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电机拖动系统中变频器调速原理和应用分析

来源:BOB真人    发布时间:2024-05-06 05:48:33

我国的油田绝大部分为低能、低产油田,不像国外的油田有很强的自喷能力,大部分油要靠注水来压油入井,

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  我国的油田绝大部分为低能、低产油田,不像国外的油田有很强的自喷能力,大部分油要靠注水来压油入井,靠抽油机(磕头机)把油从地层中提升上来。在我国,以水换油、以电换油是目前油田的现实,耗电费用在我国的石油开采成本中占了相当大的比例。所以,为进一步提升抽油机采油系统效率,节约能源,降低开采成本,研制开发数字化抽油机就显得很重要。游梁式抽油机作为油田开发的主要设备,往往在现场应用中,还存在抽油机运行参数与油井参数相差较大,抽油机的平衡状态和工作冲次与油井参数不匹配,致使抽油机的工作状态不良、系统效率低下等弊病。数字化抽油机的研制开发能够准确的通过油井负荷大小使抽油机达到最佳的平衡状态,根据油井的产液量使抽油机工作在合理的冲次,并根据油井工况对抽油机进行相对有效的保护;从而最大限度的使抽油机的运行参数与油井参数相一致,发挥抽油机的工作上的能力,达到低碳开发和节能开采的目的。数字化抽油机除了具备井口数据采集、传输和远程启停外,还需实现抽油机的自动调参目的,实现真正意义的数字化管理和智能控制。

  游梁式抽油机运动为反复地上下提升,一个冲程提升一次,其动力来自于电动机带动的两个重量相当大的平衡块,当平衡块提升时,将采油机杆送入井中,平衡块下降时,采油杆提出带油至井口。由于电机转速一定,在滑块下降过程中,负荷减轻,电机拖动产生的能量无法被负载吸引,导致电机进入再生发电状态,将多余的能量反馈到电网,引起主回路母线电压的升高,势必会对整个电网产生冲击,导致电网供电质量下降,功率因数降低,频繁的高压冲击会损坏电机,缩短电机寿命、维护量加大。

  另一方面游梁式抽油机为客服大的起动转矩,采用的电动机远大于实际所需功率,工作时电动机的利用率一般在20%~30%之间,最高不会超过50%,电动机经常处于轻载状态,造成了电动机资源的浪费。并且抽油机的工作情况是连续变化的,这些都取决于地底下的状态,若始终处于工频运行,势必也会造成电能的浪费。为了节能,提高电动机的工作效率,需进行变频改造。

  为了解决以上问题,可将变频技术引入到游梁式抽油机控制中去。根据电机理论可知,其转速公式为:n=60f(1-s)/P 其中:P为电动机的极对数,s为转差率,f为供电电源频率,n为电动机的实际转速。从式能够准确的看出,电机转速与频率近似成正比,改变频率即可以平滑地调节电机转速,从而能够连续地改变提油机的抽油速度。根据电动机工作电流的大小确定电动机的工作频率,这样做才能够根据井况的变化,方便的调节抽油机的冲程,达到节能和提高电网功率因数的目的。同时变频调速器具有低速软启动,转速可以平滑地大范围调节,对电动机保护功能齐全,如短路、过载、过压、欠压及失速等,可有效地保护电机及机械设备,保证设备在安全的电压下工作,具有运行平稳、可靠,提高功率因数等诸多优点,是采油设备改造的理想方案。

  抽油机节能目前来说比较成熟的方案就是采用变频器对其电机拖动系统进行改造,抽油机用变频器拖动有如下三个优点:

  (1)大大提高了功率因数(可由原来的0.25~0.5提高到0.9以上),大大减小了供电电流,从而减轻了电网及变压器的负担,降低了线损。以提高电网质量,减小对电网影响为目标的变频改造。这主要集中在供电企业对电网质量要求较高的场合,为了避免电网质量的下降,需引入变频控制,其主要目的就是减小抽油机工作过程对电网的影响。

