Способ управления частотно-регулируемым электроприводом штангового глубинного насоса с асинхронным двигателем



Способ управления частотно-регулируемым электроприводом штангового глубинного насоса с асинхронным двигателем
Способ управления частотно-регулируемым электроприводом штангового глубинного насоса с асинхронным двигателем
Способ управления частотно-регулируемым электроприводом штангового глубинного насоса с асинхронным двигателем
Способ управления частотно-регулируемым электроприводом штангового глубинного насоса с асинхронным двигателем
Способ управления частотно-регулируемым электроприводом штангового глубинного насоса с асинхронным двигателем
Способ управления частотно-регулируемым электроприводом штангового глубинного насоса с асинхронным двигателем
Способ управления частотно-регулируемым электроприводом штангового глубинного насоса с асинхронным двигателем
Способ управления частотно-регулируемым электроприводом штангового глубинного насоса с асинхронным двигателем
H02P25/062 - Управление или регулирование электрических двигателей, генераторов, электромашинных преобразователей; управление трансформаторами, реакторами или дроссельными катушками (конструкции пусковых аппаратов, тормозов или других управляющих устройств см. в соответствующих подклассах, например механические тормоза F16D, механические регуляторы скорости G05D; переменные резисторы H01C; пусковые переключатели H01H; системы для регулирования электрических или магнитных переменных величин с использованием трансформаторов, реакторов или дроссельных катушек G05F; устройства, конструктивно связанные с электрическими двигателями, генераторами, электромашинными преобразователями, трансформаторами, реакторами или дроссельными катушками, см. в соответствующих подклассах, например H01F,H02K; соединение или управление

Владельцы патента RU 2686304:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") (RU)

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в частотно-регулируемом электроприводе штангового глубинного насоса с асинхронным двигателем, подключенным к силовой сети через преобразователь частоты. Техническим результатом является уменьшение установленной мощности асинхронного двигателя и преобразователя частоты за счет использования кинетической энергии неуравновешенных масс механизма штангового глубинного насоса (станок-качалка), которые приводятся в движение двигателем посредством кривошипно-шатунного механизма. В способе регулирования скорости асинхронного двигателя уменьшается потребление энергии за счет реализации возможности управления скоростью вращения асинхронного двигателя по предлагаемому закону посредством специального вычислительного устройства. 2 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления частотным регулируемым электроприводом штангового глубинного насоса с асинхронным двигателем.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ управления частотным регулируемым электроприводом штангового глубинного насоса с преобразователем частоты ACS-601, (патент США №6890156 ((Reciprocating pump control system» (Система управления штанговым глубинным насосом), опубл. 06.05.2004) согласно которому питаемый от стандартной трехфазной сети преобразователь частоты подсоединен своим выходом к асинхронному двигателю, работающему с неизменной заданной скоростью вращения и приводящему в движение механизм штангового глубинного насоса, а для задания скорости асинхронного двигателя применяется вычислительное устройство, использующее сигнал с датчика положения штанги насоса.

Недостатком известного способа является завышенное энергопотребление определяемое отсутствием возможности использовать кинетическую энергию неуравновешенных масс механизма при перемещении штанги, тогда как хорошо известно, что в конструкции штангового глубинного насоса (станка - качалки) имеются значимые по своей массе противовесы, способные запасать кинетическую энергию.

Технической задачей предлагаемого изобретения является реализация возможности использовать кинетическую энергию неуравновешенных масс конструкции насоса при перемещении штанги насоса посредством кривошипно-шатунного механизма.

Технический результат заключается в уменьшении энергопотребления, и, как следствие - уменьшении установленной мощности асинхронного двигателя и преобразователя частоты, за счет использования кинетической энергии неуравновешенных масс механизма штангового глубинного насоса, которые приводятся в движение кривошипно-шатунным механизмом.

Технический результат достигается тем, что в известном способе управления частотно-регулируемым электроприводом штангового глубинного насоса, при котором асинхронный двигатель, получающий питание от преобразователя частоты, приводит в движение механизм штангового глубинного насоса, а для регулирования скорости асинхронного двигателя применяют вычислительное устройство, использующее сигнал с датчика положения штанги насоса и выдающее на преобразователь частоты управляющий сигнал, устанавливающий заданную скорость ωзад вращения асинхронного двигателя, согласно изобретению, сигнал с датчика положения штанги насоса используют вычислительным устройством для определения направления движения штанги насоса, а сигнал управления скоростью, подаваемый с выхода вычислительного устройства на вход преобразователя частоты, используют для уменьшения или увеличения заданной скорости вращения двигателя при подъеме или опускания штанги согласно следующим уравнениям:

где: ωmax - максимальное значение заданной скорости вращения

асинхронного двигателя, устанавливаемое из технологических условий работы насоса;

ωmin - минимальное значение заданной скорости вращения асинхронного двигателя, устанавливаемое с целью уменьшения мощности применяемого электропривода, и допустимое из технологических условий работы насоса;

t1 - время, отсчитываемое от момента начала подъема штанги,

t2 - время, отсчитываемое от момента начала опускания штанги;

- темп, с которым должна изменяться скорость вращения асинхронного двигателя;

i - передаточное число редуктора между осями двигателя и кривошипа.

