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(已结束)变频擂台第68期——变频器在油田磕头机上的节能与能量回馈讨论 点击:1819 | 回复:22



老菜鸟

    
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发表于:2012-02-13 23:54:40
楼主

      变频器在油田上的应用是相当广泛的,其中在油田磕头机上的应用也相当多。对于油田磕头机而言,节能和能量回馈问题是变频技术应用的两个重点。在本期擂台中,就请大家针对变频器在油田磕头机上的应用,包含节能和能量回馈问题,随意发表评论。

      继续上期擂台风格,和上期擂台一样,这期擂台,我不列问题,因为列问题怕束缚了大家的思维,希望大家畅所欲言。非常支持原创,评奖倾向于原创者。可以包括应用用技术的工作原理、技术介绍、产品结构,包括一些很具体的数据,包括一些技术细节/优缺点,还可以列举具体案例等,包括其它。。。。。。希望大家畅所欲言,我没有列问题要来求大家解答,只是希望大家热烈的探讨!!!!!!


      变频擂台每周一期,本期擂台的最晚结贴时间为:2012年2月26日。 

      奖项设置:一等奖1名:20MP,二等奖3名:10MP,三等奖10名:30积分。 

      MP介绍:gongkongMP即工控币,是中国工控网的用户积分与回馈系统的一个网络虚拟计价单位,类似于大家熟悉的QB,1个MP=1元人民币。 

      MP有什么用?兑换服务:以1个MP=1元来置换中国工控网的相关服务。 兑换现金:非积分获得的MP可兑换等值现金(满100MP后、用户可通过用户管理后台申请兑换)。



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李纯绪

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发表于:2012-02-14 11:57:29
1楼

马上要有个网上研讨会讨论这个问题,因为我没做过这项工作,也想了解具体应用情况。

zhxl198808

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2楼

占个板凳,观战!!!!!!!!!!!!!!

水中鱼

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发表于:2012-02-15 14:48:01
3楼

变频调速技术得益于其优异的节能特性和调速特性,在我国油田中得到广泛应用,中国产值能耗是世界上最高的国家之一。要解决产品能耗问题,除其它相关的技术问题需要改进外,变频调速技术已成为节能及提高产品质量的有效措施。

    油田作为一个特殊行业,有其独特的背景,油田中变频器的应用主要集中在游梁式抽油机控制、电潜泵控制、注水井控制和油气集输控制等几个场合。游梁式抽油机俗称磕头机,是目前各个油田所普遍采用的抽油机,但是目前的抽油机 系统普遍存在着效率低、能耗大、冲程和冲次调节不方便等明显的缺点。具体怎么样应用可以参照SAJ变频器在游梁式抽油机上的应用。

1.磕头机工作原理

     当磕头机工作时,驴头悬点上作用的载荷是变化的。上冲程时,驴头悬点需提起抽油杆柱和液柱,在抽油机未进行平衡的条件 下,电动机就要付出很大的能量。在下冲程时,抽油机杆柱转而对电动机做功,使电动机处于发电机的运行状态。抽油机未进行平衡时,上、下冲程的载荷极度不均 匀,这样将严重地影响抽油机的四连杆机构、减速箱和电动机的效率和寿命,恶化抽油杆的工作条件,增加它的断裂次数。为了消除这些缺点,一般在抽油机的游梁 尾部或曲柄上或两处都加上了平衡重,如图1所示。这样一来,在悬点下冲程时,要把平衡重从低处抬到高处,增加平衡重的位能。为了抬高平衡配重,除了依靠抽 油杆柱下落所释放的位能外,还要电动机付出部分能量。在上冲程时,平衡重由高处下落,把下冲程时储存的位能释放出来,帮助电动机提升抽油杆和液柱,减少了 电动机在上冲程时所需给出的能量。目前使用较多的游梁式抽油机,都采用了加平衡配重的工作方式,因此在抽油机的一个工作循环中,有两个电动机运行状态和两 个发电机运行状态。当平衡配重调节较好时,其发电机运行状态的时间和产生的能量都较小。

