永磁无刷电机直接驱动螺杆泵系统应用原理.doc

永磁无刷电机直接驱动螺杆泵系统应用 大庆油田装备制造集团 2007.12.3 目 录 驱动系统介绍………………………………………………………1 驱动系统技术指标………………………………………………………2 驱动系统结构说明………………………………………………………3 永磁无刷电机………………………………………………………3 1.1永磁无刷电机介绍………………………………………………3 1.2永磁无刷电机结构………………………………………………4 1.3 永磁无刷电机换向工作原理…………………………………6 1.4永磁无刷电机反电动势定义……………………………………6 1.5永磁无刷电机转矩/转速特性…………………………………7 1.6永磁无刷电机额定规格及性能参数……………………………8 1.7永磁无刷电机与其它类型电机比较……………………………9 霍尔传感器…………………………………………………………10 2.1霍尔效应理论………………………………………………11 2.2霍尔位置传感器………………………………………………11 永磁无刷电机驱动器………………………………………………12 3.1驱动器基本构成………………………………………………12 3.2驱动器换向工作原理…………………………………………13 3.3永磁无刷电机的驱动…………………………………………13 3.4驱动器的电磁刹车功能………………………………………16 3.5驱动器操作功能简介…………………………………………16 驱动系统介绍 螺杆泵做为一种油田人工举升设备，近年来在大庆油田得到广泛应用，其它油田也在积极推广中。螺杆泵属于容积泵，它适用于含砂、含气、油稠的场合，具有节电、占地少的优点，下泵深度不超过1500米的直井几乎都可以使用螺杆泵。 永磁无刷电机（BLDC）直接驱动螺杆泵系统是永磁无刷电机在石油人工举升设备领域中的应用。系统基本工作原理是：采用专用永磁无刷电机做为螺杆泵地面驱动头，驱动头带有密封装置且直接安装在油井井口上，螺杆泵驱动光杆直接穿过电机的转子空心轴，即电机直接带动光杆一起旋转，举升井液，省掉了异步电机驱动系统的皮带和减速齿轮，电机上部采用机械密封防止井液从光杆连接处渗漏。电机由专用控制器驱动，并可通过该控制器实现对螺杆泵转速的平滑调节及各种保护功能。位置测量传感器安装在定子上，感知转子的位置。其余部分包括在驱动器中。驱动系统示意图如图1所示。 与传统螺杆泵高速异步电机带减速箱的机械式驱动装置相比，螺杆泵永磁无刷电机直接驱动系统具有以下诸多优点：免维护、节能效果明显、运行噪声低、容易调速、渗漏小、有效防止泵杆断裂等。直驱系统上述诸多优点使得其未来在螺杆泵采油设备上的应用会越来越广泛。表1给出了直驱系统与传统机械式驱动系统的对比。 表1. 螺杆泵直驱系统与传统机械减速式驱动系统的比较 特性 直驱式 传统机械式 维护量 由于不使用机械减速箱和皮带传动装置，使机械维护量大大降低 需要周期性维护，为减速箱注油，更换传动皮带 工作寿命 较长 较短 效率 高－无机械减速装置，且永磁电机本身效率高 低－机械减速装置要消耗一部分功率，且异步电机由于功率因数运行效率较低 驱动装置重量与体积 重量与体积小－驱动头简单，只有电机加上密封装置，且永磁电机在功率相同的前提下体积较小 较大－由于带机械减速装置，占地面积大而且重 调速范围 较宽－可以在额定转速范围内平滑调速 较窄－要改变转速，只能更换传动皮带或配备异步电机变频器，且受机械减速箱的限制，调速范围较窄 产生的电磁噪音 低 较大－机械减速装置产生较大噪音 制造成本 较高－由于电机采用永磁体，因而电机制造成本较高，且必须配备相应的控制器 较低－异步电机和减速装置成本较低，380V常用异步电机变频器价格也较低 系统保护性能 可通过控制器自动改变加在泵杆上的扭矩大小，有效保护螺杆泵，防止断杆、油井抽空等故障出现 由于泵杆的速度总是保持不变，无法降速，即无法限制泵杆的扭矩，易造成扭断泵杆、井下螺杆泵定子脱落、减速器内齿轮断裂、烧坏电机等故障 系统控制要求 必须依靠控制器才能使电机运转，借助控制器可以调速控制 对于恒速运行不需要控制器，如果需要调节速度则需要配备相应的控制器 驱动系统技术指标 永磁无刷电机直接驱动螺杆泵系统技术指标如下： 输入电压范围：交流380V±10%； 额定转矩：1000N.m； 调速范围：0-250转/分； 过载转矩倍数：4倍（0-50%额定转速范围）； 效率：额定效率91%，工作调速范围内效率大于85%； 功率因数：工作调速范围内大于0.9； 环境条件：－40℃到+60℃，户外型，有灰沙、盐雾侵蚀； 驱动器：配置按键和显示，可现场设置、读取所需参数。 驱动系统结构说