Сущность предлагаемого способа поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ управления частотно-регулируемым электроприводом штангового глубинного насоса с асинхронным двигателем, на фиг. 2 представлена кривая иллюстрирующая изменения сигнала задания скорости ωзад при подъеме и опускании штанги и соответствующий этой кривой сигнал, получаемый от датчика перемещения штанги.

Устройство, реализующее предлагаемый способ управления частотно-регулируемым электроприводом штангового глубинного насоса с асинхронным двигателем, приведенное на фиг. 1, содержит преобразователь частоты 1, вход которого подсоединен к трехфазной питающей сети, а выход - ко входу асинхронного двигателя 2, приводящего в движение механизм штангового глубинного насоса 3, на котором установлен датчик положения 4, выход которого подсоединен ко входу вычислительного устройства 5, сигнал управления скоростью с выхода которого подается на преобразователь частоты 1.

Устройство работает следующим образом: на управляющие входы вычислительного устройства 5 подаются сигнал задания максимальной скорости вращения ωmax, сигнал задания минимальной скорости вращения ωmin и сигнал с датчика положения 4. При подъеме штанги глубинного насоса с датчика положения 4 поступает сигнал логической единицы, при этом вычислительное устройство выдает на свои выход уменьшающийся сигнал задания скорости вращения, в соответствии С (1), а при опускании штанги глубинного насоса с датчика положения 4 поступает сигнал логического нуля, при этом вычислительное устройство выдает на свой выход увеличивающийся сигнал задания скорости вращения в соответствии с (2).

При таком управлении скорость асинхронного двигателя изменяется в пределах от ωmax до ωmin (фиг. 2), что предопределяет изменение запаса кинетической энергии неуравновешенных движущихся масс механизма глубинного насоса, равное изменению потенциальной энергии этих масс за половину оборота его кривошипа (за один ход штанги). При этом осуществляется использование кинетической энергии неуравновешенных движущихся масс механизма глубинного насоса путем управления скоростью двигателя с определенным темпом замедления при движении штанги вверх. Затем затраченная часть запаса кинетической энергии восстанавливается на участке опускания штанги благодаря разгону двигателя до скорости ωmax. В результате двигатель затрачивает меньше энергии на подъем неуравновешенной массы, используя запас кинетической энергии этой массы.

Необходимое значение темпа изменения скорости (угловое ускорение) определяется очевидным образом (см. фиг. 2) по уравнению:

где t0 - время изменения угловой скорости в пределах ωmax, ωmin определяется из условия поворота вала двигателя на угол 2πi со средней скоростью , т.е.

Подставляя (5) в (4) и учитывая необходимость иметь запас темпа изменения скорости на компенсацию погрешности измерений получаем уравнение (3), приведенное выше.

Использование предлагаемого способа позволяет уменьшить поток энергии, проходящий через преобразователь и двигатель, что приводит к уменьшению потери энергии и установленной мощности электрооборудования.

Способ управления частотно-регулируемым электроприводом штангового глубинного насоса, при котором асинхронный двигатель, получающий питание от преобразователя частоты, приводит в движение механизм штангового глубинного насоса, а для регулирования скорости асинхронного двигателя применяют вычислительное устройство, использующее сигнал с датчика положения штанги насоса и выдающее на преобразователь частоты управляющий сигнал, устанавливающий заданную скорость ωзад вращения асинхронного двигателя, отличающийся тем, что сигнал с датчика положения штанги насоса используют вычислительным устройством для определения направления движения штанги насоса, а сигнал управления скоростью, подаваемый с выхода вычислительного устройства на вход преобразователя частоты, используют для уменьшения или увеличения заданной скорости вращения двигателя при подъеме или опускании штанги согласно следующим уравнениям:

при подъеме штанги - ωзад = ωmax - ε⋅t1,

при опускании штанги - ωзад = ωmin + ε⋅t2,

где ωmax - максимальное значение заданной скорости вращения асинхронного двигателя, устанавливаемое из технологических условий работы насоса;

ωmin - минимальное значение заданной скорости вращения асинхронного двигателя, устанавливаемое с целью уменьшения мощности применяемого электропривода и допустимое из технологических условий работы насоса;

t1 - время, отсчитываемое от момента начала подъема штанги,

t2 - время, отсчитываемое от момента начала опускания штанги;

- темп, с которым должна изменяться скорость вращения асинхронного двигателя;

i - передаточное число редуктора между осями двигателя и кривошипа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к насосным узлам. Технический результат – обеспечение насосного узла с дополнительно оптимизированной конструкцией, за счет уменьшения размера приводного мотора, которая является эффективной даже для работы не с полной, а с частичной нагрузкой.