2. 变频器在抽油机的控制问题主要体现在如下几个方面

     一方面是再生能量的处理问题,游梁式抽油机运动为反复上下提升,一个冲程提升一次,其动力来自电动机带动的两个重量相当大的钢质滑块,当滑块 提升时,类似杠杆作用,将采油机杆送入井中;滑块下降时,采油杆提出带油至井口,由于电动机转速一定,滑块下降过程中,负荷减轻,电动机拖动产生的能量无法被负载吸引,势必会寻找能量消耗的渠道,导致电动机进入再生发电状态,将多余能量反馈到电网,引起主回路母线电压升高,势必会对整个电网产生冲击,导致 电网供电质量下降,功率因数降低的危险;频繁的高压冲击会损坏电动机,造成生产效率降低、维护量加大,极不利于抽油设备的节能降耗,给企业造成较大经济损失。

   另一方面是冲击电流问题,如图二所示游梁式抽油机是一种变形的四连杆机构,其整机结构特点像一架天平,一端是抽油载荷,另一端是平衡配重载荷。对于支架来说,如果抽油载荷和平衡载荷形成的扭矩相等或变化一致,那么用很小的动力就可以使抽油机连续不间断地工作。也就是说抽油机的节能技术取决于平衡的好坏。在平衡率为100%时电动机提供的动力仅用于提起1/2液柱重量和克服摩擦力等,平衡率越低,则需要电动机提供的动力越大。因为,抽油载荷是每时每刻都在变 化的,而平衡配重不可能和抽油载荷作完全一致的变化,才使得游梁式抽油机的节能技术变得十分复杂。因此,可以说游梁式抽油机的节能技术就是平衡技术。 对长庆油田几十口油井的调查显示,只有1~2口井的配重平衡较好,绝大部分抽油机的配重严重不平衡,其中有一半以上口井的配重偏小,另有几口井配重又偏 大,从而造成过大的冲击电流,冲击电流与工作电流之比最大可超过5倍,甚至超过额定电流的3倍。不仅无谓浪费掉大量的电能,而且严重威胁到设备的安全。同时也给采用变频器调速控制造成很大的困难:一般变频器的容量是按电动机的额定功率来选配的,过大的冲击电流会引起变频器的过载保护动作而不能正常工作。 除上述两方面问题外,油田采油的特殊地理环境决定了采油设备有其独特的运行特点:在油井开采前期储油量大,供液足,为提高功效可采用工频运行,保证较高产油量;在中后期,由于石油储量减少,易造成供液不足,电动机若仍工频运行,势必浪费电能,造成不必要损耗,这时须考虑实际工作情况,适当降低电动机转速,减少冲程,有效提高充盈率。

3.磕头机专用型变频器的特点  

    1)、配合井下状态,改变冲次,从而改变抽油的效率;

  2)、柔性启动,把电机启动电流降低3-4倍,保护了电机和机械设备;

  3)、可实现过压、过流、欠压、过载、短路等保护功能,确保电机稳定运行;

  4)、最大力矩得到限制,断托的可能性大大减小;

  5)、可以遥控抽油速度,不必更换机械设备;

  6)、可方便实现远程集中监控,便于检测设备运行状况;

  7)、理想的节能效果。

4.磕头机专用型变频器节能 

     磕头机专用型变频器是磕头机专门设计的调速系统。磕头机专用型变频器一般采用了PWM结构,除原有逆变器外,另外加上一个逆变器,取代以前的磕头机变频改造方案中所采用的通用变频器外加能耗制动电阻和制动单元的方法,把电机发电状态产生的再生能量回馈电网,不但大大降低了变频器的故障率,而且获得了理想的节能效果。

5. 抽油机的变频改造主要有3个方面好处

  (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(视在电流,从而减轻了电网及变压器的负担,降低了线损,可省去大量的“增容”开支.这主要集中在供电企业对电网质量要求较高的场合,为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) 以节能为第一目标的变频改造。这点较普遍,一方面,油田抽油机为克服大的起动转矩,采用的电动机远远大于实际所需功率,工作时电动机利用率一般为 20%~30%,最高不会超过50%,电动机常处于轻载状态,造成资源浪费。另一方面,抽油机工作情况的连续变化,取决于地底下的状态,若始终处于工频运行,也会造成电能浪费。为了节能,提高电动机工作效率,需进行变频改造。

 (3) 由于实现了真正的“软起动”,对电动机、变速箱、抽油机都避免了过大的机械冲击,大大延长了设备的使用寿命,减少了停产时间,提高了生产效率。以提高电网质量和节能为目的的变频改造。这种情况综合了上面两种改造的优点,是应用中的一个重要发展方向。

