RU2686304C1 - Control method for frequency-controlled electric drive of sucker rod pump with asynchronous motor - Google Patents
Control method for frequency-controlled electric drive of sucker rod pump with asynchronous motor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2686304C1 RU2686304C1 RU2018132641A RU2018132641A RU2686304C1 RU 2686304 C1 RU2686304 C1 RU 2686304C1 RU 2018132641 A RU2018132641 A RU 2018132641A RU 2018132641 A RU2018132641 A RU 2018132641A RU 2686304 C1 RU2686304 C1 RU 2686304C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pump
- rod
- speed
- asynchronous motor
- frequency
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 9
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
- H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
- H02P25/06—Linear motors
- H02P25/062—Linear motors of the induction type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B47/00—Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps
- F04B47/06—Pumps or pumping installations specially adapted for raising fluids from great depths, e.g. well pumps having motor-pump units situated at great depth
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
- F04B49/06—Control using electricity
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
- F04B49/20—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by changing the driving speed
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
- H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления частотным регулируемым электроприводом штангового глубинного насоса с асинхронным двигателем.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used to control the variable-frequency electric driven sucker rod pump with an asynchronous motor.
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.The closest in technical essence of the present invention is a method of controlling a frequency-controlled electric drive of a sucker rod pump with a frequency converter ACS-601 (US Pat. No. 6,891,0156 ((Reciprocating pump control system ”), publ. 06/05/2004) According to which, powered by a standard three-phase network, the frequency converter is connected to an asynchronous motor with its output, which operates at a fixed set speed and drives the sucker-rod mechanism innogo pump, and to set the induction motor speed applies a computing device using a signal from the pump rod position sensor.
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.The disadvantage of this method is overestimated power consumption determined by the inability to use the kinetic energy of unbalanced masses of the mechanism when moving the rod, whereas it is well known that the design of the sucker rod pump (machine - rocker) has significant weight counterweights that can store kinetic energy.
Технической задачей предлагаемого изобретения является реализация возможности использовать кинетическую энергию неуравновешенных масс конструкции насоса при перемещении штанги насоса посредством кривошипно-шатунного механизма.The technical task of the invention is the realization of the ability to use the kinetic energy of unbalanced masses of the pump design when moving the pump rod by means of a crank mechanism.
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.The technical result is to reduce energy consumption and, as a result, to reduce the installed power of the asynchronous motor and frequency converter, due to the use of the kinetic energy of unbalanced masses of the sucker rod pump mechanism, which are driven by a crank mechanism.
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:The technical result is achieved in that in a known method of controlling a variable-frequency electric drive of a sucker rod pump, in which an induction motor powered by a frequency converter drives the mechanism of a sucker rod pump, and a computer using a signal with pump rod position sensor and provides the control signal to the frequency converter that sets the predetermined rotational speed ω ass synchronous motor according to the invention, the signal from the pump rod position sensor is used by a computing device to determine the direction of movement of the pump rod, and the speed control signal supplied from the output of the computing device to the input of the frequency converter is used to reduce or increase the set speed of the engine when raising or lowering rods according to the following equations:
где: ωmax - максимальное значение заданной скорости вращенияwhere: ω max - the maximum value of a given speed of rotation
асинхронного двигателя, устанавливаемое из технологических условий работы насоса;induction motor, installed from the technological conditions of the pump;
ωmin - минимальное значение заданной скорости вращения асинхронного двигателя, устанавливаемое с целью уменьшения мощности применяемого электропривода, и допустимое из технологических условий работы насоса;ω min - the minimum value of the set speed of rotation of the asynchronous motor, installed to reduce the power used by the electric drive, and acceptable from the technological conditions of the pump;
t1 - время, отсчитываемое от момента начала подъема штанги,t 1 - time, counted from the moment of the beginning of the lifting bar,
t2 - время, отсчитываемое от момента начала опускания штанги;t 2 is the time counted from the beginning of the lowering of the rod;
- темп, с которым должна изменяться скорость вращения асинхронного двигателя;- the rate at which the rotational speed of the induction motor should be changed;
i - передаточное число редуктора между осями двигателя и кривошипа.i - gear ratio of the gearbox between the axles of the engine and crank.