Изобретение относится к области электротехники. Устройство управления для управления электрическим блоком, содержащее: пару переключающих элементов, выполненных с возможностью преобразования мощности от источника питания в мощность переменного тока и подачи мощности переменного тока на электрический блок, блок преобразования, блок вычисления, блок генерирования, блок управления, блок определения, блок коррекции.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способам управления электроприводами переменного тока, и может быть использовано при частотном управлении двухфазным асинхронным двигателем с его питанием от трехфазного преобразователя частоты.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при эксплуатации судовых спиральных компрессоров с частотным регулированием оборотов в составе кондиционера воздуха.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления оптимальными по быстродействию электроприводами. Техническим результатом является стабилизация частоты переключения тока автономного инвертора напряжения, питающего статор асинхронного двигателя.

Изобретение относится к устройствам приведения в действие трехфазных двигателей. Технический результат заключается в том, чтобы предоставить устройство приведения в действие двигателя, допускающее стабильное предоставление напряжения постоянного тока и напряжения нейтральной точки в трехуровневый инвертор, даже когда малоемкий конденсатор используется на контактном выводе постоянного тока.

Изобретение относится к управлению электродвигателями вращения антенн радиолокационных станций (РЛС) и может быть использовано в регулируемых электроприводах (РЭП).

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах сканирования, калибровки, измерения, контроля и управления, а также в автоматизированных электроприводах механизмов с колебательным движением рабочего органа.

Группа изобретений относится к устройству для управления тяговой системой транспортных средств с электротягой. Устройство управления электромотором транспортного средства содержит модулятор, первый модуль коррекции, второй модуль коррекции и контроллер.

Изобретение относится к электроинструменту. Электроинструмент содержит двигатель, управляемый при помощи широтно-импульсной модуляции посредством полупроводникового ключевого элемента с использованием энергии от источника питания, передаточный механизм, выполненный с возможностью передачи вращения двигателя на рабочий инструмент, и контроллер.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при эксплуатации судовых спиральных компрессоров с частотным регулированием оборотов в составе кондиционера воздуха.

Изобретение относится к области рельсовых транспортных средств. Компрессорная система включает в себя приводимый в действие от электродвигателя через приводной вал компрессор, резервуар для сжатого воздуха.

Изобретение относится к способу для оптимизированной по мощности эксплуатации насоса, приводимого в действие электродвигателем, в гидравлической системе при очень малых объемных расходах (Q), причем заданный напор (H) насоса регулируется в зависимости от объемного расхода (Q) в соответствии с предварительно установленной характеристической кривой (К).

Устройство содержит процессор и память, содержащую компьютерный программный код, сконфигурированные для реагирования на сигнализацию, содержащую информацию о мгновенном давлении и расходе жидкости, перекачиваемой в насосной системе, и получения кривой адаптивного управления на основе мгновенного давления и расхода с использованием адаптивного фильтра скользящего среднего.

Изобретение относится к области машиностоения и может быть использовано в возвратно-поступательных поршневых насосах. .

Изобретение относится к технике очистки газов в различных отраслях народного хозяйства, например в химической, газовой промышленностях, и применяется преимущественно для осушки и очистки на буровых установках.

Изобретение относится к области совершенствования поршневых компрессорных установок тягового подвижного состава. .

Изобретение относится к способу и гидравлической насосной системе с множеством насосных агрегатов с программируемым электронным средством управления двигателем.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрической машине для транспортного средства. Технический результат – обеспечение защиты чувствительных элементов машины от проникающей воды.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при эксплуатации судовых спиральных компрессоров с частотным регулированием оборотов в составе кондиционера воздуха.

Изобретение относится к линейным двигателям с постоянными магнитами и относится к средствам для контроля усилия, создаваемого линейным двигателем, и определения существования условия срыва подачи и управления двигателем для предотвращения удара плунжера насоса по жидкости, вызванного срывом подачи.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в частотно-регулируемом электроприводе штангового глубинного насоса с асинхронным двигателем, подключенным к силовой сети через преобразователь частоты. Техническим результатом является уменьшение установленной мощности асинхронного двигателя и преобразователя частоты за счет использования кинетической энергии неуравновешенных масс механизма штангового глубинного насоса, которые приводятся в движение двигателем посредством кривошипно-шатунного механизма. В способе регулирования скорости асинхронного двигателя уменьшается потребление энергии за счет реализации возможности управления скоростью вращения асинхронного двигателя по предлагаемому закону посредством специального вычислительного устройства. 2 ил.

Наверх