抽油機(jī)節(jié)能電控裝置綜述

CU_s²=×2200×10^－6×(640000－360000)=308J，比起6000J的回饋能量來說小得多了。即使再增加10000μF的濾波電容，也只能儲(chǔ)能1400J，因此，在大容量或者負(fù)載慣量大的系統(tǒng)中，不可能只靠濾波電容器來限制泵升電壓。

圖 8 泵 升 電 壓 限 制 電 路

也就是將回饋能量消耗在電阻上，這是一種耗能的方法，對(duì)節(jié)能不利。尤其是在大容量或者大慣量拖動(dòng)系統(tǒng)中，能量的損失較大。

3）對(duì)于地處北方寒冷地區(qū)的抽油機(jī)，為了在冬季增加原油的流動(dòng)性和防止結(jié)蠟，而對(duì)井口回油管進(jìn)行電加熱，如采用中頻加熱裝置。這時(shí)也可將變頻器與中頻電加熱裝置共用整流電路及直流母線，這樣可將電動(dòng)機(jī)回饋到直流母線上的再生能量用于中頻加熱器，同時(shí)又防止了直流母線電壓的泵升。

4）對(duì)于同一井場(chǎng)上有多口油井的場(chǎng)所，可以采用共用直流母線系統(tǒng)方案，即若干臺(tái)抽油機(jī)的變頻器可共用一臺(tái)整流器，將其直流母線聯(lián)結(jié)在一起，利用各變頻器的回饋能量不可能在同時(shí)發(fā)生的原理，將某一臺(tái)變頻器的回饋能量作為其他變頻器的動(dòng)力。這樣即節(jié)約了能量，又防止了泵升電壓的產(chǎn)生。如圖9所示。

圖9 采用公用直流母線的多變頻器系統(tǒng)主電路

5）對(duì)于更大功率的系統(tǒng)，為了回饋再生能量，提高效率，可以采用能量回饋裝置，將再生能量回饋電網(wǎng)，當(dāng)然這樣一來，系統(tǒng)就更復(fù)雜，投資也就更高了。所謂的能量回饋裝置，其實(shí)就是一臺(tái)有源逆變器。按采用的功率開關(guān)器件的不同又可以分為晶閘管（SCR）有源逆變器及絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）逆變器兩種，它們又各有其特點(diǎn)和要求。

——晶閘管有源逆變器

如圖10所示，三相橋式可控變流電路用作有源逆變裝置，使電網(wǎng)吸收再生電功率。為了使有源逆變電路正常工作，并防止過電流，應(yīng)滿足U_m>U_d，其中U_d為變頻器正常工作時(shí)的直流母線電壓，U_m為再生直流電壓，而U_m可通過超前角β（β=π－α）來進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于

U_m=－2.34U₂cosβ（或=－1.35U₂₁cosβ）（1）

圖10 采 用 晶 閘 管 有 源 逆 變 器 的 再 生 能 量 回 饋 系 統(tǒng) 電 路

若有源逆變器交流側(cè)直接接到380V交流電源，且取最小超前角β=π/6，則U_mmax為440V左右，而變頻器直流母線電壓正常工作時(shí)在510V左右，則U_d>U_m。而我們要求的是，當(dāng)再生能量較小時(shí)，有源逆變裝置不工作，讓能量?jī)?chǔ)存在濾波電容器中，當(dāng)直流母線電壓達(dá)到某一設(shè)定值時(shí)（如U_d>670V），有源逆變裝置才開始工作，將多余的能量回饋電網(wǎng)。根據(jù)式（1）反算過去，逆變變壓器副邊的線電壓應(yīng)大于540V，才能實(shí)現(xiàn)電壓匹配。

——IGBT有源逆變器

雖然其主電路結(jié)構(gòu)與變頻器中的無源逆變器基本相同，但是其功能和控制方法是大不相同的。變頻器中的無源逆變器的負(fù)載是三相交流電動(dòng)機(jī)，其輸出頻率、電壓、相位都可以由變頻器隨意控制；而有源逆變器的輸出接的是交流電網(wǎng)，其輸出頻率、相位和電壓取決于電網(wǎng)，所以，在IGBT有源逆變器的控制中增加了鑒頻、鑒相器和鎖相環(huán)控制。電壓則由PWM控制，比晶閘管有源逆變器容易實(shí)現(xiàn)。另外在輸出端接有交流電抗器，用來抑制過電流。

6）采用可四象限運(yùn)行的變頻器，如圖11所示其控制就更復(fù)雜，投資也更高了。

圖 11 可 四 象 限 運(yùn) 行 變 頻 器 主 電 路