抽油机电机直接转矩控制器研制
2012-02-20 19:08:54   来源:www.simotd.com   评论:0 点击:

编者摘要:油田采油设备使用大量的游梁式抽油机,由于抽油机 电机的运行效率很低,浪费了大量的电能,目前也采用了许多电机节能技术,但效果均不佳 。文中介绍了采用直接转矩控制技术来控制抽油机电机,从而达到良好的节能效果。

1简介

目前全国各油田共有机采井约11万口,其中抽油机井占90%以上,产液量的65 %,产油量的75%都是靠抽油机采出的,其数量每年按10%速度增长,是油田产油的主要方式 ,同时,也是能耗大户,其能耗占油田总能耗的1/3。因而,减少抽油机的能耗、提高 系统效率、降低采油成本成为各油田实现节能增效的主要任务。

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抽油机电机一般均使用三相异步电机,目前,对于抽油机电机采取了多种节能技术,可 归纳为以下几种。

(1)更换节能电机;

(2)并接补偿电容器;

(3)采用电压调节装置;

(4)采用通用变频器。

采用上述节能措施后,抽油机电机运行效率有所提高,但由于抽油机电机运行工况存在转矩 变化快、转矩变化范围大、平衡受井况变化影响、出现发电态等因素影响,长期运行节电效 果不佳,一般平均综合节电率<5%。

针对这种状况,笔者采用当前最新的电机直接转矩控制原理,结合抽油机电机的运行工况, 研制了抽油机电机直接转矩控制器,提高抽油机电机的综合节电效率。

电机的直接转矩控制(DTC)理论最先由德国鲁尔大学Depenbrock教授于1985年提出。这是交流电机调速理论继矢量控制之后的一新突破。它用空间矢量的分析方法,直接在定子坐标系 中计算电机磁链和转矩,由磁链和转矩的Bang-Bang控制产生PWM信号,对逆变器的开关状态 进行最佳选择,从而获得高效的动态性能。

2直接转矩控制原理

直接转矩控制是定子磁场定向,因此建立在静止的坐标系(α,β)上。定子各量的变换公式如下:

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其中:Xa(t),Xb(t),Xc(t)是定子相应量的瞬时值,Xα(t),Xβ(t)是(α,β) 坐标系上的两个分量。

直接转矩控制的核心是磁链控制和转矩控制,控制原理框图如图1所示。

控制时首先测出直流母线电压和定子电流,再按式(1)的坐标变换,将它们分 解到α,β方 向,并在这两个方向计算出实际的磁链值和转矩值,作为反馈分别与磁通给定和转矩给定构 成闭环,进行Bang-Bang控制,产生磁链和转矩请求信号,同时还要计算出磁链所 在扇区位置,最终通过转矩请求、磁链请求、磁链扇区使逆变器开关优化器发出优化的PW M信号,驱动IGBT输出电压达到控制电机的目的。

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3系统构成

系统构成如图2所示。图中包括主回路和控制回路,主回路逆变器采用IG BT功率管;控制回路的核心采用DSP处理器,它具有高速数据计算处理能力,能够满足DTC高 速实时计算的要求。

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