基于公共直流母線的多機驅動變頻節能裝置及抽油的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種基于公共直流母線的多機驅動變頻節能裝置及抽油機，包括供電電網、變壓器、集成PWM整流裝置、公共直流母線、一個以上逆變裝置和一個以上被驅動的電機；所述供電電網輸出的三相交流電連接到所述變壓器的輸入端；所述變壓器的輸出端連接到所述集成PWM整流裝置的輸入端；所述集成PWM整流裝置的輸出端連接到所述公共直流母線的輸入端；所述公共直流母線的輸出端分別連接到一臺以上所述逆變裝置的輸入端；每臺所述逆變裝置的輸出端唯一連接一臺所述電機的輸入端。本發明解決了現有抽油機啟動轉矩大，運行負載輕，變壓器配置容量大，上下行不平衡造成電動機的再生能量問題，達到節能目的；同時還提高了功率因數、系統的可靠性以及降低了系統成本。
【專利說明】基于公共直流母線的多機驅動變頻節能裝置及抽油機
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種變頻節能裝置，具體涉及一種基于公共直流母線的多機驅動變頻節能裝置及抽油機。
【背景技術】
[0002]游梁式抽油機又名磕頭機，屬于油田開采領域中廣泛應用的一種石油抽油設備。目前，抽油機具有運行效率低、功率因數低和電能浪費大等問題，例如，抽油機的用電量約占油田總用電量的40%，其平均運行效率只有25%左右。因此，如何有效提高抽油機的運行效率，降低抽油機的用電量屬于石油行業研究的重點方向，直接影響石油行業整體的節能效果。
[0003]現有技術中，抽油機的電機通常連接兩象限變頻器，具體的，兩象限變頻器采用二極管整流橋將來自電網的交流電轉換成直流電，然后采用IGBT逆變技術將直流電轉化成電壓頻率皆可調整的交流電，進而控制交流電動機。
[0004]而對于抽油機，由于抽油機屬于位能性負載，尤其是在配重不平衡時，在抽油機工作的一個沖程周期中，會出現電動機轉子轉速大于電機的同步轉速的情況，從而使電動機變為發電狀態。處于發電狀態的電動機的回饋能量非常高，會引起主回路直流母線電壓升高，而當主回路直流母線電壓過高時會導致變頻器無法正常工作。
[0005]由于兩象限變頻器采用二極管整流橋，無法實現能量的雙向流動，所以不具有將電機回饋能量送回電網的功能。目前，為解決電動機的能量回饋問題，通常采用以下方法:如圖1所示，在變頻器的中間直流環節增加制動耗能電阻，通過制動耗能電阻消耗掉電動機回饋的能量。
[0006]上述方法主要存在以下問題:(I)兩象限變頻器所采用的二極管整流橋會對電網產生嚴重諧波污染，降低了功率因數；(2)回饋能量被制動耗能電阻直接消耗掉，浪費了電能；(3)每臺抽油機均需要配置一臺變壓器和一臺變頻器，每個變頻器都具有整流環節，對于多臺抽油機相距較近的場合，浪費了系統資源，增加了系統成本。
【發明內容】
[0007]針對現有技術存在的缺陷，本發明提供一種基于公共直流母線的多機驅動變頻節能裝置及抽油機，能充分利用電動機的回饋能量，達到節能目的；同時還提高了功率因數、系統的可靠性以及降低了系統成本。
[0008]本發明采用的技術方案如下:
[0009]本發明提供一種基于公共直流母線的多機驅動變頻節能裝置，包括供電電網、變壓器、集成PWM整流裝置、公共直流母線、一個以上逆變裝置和一個以上被驅動的電機；所述供電電網輸出的三相交流電連接到所述變壓器的輸入端；所述變壓器的輸出端連接到所述集成PWM整流裝置的輸入端；所述集成PWM整流裝置的輸出端連接到所述公共直流母線的輸入端；所述公共直流母線的輸出端分別連接到一臺以上所述逆變裝置的輸入端；每臺所述逆變裝置的輸出端唯一連接一臺所述電機的輸入端。
