[实用新型]一种永磁电机拖动无功回馈一体化装置

说明书

本实用新型属于油田用抽油机领域，公开一种永磁电机拖动无功回馈一体化装置，包括多端子永磁电动机和控制柜，所述多端子永磁电动机包括定子、转子，其特征在于，定子设有定子绕组，每个所述定子绕组具有相应的额定反电动势，在定子绕组上设有多个输入端子，输入端子设有公共输入端、大功率输入端、小功率无功反馈输入端，电源进线通过控制柜的交流接触器连接每个输入端子，带动有机械设备运转。不仅简化了抽油机井场设备的数量，也可有效降低工程投资。

技术领域：

本实用新型属于油田用抽油机领域，具体涉及一种永磁电机拖动无功回馈一体化装置。

背景技术：

在油田生产过程中，广泛使用的抽油机使采油系统成为油田的第一耗能大户。由于游梁式抽油机的启动惯量较大，只有装备容量较大的电动机才能正常启动；而在正常采油时所需电动机的容量又较小，电动机的平均负载率仅为25.0％左右。由于电动机为感性负载，当负载率很低时，其工作效率和功率因数也很低，《油田生产系统节能监测规范》(GB/T3145-2015)中规定游梁式抽油机功率因数的节能限定值仅为0.4；抽油机功率因数过低，会使配电网网损增大，严重影响了供电电压质量和生产安全。抽油机功率因数过低和电动机大马拉小车严重的问题，两个方面客观造成了游梁抽油机具有极大的节能潜力。

通过实验证明：永磁电动机对电源电压的大小非常敏感，在不同的电源电压大小下，与永磁电动机的额定反电动势相比，其运行特征可以归结为以下三点：当电源电压与永磁电动机额定反电动势一致时，永磁电动机的功率因数较高，启动和带负载能力与永磁电动机出厂设计值一致；当电源电压高于与永磁电动机额定反电动势时，永磁电动机将相当于扩大容量的电动机，功率因数将低于出厂设计值，但电动机启动和带负载能力将出厂高于设计值；当电源电压低于与永磁电动机额定反电动势时，永磁电动机将相当于电动机和同步调相机的组合体，电动机和同步调相机的容量之和等于永磁电动机的额定容量。此时电动机的额定功率将低于永磁电动机的额定功率，启动和带负载能力将低于原设计值；电动机和同步调相机的容量分配取决于电源电压与永磁电动机额定反电动势的偏低程度，偏低的越少，电动机的额定功率越大，而同步调相机的功率越小，反之亦然。

根据游梁式抽油机启动惯量大、启动时需要较大功率的电动机；启动后正常运行时，所需功率较小，满足启动要求的电动机配置功率过大的情况，结合永磁电动机在不同电源电压下所呈现出的特性，充分利用永磁电动机不需要励磁电流、运行效率高的特点，通过控制柜对永磁电动机在启动、运行时定子绕组匝数的改变，从而改变其额定反电动势，实现在电源电压一定的情况下，实现一机三用的目的，即大功率启动、小功率和同步调相机运行。

大功率启动，解决抽油机启动惯量大和永磁电动机启动力矩小的问题；小功率和同步调相机运行，解决抽油机运行过程中，因大马拉小车存在的效率和功率因数低的问题。

为解决抽油机启动后，在由大功率向小功率切换过程中出现的二次启动问题，控制柜在启动时，使永磁电动机的大、小功率输入端子同时带电，启动完成后，切除大功率输入端子，小功率输入端子继续带电保持运行。

为避免抽油机在运行过程中，因卡泵、蜡卡等原因出现负荷过重导致抽油机停机等问题，控制柜在设计时采用了小功率状态出现过负荷时，自动切换到大功率状态，减少了抽油机故障停机次数；切换到大功率状态后出现过负荷时，则抽油机自动停止运行，保证了抽油机等设备的安全。

实用新型内容：

本实用新型旨在克服现有技术的缺陷，提供一种永磁电机拖动无功回馈一体化装置，解决了现有抽油机拖动装置功率因数、负载率和运行效率低的问题，也解决了永磁拖动装置启动力矩小和功率因数在不同油井上差异较大的问题，不仅简化了抽油机井场设备的数量，也可有效降低工程投资。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供以下技术方案：