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.The essence of the proposed method is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a block diagram of a device that implements the proposed method of controlling a variable-frequency electric drive of a sucker-rod pump with an asynchronous motor; FIG. 2 shows a curve illustrating changes in the speed reference signal ω ass when the rod is raised and lowered, and the signal corresponding to this curve is received from the rod displacement sensor.
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.A device that implements the proposed method of controlling a variable-frequency electric rod pump with an asynchronous motor, shown in FIG. 1, contains a frequency converter 1, the input of which is connected to a three-phase mains supply, and the output - to the input of an
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).The device operates as follows: the control inputs of the
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.With this control, the speed of an asynchronous engine varies from ω max to ω min (Fig. 2), which determines the change in the kinetic energy reserve of unbalanced moving masses of the deep pump mechanism, equal to the change in the potential energy of these masses in half a turn of its crank (for one stroke of the rod) ). In this case, the kinetic energy of the unbalanced moving masses of the submersible pump mechanism is used by controlling the speed of the engine with a certain deceleration rate when the rod moves upwards. Then, the spent part of the kinetic energy reserve is restored at the site of lowering the rod due to the engine acceleration up to the speed ω max . As a result, the engine spends less energy on lifting an unbalanced mass, using the kinetic energy reserve of that mass.
Необходимое значение темпа изменения скорости (угловое ускорение) определяется очевидным образом (см. фиг. 2) по уравнению:The necessary value of the rate of change of speed (angular acceleration) is determined in an obvious way (see Fig. 2) by the equation:
где t0 - время изменения угловой скорости в пределах ωmax, ωmin определяется из условия поворота вала двигателя на угол 2πi со средней скоростью , т.е.where t 0 is the time of change of the angular velocity within ω max , ω min is determined from the condition of rotation of the motor shaft through an angle of 2πi with an average speed i.e.
Подставляя (5) в (4) и учитывая необходимость иметь запас темпа изменения скорости на компенсацию погрешности измерений получаем уравнение (3), приведенное выше.Substituting (5) into (4) and taking into account the need to have a reserve of rate of change in speed to compensate for measurement errors, we obtain equation (3) given above.
Использование предлагаемого способа позволяет уменьшить поток энергии, проходящий через преобразователь и двигатель, что приводит к уменьшению потери энергии и установленной мощности электрооборудования.Using the proposed method allows to reduce the flow of energy passing through the converter and the motor, which leads to a decrease in energy loss and installed power of electrical equipment.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018132641A RU2686304C1 (en) | 2018-09-13 | 2018-09-13 | Control method for frequency-controlled electric drive of sucker rod pump with asynchronous motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018132641A RU2686304C1 (en) | 2018-09-13 | 2018-09-13 | Control method for frequency-controlled electric drive of sucker rod pump with asynchronous motor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2686304C1 true RU2686304C1 (en) | 2019-04-25 |
Family
ID=66314846
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018132641A RU2686304C1 (en) | 2018-09-13 | 2018-09-13 | Control method for frequency-controlled electric drive of sucker rod pump with asynchronous motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2686304C1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4102394A (en) * | 1977-06-10 | 1978-07-25 | Energy 76, Inc. | Control unit for oil wells |
