S5100 永磁同步驅動器油田磕頭機應用

臺灣三碁S5100 永磁同步驅動器油田磕頭機應用

一.概述

1).磕油機是油田抽取原油的設備,通常由普通交流異步電動機通過皮帶及減速箱來驅動抽油桿,而本方案是采用 S5100 永磁同步驅動器驅動高能效低轉速的交流永磁同步電機(7Hz6RPM)省去了皮帶及減速箱.其曲柄帶以配重平衡塊帶動抽油桿,驅動井下抽油泵做固定周期的上下往復運動,把井下的油送到地面.在一個沖次內,隨著抽油桿的上升/下降,而使電機工作在電動/發電狀態.上升過程電機從電網吸收能量電動運行;下降過程電機的負載性質為位勢負載,加之井下負壓等使電動機處于發電狀態,把機械能量轉換成電能回饋到驅動器本身.

2).S5100 系列驅動器的核心算法是專門針對永磁同步電機特性而設計，產品性能達到國際先進水準，是當前市面上性價比最好的永磁電機驅動器.

二.工藝要求

1,高效節能

2,噪聲小

3,維護方便

三.方案對比

1.傳統的控制方案是 變頻器 + 常規的四級或六級交流異步機 + 皮帶 + 減速箱,如圖 1 所示.

圖1 傳統驅動控制方式

2.本控制方案是 S5100 永磁同步驅動器 + 高效交流永磁電機(7Hz6RPM),如圖 2 所示.

圖 2 本方案驅動控制方式

1.傳統方式缺點:

磕油機沖次沖程一般在 2~6RPM 左右,由于井下油層情況較復雜,有富油井 貧油井 稀油井 稠油井 之分,且變化的地層因素如油中含砂 蠟 水 氣等復雜情況對每沖次抽出的測量有很大影響.因此不同井況需要定不同的沖速.每次沖程中,負載是實時變化的,因此對驅動器及傳動部分都得經過考驗.傳統方式 電機轉速 1460/960RPM 左右,因此中間需要采用皮帶+減速機(一般采用三級齒輪的硬齒面),帶來了幾方面的問題.

1),降低了傳動系統的效率,電功率有一部分沒有傳遞到負載而是直接在皮帶磨擦熱及減速箱的阻力過程中消耗掉了. 

2),噪音:除了電機高速運轉帶來的噪音之外,皮帶老化啪啪響,大功率減速箱齒面之間的摩擦,撞擊也帶來了巨大的噪聲.

3),維護:皮帶磨損厲害甚至一兩天就得更換,這需要人力物力還影響生產;減速箱因為需要加油潤滑,又需要輸入輸出很大的扭矩,油路的密封是個老大難問題.很難永久性解決,這就帶來了清理,加注潤滑油,定期更換油封等問題.

 2.本方案優點:

 1),高效節能:高扭矩(此類磕油機需要約 53000Nm)直接驅動曲桿,在整個調速范圍內的綜合效率高于常規的交流異步電機.更重要的是,省去了皮帶磨擦熱,減速機構功率損耗,整個系統的電效率即為系統的機械效率.

 2),降低傳動噪音:該電機額定轉速為 6RPM,正常工作時轉速一般為 4RPM,電機旋轉噪音就很小了.且取消了皮帶,齒輪減速機構,噪音明顯降低很多,明顯減少了噪聲. 3),維護:免去了皮帶更換,及減速箱潤滑維護等問題,因此減少了原來維護的人力物力.

 五.本方案實現方法1,接線示意圖