基于公共直流母线的抽油机多机驱动装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于公共直流母线的抽油机多机驱动装置，包括前端集成PWM整流器和后端处理装置；所述前端集成PWM整流器用于将电网的交流电转换为直流电或将电机的再生能量转换为电能送回所述电网；所述后端处理装置用于将所述前端集成PWM整流器输出的直流电驱动电机负载；所述后端处理装置包括短路保护及缓冲装置、逆变器，本发明的有益效果是：为解决了现有技术中功率因数低，谐波电流大，能耗制动不节能的问题，并解决了多台抽油机相距较近的场合，成本也比较高的问题。
【专利说明】基于公共直流母线的抽油机多机驱动装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及抽油机驱动变频节能装置，尤其涉及基于公共直流母线的抽油机多机驱动装置。
【背景技术】
[0002]游梁式抽油机又名磕头机，是目前各个油田应用最普遍的石油抽油设备，也是油田耗电大户，抽油机用电量约占油田总用电量的40%，运行效率非常低，平均运行效率只有25%，功率因数低，电能浪费大。因此，抽油机节能潜力非常巨大，石油行业也是推广电机系统节能的重点行业。
[0003]抽油机属于位能性负载，尤其是在配重不平衡时，在抽油机的一个冲程周期中，会使电动机处于发电状态。电动机由于位能或者惯性，其转速会超过同步转速，再生能量通过与变频器逆变桥功率开关器件IGBT并联的续流二极管的整流作用，反馈到直流母线。由于普通的两象限的变频器，其母线是通过普通二极管整流桥供电，不能向电网回馈电压，所以反馈到直流母线的再生能量只能对滤波电容充电而使母线电压升高。变频器在设计时，为了保护器件，会设置一个母线过压保护，当母线电压值到达一定值时，会触发此保护以保护变频器中的器件。所以再生能量会将母线电压充电到设定的过压值，会保护停机。
[0004]一般，处理抽油机再生能量传统的做法是普遍采用不控整流的两象限变频器与制动单元、制动电阻结合使用的方案，每个逆变单元都具有整流环节、直流环节和逆变环节，且整流环节一般为不控二极管整流器结构，这种方式是在母线电压上并制动单元及制动电阻，将能量直接消耗在制动电阻上，这种做法的缺点是回馈能量被电阻消耗掉，对节能不利，且电网侧的谐波电流比较大，功率因数低下。同时，每台抽油机配一台变压器和变频器，每个变频器都具有整流环节，对于多台抽油机相距较近的场合，资源浪费，系统成本增加。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种基于公共直流母线的抽油机多机驱动装置，解决现有抽油机驱动变频节能装置功率因数低，谐波电流大，能耗制动不节能的问题的技术问题。
[0006]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种基于公共直流母线的抽油机多机驱动装置，包括前端集成PWM整流器和后端处理装置；所述前端集成PWM整流器用于将电网的交流电转换为直流电或将电机的再生能量转换为电能送回所述电网；所述后端处理装置用于将所述前端集成PWM整流器输出的直流电驱动电机负载；所述后端处理装置包括短路保护及缓冲装置、逆变器，所述短路保护及缓冲装置的输入端与所述前端集成PWM整流器的输出端电连接，所述短路保护及缓冲装置的输出端与所述逆变器的输入端电连接，所述逆变器的输出端与所述电机负载的输入端电连接。
[0007]本发明的有益效果是:为解决了现有技术中功率因数低，谐波电流大，能耗制动不节能的问题，并解决了多台抽油机相距较近的场合，成本也比较高的问题。
[0008]进一步:所述保护及缓冲装置包括直流断路器、熔断器(FU4、FU5;FU6、FU7)、接触器、功率电阻，所述直流断路器的输入端与所述前端集成PWM整流器的输出端电连接，所述直流断路器的输出端经所述熔断器(FU4、FU5;FU6、FU7)与所述功率电阻的输入端电连接，所述功率电阻的输出端与所述逆变器的输入端电连接，所述接触器与所述功率电阻并联连接；所述后端处理装置至少设为两个，一个所述后端处理装置只与一个所述电机负载电连接。
[0009]进一步:所述前端集成PWM整流器包括第一熔断器、第一断路器QF、第一接触器K1、第一电抗器和PWM整流器；所述第一熔断器的输入端与所述电网电连接；所述第一熔断器的输出端与所述第一断路器QF的输入端电连接；所述第一断路器QF的输出端与所述第一接触器Kl的输入端电连接；所述第一接触器Kl的输出端与所述第一电抗器输入端电连接，所述第一接触器Kl上并联第一功率电阻；所述第一电抗器的输出端与所述PWM整流器输入端电连接；所述PWM整流器输出端与每个所述后端处理装置中的所述直流断路器输入端电连接。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明的第一实施例的结构示意图；