6. 变频器加回馈单元控制,解决能量回馈问题

    由于在变频器的直流上加制动电阻解决不了实际问题,因为制动电阻的散热解决不了,变频控制柜壳的散热都要解决何况发热的电阻,变频器发热。接通制动电阻的开关管的寿命会在频繁的长时间的开起过程中损坏。针对上述情况,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,如下图4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的异步电动机和永磁同步电动机,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,是高泵效;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。


 四象限变频器技术控制 对于第一种情况和第二种情况,必须妥善的处理电动机发电状态产生的电能,必须将其反馈到电网,否则通过调节抽油机的冲程节省的电能可能不能抵消变频器制动单元消耗的电能,造成变频运行时反而耗能,与节能的目标背道而驰。为了解决这个问题,有必要对普通变频器进行改造,在结构上引入双PWM结构的变频器如下 图5所示,保证发电状态产生的电能回馈电网;在控制方法引入自适应控制以适应游梁式抽油机多变的工作环境。 图5 四象限运行变频器主电路 4.3.1 四象限变频器工作原理 当电机工作在电动状态的时候,整流控制单元的DSP产生6路高频的PWM脉冲控制整流侧的6个IGBT的开通和关断。IGBT的开通和关断与输入电抗器共 同作用产生了与输入电压相位一致的正弦电流波形,这样就消除了二极管整流桥产生的6K±1谐波。功率因数高达99%。消除了对电网的谐波污染。此时能量从 电网经由整流回路和逆变回路流向电机,变频器工作在第

 

一、第三象限。 当电动机工作在发电状态的时候,电机产生的能量通过逆变侧的二极管回馈到直流母线,当直流母线电压超过一定的值,整流侧能量回馈控制部分启动,将直流逆变成交流,通过控制逆变电压相位和幅值将能量回馈到电网,达到节能的效果。 采用带有PWM控制整流器变频器具有四象限运行的功能,能满足各种位势负载的调速要求,可就电机的再生能量转化为电能送回电网,达到最大限度的节能的目 的。不仅如此,它还可减少电源的谐波污染,功率因数可接近于1,是一种真正的“绿色”变频器。

chenminglei0509

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发表于:2012-02-19 17:47:27
4楼
一、概况
  磕头机是目前采油生产中的主要设备,其数量达10万台以上。电动机装机总容量在3500万kW,年耗电量达百亿度以上。磕头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,磕头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。本文介绍了采用变频调速技术,使磕头机的运动规律适应油井的变化工况,实现系统效率的提高,达到节能增产的目的。
 
二、抽油机变频改造的几个好处
  1、大大提高功率因数,(0.25~0.5提高到0.9以上)。减小了供电电流,从而减小了电网及变压器的负荷。
  2、动态调整抽取速度,一方面节能,同时增加原油产量。
  3、实现真正“软起动”对电机变速箱抽油机,避免过大机械冲击,延长设备使用寿命。
三、磕头机负载分析
  1、国内应用最广泛的是游梁式竖井磕头机,它有三部分组成:
  (1)地面部分:由电动机、减速器和四连杆构成。
  (2)井下部分:抽油泵(吸入阀、泵筒、柱塞和排油阀),它悬挂在套管中的下端。
  (3)抽油杆柱:连接地面抽油机和井下抽油泵的中间部分。
  2、磕头机的电机负荷是按周期变化的,开始起动时,负荷很大,要求启动转矩很大。正常运行时负荷率很低,一般在20%左右,高时负荷率只有30%。电机的负荷曲线有2个峰值,分别为磕头机上、下冲程的“死点”。
  未进行平衡的条件下,上、下冲程的负载极度不均衡,在上冲程时,需要提起抽油杆柱和液柱,电机需付出很大能量。在下冲程时,抽油杆柱对电机作功,使电机处于发电状态。通常在磕头机的曲柄上加上平衡块,消除上下冲程负载不平衡度。平衡块调节较好,其发电状态的时间和产生的能量就小,由于抽油负荷是每时每刻在变化,平衡配重不可能随抽油负荷作完全一致的变化,绝大部分磕头机配重严重不平衡,从而造成过大的冲击电流,冲击电流最大可为5倍的工作电流,甚至达到额定电流的3倍。调整好平衡配重,可降低冲击电流为正常工作电流的1.5倍。
  负载特性:是恒速运行,由于配重,是变转矩,变功率负载在一个循环周期内有两次发电状态,起动力矩大、惯性大。在国内油田使用的磕头机普遍存在的问题:运行时间长,“大马拉小车”,效率低,耗能大,冲程和冲次调节不方便,有空抽现象。