WO2003048578A1 (en) * | 2001-12-03 | 2003-06-12 | Abb Inc. | Rod saver speed control method and apparatus |
US6890156B2 (en) * | 2002-11-01 | 2005-05-10 | Polyphase Engineered Controls | Reciprocating pump control system |
RU2334897C1 (en) * | 2007-01-09 | 2008-09-27 | Республиканское Унитарное Предприятие "Производственное Объединение "Белоруснефть" | Method of diagnosing bottom-hole sucker-rod pump drive steadiness |
EP2053245A1 (en) * | 2006-08-04 | 2009-04-29 | Jun Liu | A surface motor direct-drive sucker-rod screw pump device |
RU121529U1 (en) * | 2012-06-05 | 2012-10-27 | Валерий Владимирович Бодров | DEEP DEPT PUMP DRIVE |
RU2534636C1 (en) * | 2013-08-05 | 2014-12-10 | Павлова Ольга Анатольевна | Well bottom-hole pump drive |
-
2018
- 2018-09-13 RU RU2018132641A patent/RU2686304C1/en active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4102394A (en) * | 1977-06-10 | 1978-07-25 | Energy 76, Inc. | Control unit for oil wells |
WO2003048578A1 (en) * | 2001-12-03 | 2003-06-12 | Abb Inc. | Rod saver speed control method and apparatus |
US6890156B2 (en) * | 2002-11-01 | 2005-05-10 | Polyphase Engineered Controls | Reciprocating pump control system |
EP2053245A1 (en) * | 2006-08-04 | 2009-04-29 | Jun Liu | A surface motor direct-drive sucker-rod screw pump device |
CA2671353C (en) * | 2006-08-04 | 2014-04-22 | Direct Drive Pcp Inc. | A motor direct drive rod ground screw pump device |
RU2334897C1 (en) * | 2007-01-09 | 2008-09-27 | Республиканское Унитарное Предприятие "Производственное Объединение "Белоруснефть" | Method of diagnosing bottom-hole sucker-rod pump drive steadiness |
RU121529U1 (en) * | 2012-06-05 | 2012-10-27 | Валерий Владимирович Бодров | DEEP DEPT PUMP DRIVE |
RU2534636C1 (en) * | 2013-08-05 | 2014-12-10 | Павлова Ольга Анатольевна | Well bottom-hole pump drive |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10100623B2 (en) | Intra-stroke cycle timing for pumpjack fluid pumping | |
US6749017B1 (en) | Full automatic machine for oil extraction | |
US20170002805A1 (en) | Electric motor control for pumpjack pumping | |
US4661751A (en) | Well pump control system | |
US7891237B2 (en) | Method for estimating pump efficiency | |
US10107282B1 (en) | Articulated reciprocating counterweight | |
US10260497B2 (en) | Power unit of hydraulic pumping unit and corresponding hydraulic pumping unit | |
CN106948796A (en) | Pumping control device and method for pumping unit during non-stop | |
EA007102B1 (en) | Reciprocating pump control system and method therefor | |
US20170002636A1 (en) | Detection and mitigation of detrimental operating conditions during pumpjack pumping | |
CN103061715A (en) | Pump jack pump-off control method and pump jack control apparatus | |
US20170226832A1 (en) | Mobilized Tail Bearing Pumpjack | |
WO2017100669A1 (en) | Controller for a rod pumping unit and method of operation | |
CN111810126A (en) | Automatic control equipment and method for improving pumping efficiency of beam-pumping unit | |
KR101521781B1 (en) | Electronic power saving device for oilwell diggers: Pump Jack | |
WO2017180839A1 (en) | Sucker rod pumping unit and method of operation | |
RU2686304C1 (en) | Control method for frequency-controlled electric drive of sucker rod pump with asynchronous motor | |
MXPA04005322A (en) | Rod saver speed control method and apparatus. | |
RU2749236C2 (en) | Controller and method to control a sucker-rod pump | |
EP2660467A1 (en) | Concrete pump and method for adjusting value of drive pressure to swinging actuator thereof | |
US4476418A (en) | Well pump control system | |
RU2229623C1 (en) | Pumping unit drive with compensation of load-irregularities | |
CA2970320A1 (en) | Methods and system for enhancing flow of a fluid induced by a rod pumping unit | |
Takacs | Exact kinematic and torsional analysis of Rotaflex pumping units | |
CN201528297U (en) | Motor starting device of oil extractor |