S5100 永磁同步驱动器油田磕头机应用

台湾三碁S5100 永磁同步驱动器油田磕头机应用

一.概述

1).磕油机是油田抽取原油的设备,通常由普通交流异步电动机通过皮带及减速箱来驱动抽油杆,而本方案是采用 S5100 永磁同步驱动器驱动高能效低转速的交流永磁同步电机(7Hz6RPM)省去了皮带及减速箱.其曲柄带以配重平衡块带动抽油杆,驱动井下抽油泵做固定周期的上下往复运动,把井下的油送到地面.在一个冲次内,随着抽油杆的上升/下降,而使电机工作在电动/发电状态.上升过程电机从电网吸收能量电动运行;下降过程电机的负载性质为位势负载,加之井下负压等使电动机处于发电状态,把机械能量转换成电能回馈到驱动器本身.

2).S5100 系列驱动器的核心算法是专门针对永磁同步电机特性而设计，产品性能达到国际先进水准，是当前市面上性价比最好的永磁电机驱动器.

二.工艺要求

1,高效节能

2,噪声小

3,维护方便

三.方案对比

1.传统的控制方案是 变频器 + 常规的四级或六级交流异步机 + 皮带 + 减速箱,如图 1 所示.

图1 传统驱动控制方式

2.本控制方案是 S5100 永磁同步驱动器 + 高效交流永磁电机(7Hz6RPM),如图 2 所示.

图 2 本方案驱动控制方式

1.传统方式缺点:

磕油机冲次冲程一般在 2~6RPM 左右,由于井下油层情况较复杂,有富油井 贫油井 稀油井 稠油井 之分,且变化的地层因素如油中含砂 蜡 水 气等复杂情况对每冲次抽出的测量有很大影响.因此不同井况需要定不同的冲速.每次冲程中,负载是实时变化的,因此对驱动器及传动部分都得经过考验.传统方式 电机转速 1460/960RPM 左右,因此中间需要采用皮带+减速机(一般采用三级齿轮的硬齿面),带来了几方面的问题.

1),降低了传动系统的效率,电功率有一部分没有传递到负载而是直接在皮带磨擦热及减速箱的阻力过程中消耗掉了. 

2),噪音:除了电机高速运转带来的噪音之外,皮带老化啪啪响,大功率减速箱齿面之间的摩擦,撞击也带来了巨大的噪声.

3),维护:皮带磨损厉害甚至一两天就得更换,这需要人力物力还影响生产;减速箱因为需要加油润滑,又需要输入输出很大的扭矩,油路的密封是个老大难问题.很难永久性解决,这就带来了清理,加注润滑油,定期更换油封等问题.

 2.本方案优点:

 1),高效节能:高扭矩(此类磕油机需要约 53000Nm)直接驱动曲杆,在整个调速范围内的综合效率高于常规的交流异步电机.更重要的是,省去了皮带磨擦热,减速机构功率损耗,整个系统的电效率即为系统的机械效率.

 2),降低传动噪音:该电机额定转速为 6RPM,正常工作时转速一般为 4RPM,电机旋转噪音就很小了.且取消了皮带,齿轮减速机构,噪音明显降低很多,明显减少了噪声. 3),维护:免去了皮带更换,及减速箱润滑维护等问题,因此减少了原来维护的人力物力.

 五.本方案实现方法1,接线示意图