[0011]图2为本发明的第二实施例的结构示意图；
[0012]图3为本发明的第二实施例的前端集成PWM整流器结构示意图；
[0013]图4为本发明的第二实施例的第一后端处理装置结构示意图；
[0014]图5为本发明的第二实施例的第二后端处理装置结构示意图。
[0015]附图中，各标号所代表的部件列表如下:
[0016]10、电网，20、变压器，30、PWM整流器，40、逆变器，50、抽油机，1、电网，1.1、第一功
率电阻，1.2、第一电抗器，1.3、PWM整流器，2、逆变器的输出端，2.1、短路保护及缓冲装置，
2.2、逆变器，3、逆变器的输出端，3.1、短路保护及缓冲装置，3.2、逆变器。
【具体实施方式】
[0017]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0018]如图1所示，本发明的第一实施例的结构示意图，为解决功率因数低，谐波电流大，能耗制动不节能的问题，对于游梁式抽油机，可以采用PWM整流的四象限变频器方案，变压器20、PWM整流器30、逆变器40、抽油机50串联连接；每台抽油机05配置一台四象限变频器。这种方案由于采用了 PWM整流器30，抽油机50处于发电状态时，电能可以通过PWM整流器30回馈给电网10，解决了不控整流时电网10侧的谐波电流比较大，能耗制动时浪费严重等问题。但该方案依然没有解决对于多台抽油机相距较近的场合，成本也比较高的问题。
[0019]为解决上述方案的局限和缺陷，下述方案提供了一种能够实现能量回馈、减小电源的谐波污染、高功率因数、共用直流母线的系统装置一基于公共直流母线的抽油机多机驱动装置。
[0020]如图2、图3所述，本发明的第二实施例的结构示意图，为基于公共直流母线的抽油机多机驱动装置，其包括前端集成PWM整流器和后端处理装置；所述前端集成PWM整流器用于将电网I (三相交流电)的交流电转换为直流电输送到公共直流母线上或将电机的再生能量转换为电能送回所述电网I ;所述后端处理装置用于将所述前端集成PWM整流器输出的直流电驱动电机负载。所述后端处理装置至少设为两个，一个所述后端处理装置只与一个所述电机负载电连接。本实例采用两个后端处理装置:第一后端处理装置和第二后端处理装置。
[0021]如图3所示，所述前端集成PWM整流器包括第一熔断器、第一断路器QF、第一接触器K1、第一电抗器1.2和PWM整流器1.3 ;所述第一熔断器的输入端与所述电网I电连接；所述第一熔断器的输出端与所述第一断路器QF的输入端电连接；所述第一断路器QF的输出端与所述第一接触器Kl的输入端电连接；所述第一接触器Kl的输出端与所述第一电抗器1.2输入端电连接，所述第一接触器Kl上并联第一功率电阻1.1 ;所述第一电抗器1.2的输出端与所述PWM整流器1.3输入端电连接；所述PWM整流器1.3输出端与每个所述后端处理装置中的所述直流断路器输入端电连接。第一熔断器包括:熔断器FU1、熔断器FU2、熔断器FU3 ;第一功率电阻1.1包括电阻R1、电阻R2、电阻R3 ;第一电抗器1.2包括电抗L1、电抗L2、电抗L3。PWM整流器1.3采用PWM控制的IGBT整流技术，完成对整流与回馈的双向控制，解决了负载在快速下降或停机时的再生发电能量处理问题。当PWM整流器1.3处在整流状态时，将电网I上交流输入电转换为直流电送入公共直流母线上。当PWM整流器
1.3处在回馈状态时，将电机的再生能量装换为电能输送回电网I。
[0022]如图4所示，所述第一后端处理装置包括短路保护及缓冲装置2.1、逆变器2.2，所述短路保护及缓冲装置2.1的输入端与所述前端集成PWM整流器的输出端(公共直流母线)电连接，所述短路保护及缓冲装置2.1的输出端与所述逆变器2.2的输入端电连接，所述逆变器2.2的输出端2与所述电机负载的输入端电连接；所述保护及缓冲装置2.1包括直流断路器QF2、熔断器FU4、熔断器FU5、接触器K2、功率电阻R4，所述直流断路器QF2 (直流断路器QF2起到控制的作用，可以适时将逆变器2.2切到公共直流母线系统中，并能当逆变器
