可靠的智能控制反转电磁刹车功能，可抗严重电磁干扰、不会有退磁现象。

并且采用开关磁阻电机，与其他地面驱动螺杆泵电机相比其结构简单、可靠，电机定子、转子无永磁体，不存在恶劣环境下退磁问题，电机的转矩方向与相电流方向无关，控制系统线路简单，可缺相运行，容错能力强，可靠性高。特别是开关磁阻电机采用三相12／8或四相24／18结构，定子上设置有三组或四组径向相对设置的定子齿，每个定子齿上设置有一个集中绕组线圈，线圈间隔分成三相或四相，由电缆引出，各绕组电流均从首端流入时极性分布交错排列；转子上设置四组八个或四组十八个转子齿，采用特定的结构可以达到一定扭矩的要求，而且调速范围大、启动电流与工作电流一致，达到省电要求。开关磁阻电机调速性能好、低速特性优异，特别是在50—400RPM转速下具有转矩大、效率高特点，满足在恶劣条件下直驱螺杆泵的要求。而在控制系统中由于采用了直流电机逆变技术IGBT触发单元、双冗余校验的RS485通信技术、反转刹车控制技术，可在具有严重电磁干扰的恶劣环境工作运行，并克服以前地面驱动螺杆泵停机刹车不稳定的缺陷，调试、维护系统更加方便。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

图1是开关磁阻电机采用三相12/8结构的定子及接线图。

图2是开关磁阻电机采用三相12/8结构的转子及接线图。

图3是开关磁阻电机采用四相24/18结构的定子及接线图。

图4是开关磁阻电机采用四相24/18结构的转子及接线图。

图5是开关磁阻电机驱动系统结构框图。

图6是开关磁阻电机地面直驱螺杆泵装置的连接示意图。

图7是地面驱动开关磁阻电机总装图。

图8是开关磁阻电机的反刹车控制原理框图。