四、传统磕头机变频器改造的难点
磕头机变频节能改造做了大量的尝试,但都不太成功,主要问题是:
  (1)磕头机在一个工作循环中,有两次发电状态,尤其当配重不平衡时,产生的“泵升电压”很高,靠加大变频器直流侧电解电容和减小制动电阻值,不能完全解决问题,并且随着油层的变化,“泵升电压”也在变化。
  (2)磕头机起动需要较大的起动转矩,如变频器参数设置不当,易造成过流或不能起动。
  (3)以往的变频节能改造设计方案很少考虑油井的油面、油浓度的变化等情况。在提高产量方面,效果不佳。

五、解决方案
磕头机变频改造存在的问题,我司提出以下解决方案:
  (1)采用变频调速技术,使电机转速与磕头机负载匹配。在前期井中由于刚开采,油量大,让变频器运行到65.00Hz,电机转速提高30%,采油率比工频提高20%,工效提高1.2倍。在中、后期井中,油量减小,降低转速,减少冲程,一般频率运行至35.00~40.00Hz之间,电机转速下降30%。节电率可达25%,而且提高了功率因数。
  (2)动态调节磕头机的冲程频次,随着油井由浅入深的抽取,油量逐渐减小,出现泵充满度不足,泵效下降,当油井的供油能力小于抽油泵排量时,就造成泵抽空和液击现象。降低频率,电机转速下降,提高充满度,不仅节能而且增加原油产量。
  (3)动态调节磕头机上下行程的速度,适当降低下行程速度,提高泵内的充满度,适当提高上行程速度,可减小提升中漏失系数,使磕头机工作在最佳运行状态,有效提高单位时间内原油产量。
  (4)起动力矩大,运行中负荷低,冲击电流大。要从根本上解决问题,加大电动机极对数或增大减速箱速比,增大输出力矩。变频器正常运行80.00~90.00Hz。这也有利于减少发电状态的能量,减少“泵升电压”。
  (5)再生能量的处理问题。增大变频器直流侧滤波电容的容量;减少制动电阻值,提高制动系统的耗电能力,或直接使用回馈制动,减小能量损失;发电时,频率增大。
  (6)防空抽,动态调节磕头机冲程频次和上、下行程速度。设定电机的输出功率标准值,实时检测电机输出功率,控制电机转速,大于标准值,加速。反之减速,实现闭环控制。

六、结束语
  由于油井的类型和工况千差万别,井下渗油和渗水量每时每刻都在变。磕头机的负载变化是无规律的,故采用变频调速技术,使磕头机的运动规律适应油井的变化工况,实现系统效率的提高,达到节能增产的目的。

李纯绪

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发表于:2012-02-20 09:48:00
5楼
昨天买一台制动单元,说明书中介绍了2种----能耗制动和回馈制动单元。回馈制动单元价格较高,接近变频器的价格,是专为磕头机配套的。

jona

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发表于:2012-02-23 21:25:14
6楼

对于油田磕头机而言,节能和能量回馈问题是变频技术应用的两个重点。

 

我们在许多地方会看到类似的观点,但是经过仔细思考,我们可能会发现这些观点常常变得似是而非,以磕头机为例,根据其特点可以得出最简单的节能方式是配重平衡问题,这也是最重要的节能手段,如果不配重电机需要按抽油杆柱和液柱最大高度的重量以及提升速度来选择电机功率,而如果配重可以平衡抽油杆柱重量,电机功率选择只需要按液柱最大高度的重量以及提升速度来选择。如果电机功率一样,配重良好的机械比没有配重的机械生产能力要高。这是最好的节能方式,为什么要变频器呢?

 

其次,对于电动机而言,我不需要变频器,能量回馈不会有任何问题,为什么要变频器呢?