  (2)可根据油井的实际供液能力,动态调整抽取速度,一方面达到节能目的,同时还可以增加原油产量。

  (3)实现了的“软起动”,对电动机、变速箱、抽油机都避免了过大的机械冲击,延长了设备的使用寿命,提高了生产效率。

  Goodrive200A变频器是我司开发的新一代开环矢量型变频器,可用来控制异步交流感应电机。产品采用国际领先的无速度传感器矢量控制技术,运用DSP控制系统,并且强化产品的可靠性和环境的适应性以及客户化的设计,功能更优化,应用更灵活,性能更稳定。

  Goodrive200A开环矢量型变频器具有优异的空间电压控制性能,能满足不同客户多种应用需求。同时,Goodrive200A开环矢量型变频器具有超出同类产品的防跳闸性能和适应恶劣电网、温度、湿度和粉尘能力,极大提高产品可靠性。

  Goodrive200A开环矢量型变频器采用模块化设计,在满足客户通用需求的前提下,通过扩展设计可以灵活地满足客户个性化需求。强大的速度控制、简易PLC、灵活的输入输出端子、脉冲频率给定、摆频控制等,满足各种复杂传动的要求,同时为设备制造业客户提供高集成度的一体化解决方案,对降低系统成本,提高系统可靠性具有极大价值。

  Goodrive200A开环矢量型变频器通过电磁兼容性整体设计,满足用户对应用场所的低噪音、低电磁干扰的环保要求。

  在游梁式抽油机变频拖动的实际应用过程中出现了许多问题,这些问题主要集中在游梁式抽油机的发电状态产生的能量的处理上。

  这种方式可比较方便的实现,但是以多耗电能为代价,这主要是因为发电能量不能回馈电网造成的。在未采用变频器时,电动机处于电动状态时,电动机从电网吸收电能(电表正转);电动机处于发电状态时,电动机释放能量(电表反转),电能直接回馈电网的,并没有在本地设备上耗费掉。综合表现为抽油机的供电系统的功率因数较低,对电网质量影响较大。但是在使用普通变频器时,情况发生了变化。普通变频器的输入是二极管整流,能量不可反方向流动。上述这部分电能没有流回电网的通路,必须用电阻来就地消耗,这就是必须使用能耗制动单元的原因。

  为了回馈再生能量,提高效率,可以采用能量回馈装置,将再生能量回馈电网,当然这样一来,系统就更复杂,投资也就更高了。所谓能量回馈装置,其实就是一台有源逆变器。按采用的功率开关器件的不同又可以分为晶闸管(SCR)有源逆变器及绝缘栅双极型晶体管(IGBT)逆变器两种,它们的共同特点是可以将变频器直流回路的电压反馈到电网,如图1所示。加装能量回馈单元的变频器适用于交流50Hz,额定电压380V的异步电动机,实现软起动、软停车和调速运行过程控制。具有起动电流小、速度平稳、性能可靠、对电网冲击小等优点,可实现上下速度任意调节和闭环控制运行;用户可根据油井的液位、压力确定抽油机的冲机、速度和产液量,降耗节能,提高泵效;使设备减少磨损,延长使用寿命,高效节能低成本,实现在最大节能状态下的自动化运行。

  通过油田现场测试的抽油机的示功图表明由Goodrive200A变频器组成数字化抽油机运行良好,抽油机工作在最佳的状态。采用英威腾Goodrive200A变频器作为控制的解决方案在数字化抽油机应用中有如下优点:(1)变频解决方案,能够准确的通过现场油井负荷大小使抽油机达到最佳的平衡状态,根据油井的产液量使抽油机工作在合理的冲次,并根据油井工况对抽油机进行有效的保护;从而最大限度的使抽油机的运行参数与油井参数相一致,发挥抽油机的工作能力,实现低碳开发和节能开采。(2)变频器内置的通讯功能,提供RS485通讯接口,使之与RTU控制模块的通讯连接更加简便。(3)模块化设计,系统的维护更加简单。(4)变频器具有短路、过载、过压、缺相、失速等多种保护和故障输出功能,能有效保证系统安全高效的运行。(5)可以通过站控平台有效实现变频器的参数调整及管理要求,实现真正意义上的井场无人值守。胜利油田某采油厂2012年使用能量回馈式电磁调速电动机135台。经测试其平均吨液有功节电率为32%,平均吨液无功节电率为43%,功率因数平均提高0.21,综合节电率为35%。形成年节电能力456万千瓦时,年节电效益320万元。下图为现场抽油机变频器系统图片。