2.2发生故障时从公共直流母线系统中切出进行维修或更换)的输入端与所述前端集成PWM整流器的输出端(公共直流母线)电连接，所述直流断路器QF2的输出端经所述熔断器FU4、熔断器FU5 (熔断器FU4、熔断器FU5分别设置于公共直流母线上的正、负母线上，当公共直流母线系统中的一台变频器发生故障导致器件短路或击穿时，容易出现安全事故，影响整个系统的运行，在正、负母线分别串联熔断器，可防止故障进一步扩大，保证共母线系统的安全)与所述功率电阻R4 (功率电阻R4设置于公共直流母线上的正母线上)的输入端电连接，所述功率电阻R4的输出端与所述逆变器2.2的输入端电连接，所述接触器K2与所述功率电阻R4并联连接。
[0023]如图5所示，所述第二后端处理装置包括短路保护及缓冲装置3.1、逆变器3.2，所述短路保护及缓冲装置3.1的输入端与所述前端集成PWM整流器的输出端(公共直流母线)电连接，所述短路保护及缓冲装置3.1的输出端与所述逆变器3.2的输入端电连接，所述逆变器3.2的输出端3与所述电机负载的输入端电连接；所述保护及缓冲装置3.1包括直流断路器QF3、熔断器FU6、熔断器FU7、接触器K3、功率电阻R5，所述直流断路器QF3 (直流断路器QF3起到控制的作用，可以适时将逆变器3.2切到公共直流母线系统中，并能当逆变器
3.2发生故障时从公共直流母线系统中切出进行维修或更换)的输入端与所述前端集成PWM整流器的输出端(公共直流母线)电连接，所述直流断路器QF3的输出端经所述熔断器FU6、熔断器FU7 (熔断器FU6、熔断器FU7分别设置于公共直流母线上的正、负母线上，当公共直流母线系统中的一台变频器发生故障导致器件短路或击穿时，容易出现安全事故，影响整个系统的运行，在正、负母线分别串联熔断器，可防止故障进一步扩大，保证共母线系统的安全)与所述功率电阻R5 (功率电阻R5设置于公共直流母线上的正母线上)的输入端电连接，所述功率电阻R5的输出端与所述逆变器3.2的输入端电连接，所述接触器K3与所述功率电阻R5并联连接。
[0024]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于公共直流母线的抽油机多机驱动装置，其特征在于:包括前端集成PWM整流器和后端处理装置； 所述前端集成PWM整流器用于将电网(1)的交流电转换为直流电或将电机的再生能量转换为电能送回所述电网(1); 所述后 端处理装置用于将所述前端集成PWM整流器输出的直流电驱动电机负载； 所述后端处理装置包括短路保护及缓冲装置(2.1 ；3.1)、逆变器(2.2 ；3.2)，所述短路保护及缓冲装置(2.1 ；3.1)的输入端与所述前端集成PWM整流器的输出端电连接，所述短路保护及缓冲装置(2.1 ；3.1)的输出端与所述逆变器(2.2 ；3.2)的输入端电连接，所述逆变器(2.2 ；3.2)的输出端(2 ；3)与所述电机负载的输入端电连接。
2.一种基于公共直流母线的抽油机多机驱动装置，其特征在于:所述保护及缓冲装置(2.1 ；3.1)包括直流断路器(0?2;0?3)、熔断器$况、？邪；？服、？价)、接触器(1(2 ;K3)、功率电阻(R4 ;R5)，所述直流断路器(QF2; QF3)的输入端与所述前端集成PWM整流器的输出端电连接，所述直流断路器(QF2;QF3)的输出端经所述熔断器(FU4、FU5;FU6、FU7)与所述功率电阻(R4 ；R5)的输入端电连接，所述功率电阻(R4 ；R5)的输出端与所述逆变器(2.2 ；3.2)的输入端电连接，所述接触器(K2 ;K3)与所述功率电阻(R4 ;R5)并联连接；所述后端处理装置至少设为两个，一个所述后端处理装置只与一个所述电机负载电连接。
3.根据权利要求2所述基于公共直流母线的抽油机多机驱动装置，其特征在于:所述前端集成PWM整流器包括第一熔断器、第一断路器QF、第一接触器K1、第一电抗器(1.2)和PWM整流器(1.3);所述第一熔断器的输入端与所述电网(1)电连接；所述第一熔断器的输出端与所述第一断路器QF的输入端电连接；所述第一断路器QF的输出端与所述第一接触器Kl的输入端电连接；所述第一接触器Kl的输出端与所述第一电抗器(1.2)输入端电连接，所述第一接触器Kl上并联第一功率电阻(1.1);所述第一电抗器(1.2)的输出端与所述PWM整流器(1.3)输入端电连接；所述PWM整流器(1.3)输出端与每个所述后端处理装置中的所述直流断路器输入端电连接。
【文档编号】H02P5/74GK103956942SQ201410138702
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日
【发明者】姜向龙, 陈志辉, 牛斌, 李顺章 申请人:合康变频科技（武汉）有限公司