 

刘志斌

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发表于:2012-02-24 09:58:53
7楼
引用 jona 的回复内容:对于油田磕头机而言,节能和能量回馈问题是变频技术应用的两个重点。 我们在许多地方会看到类似的观点,但是经过仔细思考,我们可能会发现这些观点常常变得似是而非,以磕头机为例,根据其特点可以得出最简单的节能方式是配重平衡问题,这也是最重要的节能手段,如果不配重电机需要按抽油杆柱和液柱最大高度的重量以及提升速度来选择电机功率,而如果配重可以平衡抽油杆柱重量,电机功率选择只需要按液柱最大高度的重量以及提升速度来选择。如果电机功率一样,配重良好的机械比没有配重的机械生产能力要高。这是最好的节能方式,为什么要变频器呢? 其次,对于电动机而言,我不需要变频器,能量回馈不会有任何问题,为什么要变频器呢? 

支持!!!

刘志斌

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发表于:2012-02-24 10:17:26
8楼

1、油田磕头机,配平是关键,配平就可以将电机功率降到几个千瓦的水平;

2、油田磕头机,用变频器阻断了电机自动进入发电制动运行的通道,不节能,效率下降;

3、油井调速可以选用恒功率机械调速的方式,或者多速电机调速,能够满足油井产量变化的需求;

4、油井使用变频器使投资增大、维修费用提高,维修难度增大造成停工停产劳民伤财!

zhxl198808

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9楼
引用 刘志斌 的回复内容:1、油田磕头机,配平是关键,配平就可以将电机功率降到几个千瓦的水平;2、油田磕头机,用变频器阻断了电机自动进入发电制动运行的通道,不节能,效率下降;3、油井调速可以选用恒功率机械调速的方式,或者多速电机调速,能够满足油井产量变化的需求;4、油井使用变频器使投资增大、维修费用提高,维修难度增大造成停工停产劳民伤财!

顶起!!!!!!!!!!

玻璃的心

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10楼
引用 刘志斌 的回复内容:1、油田磕头机,配平是关键,配平就可以将电机功率降到几个千瓦的水平;2、油田磕头机,用变频器阻断了电机自动进入发电制动运行的通道,不节能,效率下降;3、油井调速可以选用恒功率机械调速的方式,或者多速电机调速,能够满足油井产量变化的需求;4、油井使用变频器使投资增大、维修费用提高,维修难度增大造成停工停产劳民伤财!


恩,不错,刘老师在油田这块也有研究呀!

jona

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11楼

在进一步分析变频器在磕头机上的应用前,有几个关键的概念需要弄清楚。 

1、电动机的四种运行状态

 

按照电动机转速n方向和转矩T的方向不同,分四种情况:

状态I  n>0,T>0  正向电动状态,能量从电机传向负载机械;

状态II  n>0,T<0 正想制动状态,能量从负载机械返回电机;

状态III  n<0,T<0 反向电动状态,能量从电机传向负载机械;

状态IV n<0,T>0 反向制动状态,能量从负载机械返回电机,

 

如果以T为横坐标,n为纵坐标,上面四种状态,对应于坐标系I、II、III、IV象限。如果一个电机能够运行于上面四种状态,我们就说是四象限运行。

 

 当磕头机工作时,驴头悬点上作用的载荷是变化的。上冲程时,驴头悬点需提起抽油杆柱和液柱,(正向电动状态)在抽油机未进行平衡的条件 下,电动机就要付出很大的能量。在下冲程时,抽油机杆柱转而对电动机做功,使电动机处于发电机的运行状态。(反向制动状态)抽油机未进行平衡时,上、下冲程的载荷极度不均 匀,这样将严重地影响抽油机的四连杆机构、减速箱和电动机的效率和寿命,恶化抽油杆的工作条件,增加它的断裂次数。为了消除这些缺点,一般在抽油机的游梁 尾部或曲柄上或两处都加上了平衡重。这样一来,在悬点下冲程时,要把平衡重从低处抬到高处,增加平衡重的位能。为了抬高平衡配重,除了依靠抽 油杆柱下落所释放的位能外,还要电动机付出部分能量。(反向电动状态)在上冲程时,平衡重由高处下落,把下冲程时储存的位能释放出来,(正向制动状态)帮助电动机提升抽油杆和液柱,减少了 电动机在上冲程时所需给出的能量。目前使用较多的游梁式抽油机,都采用了加平衡配重的工作方式,因此在抽油机的一个工作循环中,有两个电动机运行状态和两 个发电机运行状态。当平衡配重调节较好时,其发电机运行状态的时间和产生的能量都较小。所以磕头机运行实际上是四象限运行。

 

