[發明專利]一種永磁電機拖動無功回饋一體化裝置

在審

• 申請號: 202010020095.9
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111030549A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 來現利;趙福生;白楊
• 申請（專利權）人: 克拉瑪依市博瑞科技發展有限公司
• 主分類號: H02P25/18
• 分類號: H02P25/18;H02K3/04;H02J3/18
• 代理公司: 北京智客聯合知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11700
• 代理人: 李戍

本發明屬于油田用抽油機領域，公開一種永磁電機拖動無功回饋一體化裝置，包括多端子永磁電動機和控制柜，所述多端子永磁電動機包括定子、轉子，其特征在于，定子設有定子繞組，每個所述定子繞組具有相應的額定反電動勢，在定子繞組上設有多個輸入端子，輸入端子設有公共輸入端、大功率輸入端、小功率無功反饋輸入端，電源進線通過控制柜的交流接觸器連接每個輸入端子，帶動有機械設備運轉。不僅簡化了抽油機井場設備的數量，也可有效降低工程投資。

技術領域：

本發明屬于油田用抽油機領域，具體涉及一種永磁電機拖動無功回饋一體化裝置。

背景技術：

在油田生產過程中，廣泛使用的抽油機使采油系統成為油田的第一耗能大戶。由于游梁式抽油機的啟動慣量較大，只有裝備容量較大的電動機才能正常啟動；而在正常采油時所需電動機的容量又較小，電動機的平均負載率僅為25.0％左右。由于電動機為感性負載，當負載率很低時，其工作效率和功率因數也很低，《油田生產系統節能監測規范》(GB/T3145-2015)中規定游梁式抽油機功率因數的節能限定值僅為0.4；抽油機功率因數過低，會使配電網網損增大，嚴重影響了供電電壓質量和生產安全。抽油機功率因數過低和電動機大馬拉小車嚴重的問題，兩個方面客觀造成了游梁抽油機具有極大的節能潛力。

通過實驗證明：永磁電動機對電源電壓的大小非常敏感，在不同的電源電壓大小下，與永磁電動機的額定反電動勢相比，其運行特征可以歸結為以下三點：當電源電壓與永磁電動機額定反電動勢一致時，永磁電動機的功率因數較高，啟動和帶負載能力與永磁電動機出廠設計值一致；當電源電壓高于與永磁電動機額定反電動勢時，永磁電動機將相當于擴大容量的電動機，功率因數將低于出廠設計值，但電動機啟動和帶負載能力將出廠高于設計值；當電源電壓低于與永磁電動機額定反電動勢時，永磁電動機將相當于電動機和同步調相機的組合體，電動機和同步調相機的容量之和等于永磁電動機的額定容量。此時電動機的額定功率將低于永磁電動機的額定功率，啟動和帶負載能力將低于原設計值；電動機和同步調相機的容量分配取決于電源電壓與永磁電動機額定反電動勢的偏低程度，偏低的越少，電動機的額定功率越大，而同步調相機的功率越小，反之亦然。

根據游梁式抽油機啟動慣量大、啟動時需要較大功率的電動機；啟動后正常運行時，所需功率較小，滿足啟動要求的電動機配置功率過大的情況，結合永磁電動機在不同電源電壓下所呈現出的特性，充分利用永磁電動機不需要勵磁電流、運行效率高的特點，通過控制柜對永磁電動機在啟動、運行時定子繞組匝數的改變，從而改變其額定反電動勢，實現在電源電壓一定的情況下，實現一機三用的目的，即大功率啟動、小功率和同步調相機運行。

大功率啟動，解決抽油機啟動慣量大和永磁電動機啟動力矩小的問題；小功率和同步調相機運行，解決抽油機運行過程中，因大馬拉小車存在的效率和功率因數低的問題。

為解決抽油機啟動后，在由大功率向小功率切換過程中出現的二次啟動問題，控制柜在啟動時，使永磁電動機的大、小功率輸入端子同時帶電，啟動完成后，切除大功率輸入端子，小功率輸入端子繼續帶電保持運行。

為避免抽油機在運行過程中，因卡泵、蠟卡等原因出現負荷過重導致抽油機停機等問題，控制柜在設計時采用了小功率狀態出現過負荷時，自動切換到大功率狀態，減少了抽油機故障停機次數；切換到大功率狀態后出現過負荷時，則抽油機自動停止運行，保證了抽油機等設備的安全。

發明內容：

本發明旨在克服現有技術的缺陷，提供一種永磁電機拖動無功回饋一體化裝置，解決了現有抽油機拖動裝置功率因數、負載率和運行效率低的問題，也解決了永磁拖動裝置啟動力矩小和功率因數在不同油井上差異較大的問題，不僅簡化了抽油機井場設備的數量，也可有效降低工程投資。

為了解決上述技術問題，本發明提供以下技術方案：