  数字化抽油机除了具备井口数据采集、传输和远程启停外,还实现了抽油机的自动调参,最大限度地降低一线员工的劳动强度和减少一线员工的用工总量,使井场设备达到无人值守。英威腾Goodrive200A变频器作为数字化抽油机的动力驱动设备,以其高效、低噪声、大启动转矩、高可靠性、良好的调速性能、免维护等优越性在数字化抽油机中有着良好的应用,经实际运行证明:此控制系统稳定、进一步提高抽油机采油系统效率,节约能源,降低开采成本,实现油田经济有效开发,实现真正意义上的数字化管理和智能控制。

  变频器加速和减速怎么调 变频器的加速和减速控制是调整电机转速的关键,以下是一些常见的调整方法: 调整加速时间:加速时间是变频器将电机从静止状态加速到额定速度所需的时间。加速时间较短时,电机转速变化快,但会产生较大的起始电流;加速时间较长时,电机转速变化较慢,但起始电流较小。可以根据实际情况,调整加速时间,以达到适当的电机转速和起始电流。 调整减速时间:减速时间是变频器将电机从额定速度减速到静止状态所需的时间。减速时间较短时,电机转速变化快,但会产生较大的反向电动势;减速时间较长时,电机转速变化较慢,但反向电动势较小。可以根据实际情况,调整减速时间,以达到适当的电机转速和反向电动势。 调整S曲线:S曲

  全面解析电机驱动芯片A4950及H桥电路,主要分为以下几个方面: 一、H桥电路基础知识 1.原理图(以全NMOS管为例) 从上图可看出,此电机驱动电路由4个NMOS管构成,形如H型,故名为H桥电路。通过控制4个MOS管的导通与截止达到对中间电机的不同控制效果。NMOS管的栅极为高电平时导通,低电平时截止。 2. H桥工作模式 正转模式 当Q1、Q4的栅极为高电平,Q2、Q3为低电平时,Q1,Q4导通,如下图所示,电机正向旋转。 反转模式 当Q2、Q3的栅极为高电平,Q1、Q4为低电平时,Q2,Q3导通,如下图所示,电机反向旋转。 3.补充 H桥中绝对不能出现同侧(左侧/右侧)的FET同时导通的情况,因为这样会导致电流不

  驱动芯片A4950及H桥电路分析 /

  Mouser 备货Freescale Kinetis KV1x 微控制器

  2014 年 7 月 11 日 – 贸泽电子 (Mouser Electronics) 即日起开始供应Freescale Semiconductor 的 Kinetis® KV1x 微控制器系列产品。Kinetis V 系列 KV1x MCU 产品是 Freescale 全新 Kinetis V 系列的入门级产品,此可扩展的微控制器 (MCU) 系列产品的目标应用市场为数字电机控制。采用 75 MHz ARM® CortexM0+ 内核的 Kinetis KV1x 系列产品具有整数除法和平方根协处理器,从而降低了因需要电机控制算法而引起的 CPU 负荷。 相较于同级的其他微控制器,Mouser Electronics 提供