[0010]優選的，所述集成PffM整流裝置包括串聯的熔斷器、斷路器、上電緩沖電路、接觸器、輸入濾波電抗器和PWM整流器；并且，所述接觸器并聯有預充電電阻。
[0011]優選的，所述PWM整流器為PWM脈寬調制可控制的IGBT整流電路。
[0012]優選的，所述逆變裝置包括串聯的短路保護電路、緩沖電路和逆變器。
[0013]優選的，所述短路保護電路包括串聯的斷路器和熔斷器。
[0014]優選的，所述短路保護電路為兩路，包括第一短路保護電路和第二短路保護電路；所述第一短路保護電路與所述公共直流母線的正母線串聯，所述第二短路保護電路與所述公共直流母線的負母線串聯。
[0015]本發明提供一種抽油機，包括上述的基于公共直流母線的多機驅動變頻節能裝置。
[0016]本發明的有益效果如下:
[0017]本發明提供一種基于公共直流母線的多機驅動變頻節能裝置及抽油機，具有以下優點:(1)每臺抽油機配置一臺四象限變頻器，當電動機處于發電狀態時，回饋能量可以通過PWM整流器回饋給電網，從而充分利用了回饋能量，達到節能目的；同時也降低了回饋電流對電網側的諧波污染，提高了功率因數和系統的可靠性；(2)當使用多臺抽油機時，各臺抽油機各自獨立配置逆變裝置，但共用整流裝置，從而降低了系統成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為現有技術提供的抽油機驅動裝置的結構示意圖；
[0019]圖2為本發明提供的基于公共直流母線的多機驅動變頻節能裝置的結構示意圖；
[0020]圖3為本發明提供的集成PWM整流裝置的結構示意圖；
[0021]圖4為本發明提供的共直流母線的連接兩個電動機的逆變裝置的結構示意圖；
[0022]圖5為本發明提供的共直流母線的連接一個電動機的逆變裝置的結構示意圖；
[0023]其中，I—公共直流母線；2-—短路保護及緩沖裝置；3-—逆變器。
【具體實施方式】
[0024]以下結合附圖對本發明進行詳細說明:
[0025]如圖2所示，本發明提供一種基于公共直流母線的多機驅動變頻節能裝置，包括供電電網、變壓器、集成PWM整流裝置、公共直流母線、一個以上逆變裝置和一個以上被驅動的電機；所述供電電網輸出的三相交流電連接到所述變壓器的輸入端；所述變壓器的輸出端連接到所述集成PWM整流裝置的輸入端；所述集成PWM整流裝置的輸出端連接到所述公共直流母線的輸入端；所述公共直流母線的輸出端分別連接到一臺以上所述逆變裝置的輸入端；每臺所述逆變裝置的輸出端唯一連接一臺所述電機的輸入端。
[0026]如圖3所示，集成PWM整流裝置包括串聯的熔斷器、斷路器、上電緩沖電路、接觸器、輸入濾波電抗器和PWM整流器；并且，所述接觸器并聯有預充電電阻。其中，PWM整流器為PWM控制的IGBT整流電路。由于本發明采用的PWM整流器為PWM控制的IGBT整流電路，具有整流和回饋的雙向控制，因此，當整流器處在整流狀態時，將交流輸入電轉換為直流電送入公共直流母線上；當整流器處在回饋狀態時，將電動機的再生能量轉換為電能輸送回電網。
[0027]如圖4-5所示，逆變裝置包括串聯的短路保護電路、緩沖電路和逆變器。其中，短路保護電路包括串聯的斷路器和熔斷器。另外，短路保護電路為兩路，包括第一短路保護電路和第二短路保護電路；所述第一短路保護電路與所述公共直流母線的正母線串聯，所述第二短路保護電路與所述公共直流母線的負母線串聯。在圖5中，第一短路保護電路為斷路器QF2和熔斷器FU4 ;第二短路保護電路為斷路器QF3和熔斷器FU5 ;緩沖電路為并聯的R4和K2。對于多臺變頻器共直流母線系統，當共母線系統中的一臺變頻器發生故障導致器件短路或擊穿時，容易出現安全事故，影響整個系統的運行，因此，本發明中，為防止故障進一步擴大，保證共母線系統的安全，在正、負母線分別串聯熔斷器。其中斷路器QF2起到控制的作用，可以適時將逆變器切到共母線系統中，并具有當逆變器發生故障時，從共母線系統中切出故障逆變器的功能。