从上面分析看,配重在平衡负荷以及减小电动机功率方面是关键因素。但是上面的分析真的清晰了吗?电动机真是这么工作的吗?我们怎么能够确定我们的分析是正确的?仅仅因为书上是这么说吗?我怎么有些糊涂了呢?

jona

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12楼

2、这里我们讨论的是三相异步电动,三相异步电机的制动方式有反接制动、能耗制动、机械制动(刹车)和再生制动。

反接制动是当电机停止时将电机电源相序改变使其产生一个反向的旋转磁场,当电机转速降到低速电源再断掉;

能耗制动是在定子交流电源断开同时,在两相加以直流电源,于是在定子绕组产生一个静止磁场,转子在这个静止磁场中旋转产生感生电动势,转子电流与固定磁场所产生的转矩阻止转子的继续旋转,因而产生制动作用使电动机迅速停止。

机械制动是借助于电磁刹车等机械装置的制动。

再生制动是当电机的转速在外加转矩的作用下大于电机的同步转速,这是转子线圈切割磁力线产生一个阻力转矩,限制了速度,再生制动仅仅在超速时才发生。

 

从上面概念结合前次陈述,我们可以得到一个结论:电动机的四种运行状态,正向制动和反向制动,仅仅在在运行方向上产生阻力矩的时候才会发生;再生制动仅仅在超速(电机转速超过同步转速)才会发生。

这里有一个问题,如果电机没有通过变流装置拖动,出现超速常见的是惯性负载。但是有变流装置,比如变频装置,变频器频率下降比电机速度下降的快,就会超速;变频器频率上升比电机速度上升快就会失速。对任何负载都有可能出现超速或失速。可见变频器的应用不一定都是有益的。他使传动系统的特性变得复杂。对一些过程,比如球磨机的线速度控制,采用变频器,参数调整不是一件容易的事。

jona

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发表于:2012-02-24 23:56:16
13楼

在继续讨论磕头机变频器特性之前,我需要申明一个观点:变频器仅仅是必须使用时才考虑,虽然有时看来可以蛮不在乎的使用,但不一定能够节能,变频器更多的是由于工艺的需要而采用,一般工艺在实际生产中调速范围都是不宽的,设备制造厂商提供过宽的速度调节范围,只是希望能够满足更多客户的要求,而不是你的需要。

 

对于磕头机这样的机械,你如果需要节能,你不需要考虑使用变频器,因为他经常处于发电状态,变频器过电压的可能性更多,而且变频器比一般变频器复杂,无论采用再生制动还是能耗制动。当然如果你得到的结论是,使用变频器的磕头机比没有采用变频器的磕头机生产产量更高,足以弥补投资和维修成本的增加,你尽管用。

简单的东西往往更好!

bnbmnbmnn

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发表于:2012-02-25 17:24:24
14楼

我们在许多地方会看到类似的观点,但是经过仔细思考,我们可能会发现这些观点常常变得似是而非,以磕头机为例,脱模剂根据其特点可以得出最简单的节能方式是配重平衡问题,这也是最重要的节能手段,如果不配重电机需要按抽油杆柱和液柱最大高度的重量以及提升速度来选择电机功率,而如果配重可以平衡抽油杆柱重量,电机功率选择只需要按液柱最大高度的重量以及提升速度来选择。如果电机功率一样,配重良好的机械比没有配重的机械生产能力要高。这是最好的节能方式,为什么要变频器呢http://www.xike1688.com/

 

其次,对于电动机而言,我不需要变频器,能量回馈不会有任何问题,为什么要变频器呢?

weifukang688

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发表于:2012-02-25 18:16:48
15楼
引用 jona 的回复内容:对于油田磕头机而言,节能和能量回馈问题是变频技术应用的两个重点。 我们在许多地方会看到类似的观点,但是经过仔细思考,我们可能会发现这些观点常常变得似是而非,以磕头机为例,根据其特点可以得出最简单的节能方式是配重平衡问题,这也是最重要的节能手段,如果不配重电机需要按抽油杆柱和液柱最大高度的重量以及提升速度来选择电机功率,而如果配重可以平衡抽油杆柱重量,电机功率选择只需要按液柱最大高度的重量以及提升速度来选择。如果电机功率一样,配重良好的机械比没有配重的机械生产能力要高。这是最好的节能方式,为什么要变频器呢? 其次,对于电动机而言,我不需要变频器,能量回馈不会有任何问题,为什么要变频器呢? 