  据韩国先驱报报道,三星电机日前宣布,公司已研发出五种用于汽车的新型MLCC,扩大了产品阵容,以进一步打入全球市场。 图源:三星电机 据悉,MLCC是电子产品的重要组成部分,它控制电流以稳定的水平流动,为芯片提供所需的电量并消除产品内部的噪音。这种电容器被称为电子器件中最微小的部分,现在的智能手机每台至少需要1000个电容器,而一辆汽车需要3000到10000个电容器。 三星电机研发的五种新型MLCC包括用于动力系统的三款和用于防抱死制动系统的两款,未来将向全球汽车制造商供货。三星机电执行副总裁Kim Doo-young表示,“汽车MLCC的研发和量产需要高水平的技术,三星将提供差异化的材料和工艺技术,为客户提供具有竞争力的产

  宣布研发了5种新型车用MLCC /

  我们都知道电动机的三相定子绕组通过电流产生旋转磁场,根据磁电感应的原理,电动机的外壳就会产生感应电动势,此电动势的大小就取决于变频器IGBT的开关频率的大小,由于高性能的控制要求高的开关频率,其开关速度很快,则DV/DT偏大,同时这个感应电动势就偏大,人触摸上就有电击的感觉。 理论上IGBT的开关速度越快,电机外壳上的感应电动势就越高,而变频器对电机的控制精度和响应就越高,人触摸之后被电的感觉就越高,反之,IGBT的开关频率慢,感应电就小,人触摸的感觉就小,所以国内的低端变频器设计的开关频率偏低,控制电机后感应电小,人摸上没啥感觉,但其控制性较差,动态响应较慢。 漏电问题的解决方案 为了避免这个问题的发生,在硬

  高压变频器设备功率较大,4%的功率损耗主要以热量形式散失在运行环境当中。如果不能及时有效的解决变频器室的工作环境温度问题,将直接危及变频器本体的运行安全;最终因为温度过高,导致变频器过热保护动作跳闸。为保证变频器具有良好的运行环境,必须对变频器及运行环境的温度控制采取措施。 二、冷却方式 通过变频器工程应用经验的积累,针对不同的应用环境现场提供完整的变频器冷却系统解决方案。常用的几种冷却方式主要包括:⑴ 风道开放式冷却;⑵ 空调密闭冷却;⑶ 空-水冷密闭冷却;⑷ 设备本体水冷却;⑸ 上述方式组合冷却。 1. 风道开放式冷却 1.1 冷却过程 冷风经变频室通风入口滤网进入变频器,经过对机体进

  的集中冷却技术 /

  2021年,国内制造业出现了大幅的上涨,据国家统计局数据显示,2021年9月份全国PPI同比上涨10.7% 环比上涨1.2%;工业品采购价更是上涨了14.3%之多。 得益于中国经济的增长和先进制造业的快速发展,作为全球4大顶级品牌工业机器人和核心组件制造商之一的日本安川电机,于10月8日宣布,预计2021财年(截至2022年2月)合并净利润(国际会计准则)增至425亿日元,是上年的2.2倍。 安川电机预计2021财年营业收入将增长24%,达到4850亿日元,营业利润增至2.1倍的580亿日元。分别比此前预期增加250亿日元和40亿日元。从整个财年的分析师预测平均值(日本Quick Consensus公司)来看,销售收入为4789亿

  一、引言 陶瓷窑炉一般是指烧制陶瓷制品的烧成设备。其辊道窑急冷风机、抽湿风机都是采用离心式风机。传统的炉内温度控制方法是通过调节风门或者风道挡板的开度来调节热风进风量,从而获得需要的温度,生产出符合质量发展要求的产品。但是该控制方式会导致较大的电能浪费,而且工人的熟练程度也影响着产品的质量。由于风机的机械特性为平方转矩特性,即风量与转速成正比,功率与转速的立方成正比,将系统风机采用变频控制,通过温度传感器检测,PID控制调节风机转速进而调节风量,将会具有非常显著的节能效果,同时可有效提升产品质量与工作效率。 二、工艺介绍和要求 陶瓷窑炉使用燃料燃烧或电能转换产生的热量,将物料进行冶炼、焙烧、烧结、熔化、加热。不同的原材料及制品其烧

  在陶瓷窑炉风机的应用 /

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