[0028]本發明提供的基于公共直流母線的多機驅動變頻節能裝置的工作原理為:
[0029]當電動機處于作功狀態時，從電網輸出的三相電流經過變電器變壓后輸入到集成PWM整流裝置；集成PWM整流裝置將三相電流整流為直流電后，輸出到公共直流母線；從公共直流母線輸出的直流電經逆變裝置作用后，轉換為交流電，從而為電動機供電。而當電動機處于發電狀態時，電動機產生的能量通過與上述完全可逆的通路回饋到電網，達到充分利用電動機回饋能量的目的。
[0030]本發明還提供一種應用上述基于公共直流母線的多機驅動變頻節能裝置的抽油機。
[0031]綜上所述，本發明提供的基于公共直流母線的多機驅動變頻節能裝置及抽油機，具有以下優點:(I)每臺抽油機配置一臺四象限變頻器，當電動機處于發電狀態時，回饋能量可以通過PWM整流器回饋給電網，從而充分利用了回饋能量，達到節能目的；同時也降低了回饋電流對電網側的諧波污染，提高了功率因數和系統的可靠性；(2)當使用多臺抽油機時，各臺抽油機各自獨立配置逆變裝置，但共用整流裝置，從而降低了系統成本。
[0032]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種基于公共直流母線的多機驅動變頻節能裝置，其特征在于，包括供電電網、變壓器、集成PWM整流裝置、公共直流母線、一個以上逆變裝置和一個以上被驅動的電機；所述供電電網輸出的三相交流電連接到所述變壓器的輸入端；所述變壓器的輸出端連接到所述集成PWM整流裝置的輸入端；所述集成PWM整流裝置的輸出端連接到所述公共直流母線的輸入端；所述公共直流母線的輸出端分別連接到一臺以上所述逆變裝置的輸入端；每臺所述逆變裝置的輸出端唯一連接一臺所述電機的輸入端。
2.根據權利要求1所述的基于公共直流母線的多機驅動變頻節能裝置，其特征在于，所述集成PWM整流裝置包括串聯的熔斷器、斷路器、上電緩沖電路、接觸器、輸入濾波電抗器和PWM整流器；并且，所述接觸器并聯有預充電電阻。
3.根據權利要求2所述的基于公共直流母線的多機驅動變頻節能裝置，其特征在于，所述PWM整流器為PWM脈寬調制可控制的IGBT整流電路。
4.根據權利要求1所述的基于公共直流母線的多機驅動變頻節能裝置，其特征在于，所述逆變裝置包括串聯的短路保護電路、緩沖電路和逆變器。
5.根據權利要求4所述的基于公共直流母線的多機驅動變頻節能裝置，其特征在于，所述短路保護電路包括串聯的斷路器和熔斷器。
6.根據權利要求4所述的基于公共直流母線的多機驅動變頻節能裝置，其特征在于，所述短路保護電路為兩路，包括第一短路保護電路和第二短路保護電路；所述第一短路保護電路與所述公共直流母線的正母線串聯，所述第二短路保護電路與所述公共直流母線的負母線串聯。
7.—種抽油機,其特征在于,包括權利要求1-6任一項所述的基于公共直流母線的多機驅動變頻節能裝置。
【文檔編號】H02P27/06GK103887988SQ201210559986
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月21日 優先權日:2012年12月21日
【發明者】郭振剛, 馬寧 申請人:北京天弈谷能源技術有限公司