[实用新型]一种抽油机电机驱动系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及电机驱动领域，尤其涉及一种抽油机电机驱动系统。

背景技术

抽油机为石油行业的一种主要生产设备，其作用是带动油杆和柱塞泵上下往复运动，将储存于地下的原油抽上地面。

我国在用抽油机约十几万台，每年新装机约1.5万台，每年耗电约42亿千瓦时，约占油田总耗电的40%。由于抽油机运行效率比较低（综合效率一般不超过40%），因此抽油机节电越来越受到油田重视。

抽油机从结构上分类有游梁式抽油机（磕头机）和无游梁式抽油机（直线机），分别如图1（a）,图1（b）所示，由机架11、加速器12、油杆14、柱塞泵15、配重16和电机3组成。过去抽油机多采用不调速的异步电机驱动，但随着抽油工艺的改进和节电的需要，近年调速电机驱动系统越来越多用于抽油机，调速电机驱动系统的常用形式有：异步电机加交流变频器，永磁同步电机加交流变频器，开关磁阻电机加开关磁阻控制器。上述交流变频器和开关磁阻控制器可统称功率变换器，现有的用于抽油机的电机驱动系统结构框图如图3（a）所示，主要包括电机3、功率变换器2和制动电阻4，电机3和功率变换器2至于电气柜7中，其中交流电源1接入功率变换器2，功率变换器2与电机3电气连接，功率变换器2连接至制动电阻4。

由于地质情况的复杂性，油杆负荷处于不断变化中，并且通过抽油机的动作机构传递，使驱动电机的负载在油杆上下往复运行的一个周期内大幅变化，一般不仅是轻载到重载间变化，而是从电动到发电运行状态变化。反应抽油机电机负载的转矩T和转速n随着转角Q变化，图2（a）和图2（b）中转速n和转矩T方向相同的区域为电动运行，转速n和转矩T方向相反的区域为发电运行。

电机电动运行，意味着电机从电网吸取电能，并将电能转换为抽油机和油杆的机械能；电机发电运行，意味着电机将抽油机和油杆的机械能转换为电能。但就常用调速电机驱动系统而言，所用功率变换器都不具有将电机产生的电能回馈到电网的功能，只能采用制动电阻将电机产生的电能白白消耗掉。

实用新型内容

本实用新型的目的是，在常用的调速电机驱动系统基础上进行改进，通过在交流电源与功率变换器之间设置电源回馈单元，取消制动电阻，实现将电机在发电运行中产生的电能回馈到电网，从而达到抽油机大幅度节电的效果。

本实用新型提供的一种抽油机电机驱动系统，包括功率变换器、电机，电机与功率变换器电气连接，其中，该电机驱动系统还包括电源回馈单元，电源回馈单元与功率变换器电气连接，电源回馈单元与该电机驱动系统外的交流电源电气连接。

所述电机可以为异步电机、永磁同步电机或开关磁阻电机。

所述功率变换器为交流变频器或开关磁阻控制器。

所述电源回馈单元与功率变换器为集成结构或是分体结构。

该电机驱动系统还包括回馈电抗器，其中回馈电抗器与电源回馈单元电气连接，与该电机驱动系统外的交流电源电气连接。

所述回馈电抗器可以采用三个单相电抗器或一个三相电抗器。

功率变换器、电源回馈单元和回馈电抗器安装在一个或多个电气柜中。

所述电气柜中根据操作和测量要求还可以安装有开关、按钮、电能计量仪表、报警装置中的一个或多个。

所述电源回馈单元包括将交流电源转变为直流电源的整流电路。

在常用调速电机驱动系统中，功率变换器内部包括将交流电源转变为直流电源的整流电路和将直流电源转变为交流或脉动电源的逆变电路，由于该抽油机电机驱动系统添加了电源回馈单元，电源回馈单元具备整流电路的功能，因此，可以省略功率变换器中的整流电路。

本实用新型提供的抽油机电机驱动系统，通过在交流电源与功率变换器之间设置电源回馈单元，取消制动电阻，实现将电机在发电运行中产生的电能回馈到电网，从而达到抽油机大幅度节电的效果；进一步地，通过在交流电源与电源回馈单元之间增加回馈电抗器，其作用是限制回馈电流峰值、改善电流波形和提高功率因数。

附图说明

图1（a）为游梁式抽油机的结构示意图；

图1（b）为无游梁式抽油机的结构示意图；

图2（a）为游梁式抽油机发电运行时转速n和转矩T随转角Q变换示意图；

图2（b）为无游梁式抽油机电动运行时转速n和转矩T随转角Q变换示意图；

图3（a）为现有的抽油机电机驱动系统的结构框图；

图3（b）为本实用新型抽油机电机驱动系统一实施例的结构框图。

附图标记说明：