中国555

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发表于:2012-02-25 20:49:49
16楼
进来学习,很好。!!!!!!!!!!!

jona

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发表于:2012-02-25 21:51:47
17楼

在讨论变频器应用之前,还有一个问题要解决,磕头机的负载特性如何?变频器是好东东,但是要用好,你就必须研究控制对象,这是控制工程师不同于电气工程师的一个最大的区别。

 

磕头机属于惯性负载,电动机处于四象限运行。但是对于上冲程或下冲程,单独开看都近似恒转矩负载,在良好的配重平衡的情况下,可以减小再生制动的能量,以及上下冲程峰值电流的差异。只有在这种情况下我们才来讨论变频器的好处。

 

使用变频器在生产上还是有诸多好处,变频器可以动态调节磕头机上下行程的速度,适当降低下行程速度,提高泵内的充满度,适当提高上行程速度,可减小提升中漏失系数,使磕头机工作在最佳运行状态,有效提高单位时间内原油产量。

 

好了我们已经为变频器在磕头机节能和能量回馈问题的讨论做好了准备:

 

1、根据电动机的运转方向和产生转矩的方向,电动机有四种工作状态:正向电动、正相再生制动(发电)、反向电动、反向再生制动(发电)。这里我不用发电状态(仅仅括号注明),是因为我觉得怪怪的,因为电动机不是发电机,也不是简单的可逆过程,如果你要发电回馈,那么要满足两个条件:同频、同相位。我们知道一个惯性负荷拖着电机运行,即超速状态(所谓发电),定子电流会减少,但是你不会在定子电源断掉后,真正你转动一个电动机就能产生一个三相电压!

2、所谓再生制动都是电动机加以电压的情况下的超速造成。只要电机在相应频率下转速不超过同步转速,就不会发生再生制动,即所谓发电!

3、对于磕头机而言节能的问题首先是要解决配重平衡问题,变频器不是节能必须,但是变频器可以使磕头机适应于更广泛的工况,提高生产产能,可能有利于降低单产能耗,经济上可能会节能。但是在物理过程的分析,节能不是当然的。

4、使用变频器可以降低启动冲击电流,但是因为启动时间很短,不能将其作为节能的判据。

5、在磕头机拖动使用变频器,存在重载起动问题,要提高低频时启动转矩,应该使用矢量控制型变频器。普通的风机类和通用变频器可能不能使用(因为我没有应用过,所以不敢断然下结论)!

6、任何产品的节能效果,我建议以是否能够提升生产产能,降低单产能耗作为依据,这样大家可以以数据说话,不然我们天天说节能,实际总不见经济效益。节能的意义在哪呢。如果你的产品使经营者不需要引进新的生产线,就可以提高生产效率,不用你推广,老板会找你,钱不是问题,而且要你马上实施!

 

jona

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发表于:2012-02-26 11:09:36
18楼

在做了以上概念分析的基础上我们谈再生问题。我们先考虑上冲程。

在磕头机抽油柱达到下止点注满油向上提升时因为要克服静载荷,这时需要较大的电流加速上升,之后匀速上升,在接近上止点减速,这个阶段电机都处于电动状态,但是在使用变频器时有一个问题,如果变频器频率上升太快在加速时由于惯性作用容易失速。在减速时如果减速过快容易超速,在超速时会有再生能量(怎么处理下面谈)。

下冲程似乎电机断电就行,其实不行我们可以考虑一个重物在自由下降时,在重力作用下速度会不断加快,在下止点有最大速度,你要让它立即停下并反向运行需要很大的制动力矩,所以在下冲程时电机需要反向运行,需要一个旋转磁场,需要电机端有电压,但是由于电机产生力矩方向与运动方向相反这是处于再生制动状态。再生时产生的电流是由电机返回电网,电网实际没有输出能量,因而有人认为就节能了,实际由于再生过程电机还是有垌损和铁损的,再生能量我们也不希望很大,再生能量越大能源损耗越大。(甚至有人认为再生时电网不输出有功,再生能量越大就越省电,这是没有弄清楚什么叫再生,也是我为什么不用发电状态来讨论问题,因为根本不是发电!!!)

