永磁电机、驱动、控制的集成开发 .
点击数：7936 次 录入时间：03-04 11:41:32 整理：http://www.55dianzi.com 电工基础
油田采油泵一般有3种形式：潜油泵、游梁式抽油机和螺杆泵。螺杆泵采油机适用于含沙、含气、油稠的场合，具有节电、占地少的优点，下泵深度不超过1500m的油井几乎都可使用螺杆泵。螺杆泵采油机已在大庆油田广泛使用，其他油田也在积极推广。但当前使用的传统螺杆泵还存在以下不足： （1）容易断杆：井下发生异常或地面出口管线阻塞等原因发生时，因无法降速造成泵杆扭断、减速齿轮断裂、电机烧坏； （2）机械传动部分维护量大； （3）反转脱扣：近千米长的泵杆，外加扭力致使泵杆圆周方向发生弹性变形，停机时泵杆弹性恢复产生的高速反转造成脱扣； （4）传动效率仍然偏低：螺杆泵用的异步电机同游梁式抽油机一样，属于大马拉小车性质，功率因数0.4左右，异步电机效率大约75%，考虑皮带和减速齿轮，传动效率不到65%； （5）螺杆泵的运行速度改变困难：只能改变皮带轮的大小或改接电机绕组。 用直流无刷电机取代异步电机可克服以上众多不足。通过驱动器实现平滑调速，调速范围0～250r/min，额定转矩1000Nm，过载倍数4倍，额定效率达到91%，在1/3负载时效率也能达到88%。电机直接驱动油泵旋转，省掉了皮带和减速齿轮，传动效率显著提高，机械传动部分免维护。控制器设有人机对话界面，采油工可根据井况方便地调节螺杆泵的运行速度。 采用永磁直流无刷电机驱动系统还解决了困扰几十年的螺杆泵停机刹车问题。传统机械式刹车有两种，一是棘轮止反转方法，结构简单，但可靠性差，而且泵杆的弹性储能无法释放。二是反转液压抑制方法，动作虽然可靠，但成本高，结构复杂。永磁直流无刷电机驱动系统可通过电气控制进行刹车。在控制箱内设有能耗电阻和独立的刹车控制器，当停机操作或系统失电时，泵杆弹性释放，拖动电机反转，电机处于发电状态，刹车控制器工作，泵杆速度越快，电磁制动力矩就越大，最终使泵杆回到初始状态，便于下次起动或修井作业。另外，驱动器还能控制和识别负载转矩，判断超载或轻载等异常情况，减少断杆等情况的发生。 直驱式螺杆泵驱动系统中，低速大转矩永磁直流无刷电机是根据螺杆泵负载特性而特殊研制的，驱动器的硬件与同等容量的异步电机驱动器相似，但软件是针对直流无刷电机的控制，刹车控制功能也集成到驱动器中，所以这些通用变频器是难以做到的。这一应用再次显示了永磁电机、驱动器、控制器集成开发的实际意义。 四 关键技术 异步电机的变频调速我国起步晚，异步电机的控制模型和大功率变频器的设计水平落后于国外。永磁电机驱动系统给我们提供了机遇，一是我国的稀土储量很丰富；二是国外对永磁电机驱动系统的研究也不是很普及，应用也不多；三是永磁电机的可控性。要普及永磁电机驱动系统的应用，必须对一些关键技术和共性技术进行攻关，具体为： （1）控制器：硬件技术最成熟、实现最容易、见效最快。但目前使用较多的是PLC，也为进口产品，价格偏高，不利于形成具有我国自主知识产权的产品。如何用微控制器为核心组成的系统替代PLC，性能和可靠性可与之媲美，价格可大大降低，这是硬件方面要解决的问题。软件除要针对不同应用领域建立简单易学的开发平台外，最好建立一套较为简洁通用的应用语言和算法； （2）电机：应对电机的结构、制造工艺、材料、电磁设计进行研究，适当时制订相应工业标准。对某些应用在特殊场合如低速大转矩、周期性变化的负载、势能负载、大惯量负载的电机应集中力量研制，这是市场上短缺的产品； （3）传感器：是控制系统中的主要元件，电机的磁场定向控制就需要电流和位置传感器，运动控制系统中还需要其他种类的传感器。我国虽能生产相当种类的传感器，但性能还有一定差距，对此应予以充分的重视。对于已有的传感器可以选用或集成，新型传感器则要研制开发； （4）驱动器：是制约伺服运动系统工业化的瓶颈，主要原因有3部分，一是复杂准确的电机模型难以在传统的单片机上实现，数字信号处理器（DSP）的出现为这个问题的解决迈了一大步，但DSP的普及程度还不够，控制算法目前要解决的实际问题包括无传感器算法、电机的低速运行平稳性、系统的快速响应等。二是功率电子器件的可靠性及系统设计水平低下，智能功率模块（IPM）和专用智能功率模块（ASIPM）的发展，使一般技术人员也能从事小功率电子线路的设计，但对大功率电子线路的设计及可靠性还应进行系统研究。上一页 [1] [2] [3] [4] 下一页
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