实际下冲程也有一个加速,匀速,减速的过程,在变频器动态调整过程有可能有电动状态。正是因为这样变频器需要四象限运行,这是磕头机负载特性决定的。

在讨论什么样的变频器适用于这样的负载之前,我们先谈一下回馈电网的条件,即频率相同,相位相同。在没有采用变频器之前,电机本身的电源频率就是电网的频率,没有问题!可是使用变频器就不同了,真么做呀!

jona

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发表于:2012-02-26 12:33:46
19楼

好了,现在我们有条件来讨论变频器在磕头机上的应用问题了。关于这个小鱼儿已经做了相当详细的论述。我就不做具体论述。我讨论的重点依旧在寻找合适的变频器特性以满足磕头机工况。

1、我们知道目前,通用的电压型变频器,主电路结构:整流电路、中间回路(包括限流、滤波电容)和逆变电路,在逆变电路使用的IGBT模块上反并联一个二极管。六个二极管组成一个三相整流桥(从电机侧看),这个可不是多余的,这是必须的,实际在使用变频器时,再生过程是动态的(我是讲电机本身,而不是回馈电网的过程),因为在调节速度的过程本身就存在超速,再生电流需要一个通道,这个通道就是整流桥,将再生能量储存在中间回路。

2、对于一般惯性负载在中间回路增加一个刹车单元,就是吸收再生能量。因为机械能消耗再电阻上,实际是能耗制动。

3、上面的方式在磕头机上应用,并非不可以使用,只要刹车单元配的足够大,你也不在乎能源的消耗你可以用,而且为了节省成本,你可以多台磕头机共用一个刹车单元,当然容量要计算,满足才行!

4、于是有人考虑能不能将再生能源用于需要加热的工艺过程?当然那很好但是由于再生能量是不稳定的,效果怎么样就不知道了。

5、比较好的方案就是在电源电机之间加一个反向的整流和逆变电路,整流桥在电机侧。逆变电路在电源侧,但是这样的一个东西就不能叫变频器了,利用超速信号来切换正向变频电路和反向再生电路。再生电路需要将不论什么样的再生能量,变为工频同频同相的再生电压,这个技术需要象锁相环的类似技术,当然UPS的技术应该适用于这种场合。

6、具有上述两个通道的变频器(工业上这么叫,因为它主要功能仍然是变频)就叫四象限变频器。

 

你看,因为要用变频器出来这么多事情,首先算法上最好要矢量型,以满足启动转矩的要求。并且你最好使用四象限变频器,那可是很贵的东西啊!

 

如果不使用变频器,所有过程都是自然的物理过程,电机处于再生状态也没有关系,现在这也要考虑那也要考虑,如果不能够提高产量什么意义都没有,用它节什么能呢?但是如果一个方案可以提高现有的产量和工艺品质,那么如果需要变频技术,你就不要犹豫了。变频器是个好东东,但不要一讲变频就节能。变频器本来也不是为节能才开发的,它是为了改进交流调速的性能而开发,固定速度不要求连续调速场合没有必要一定要用变频器。甚至有些调速方式更巧妙,如汽车的自动波箱,采用的是液力调速方式。

 

我们可以得到结论:

1、节能主要从磕头机的机械结构考虑,改进配重平衡方面着手。如何判断平衡合适是该领域专业人士应该考虑,但是我认为平衡应该可以通过检测上冲程和下冲程的电流来判断。刘老师那有油田,应该更清楚,我就不敢多谈了。

2、对于磕头机电动机的再生过程是由负载特性决定的,减少再生能量可以节省能源,使用变频器主要出于改进工艺和提高生产能力考虑,使用变频器如果不能够提高产量那么就不能节能。石油作业常在野外,增加设备的复杂程度,不是什么好事。

 

我对技术的理解是简单使用的技术是最好的技术,但是如果需要复杂的技术来实现更优异的效果,我也很乐意。但是从我的审美意趣来讲,我还是喜欢简单而有效的东西,简单为美!!!

老菜鸟

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发表于:2012-02-26 20:57:12
20楼

      多谢各位参与,都说得很好。引用其它文章的一句话“因此,可以说游梁式抽油机的节能技术就是平衡技术”。

      其实,也不能全盘否定变频器在磕头机上的应用,在很多情况下还是有比较好的效果的。不过,利益驱动也是一方面,不仅仅在于技术,只要能赚钱,什么项目都可以做————虽然目前磕头机配重很多有问题,但你要求客户去把所有配种都调平,你能得多少钱?因此,变频改造也是一项丰厚的利润。

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