Погружная станция управления для погружного электродвигателя Российский патент 2023 года по МПК F04B47/06 F04B49/06 H02K11/30 

Погружная станция управления для погружного электродвигателя относится к области электротехники и может быть использована, например, для управления скважинным электродвигателем.

Из уровня техники известна станция управления электродвигателем наземного исполнения, представляющая из себя корпус в виде шкафа с системами для обеспечения заданных параметров рабочей среды внутреннего пространства, содержащий в себе электрические компоненты и обвязку для управления электродвигателем, систему беспроводной передачи данных от станции управления к операторному пункту на дальние расстояния посредством сотовой связи. Также возможно исполнение подобных станций со встроенным повышающим трансформатором с соответствующей электрической обвязкой.

Недостатками аналогов являются недостаточная эффективность управления работой электродвигателя и, как следствие, невозможность работы электродвигателя с максимально возможным КПД, высокие массогабаритные характеристики, усложнение монтажа и транспортирования оборудования.

Техническая проблема, решаемая посредством заявляемого изобретения, заключается в преодолении недостатков, присущих аналогам, раскрытым при описании уровня техники, а также в повышении удобства эксплуатации погружных электродвигателей и облегчении процесса пусконаладки оборудования.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы электродвигателя, значительное уменьшение массогабаритных параметров станции управления электродвигателем, упрощение процессов монтажа и логистики оборудования.

Сущность изобретения поясняется эскизом.

На фиг.1 изображен общий схематичный вид изобретения, где:

1. Корпус;

2. Корректор;

3. Силовой инвертор;

4. Блок датчиков тока и напряжения;

5. Система управления;

6. Система передачи данных;

7. Наземный блок с интерфейсом взаимодействия;

8. Электродвигатель.

Погружная станция управления для погружного электродвигателя содержит в себе корпус 1, корректор 2, силовой инвертор 3, блок датчиков тока и напряжения 4, систему управления 5, систему передачи данных 6, наземный блок с интерфейсом взаимодействия 7.

Корпус 1 предназначен для защиты электрических компонентов от воздействия окружающей среды.

Корректор 2 необходим для преобразования входящего напряжения электропитания. Также этот блок выравнивает кривую потребления тока из сети, тем самым уменьшая импульсные нагрузки на питающую сеть, и увеличивает КПД системы в целом. Корректор 2 включает в себя силовые диоды, силовые ключи, систему питания, дроссельную группу, блок конденсаторов, гибкие шлейфы для сигнальных электрических соединений и медные шины для силовых электрических соединений.

Силовой инвертор 3 предназначен для преобразования постоянного напряжения в переменное напряжение для управления электродвигателем. На вход этого блока подаются управляющие ШИМ сигналы с системы управления 5 и низковольтные напряжения. Силовой инвертор 3 включает в себя систему питания, силовые ключи, гибкие шлейфы для сигнальных электрических соединений и медные шины для силовых электрических соединений.

Блок датчиков тока и напряжения 4 предназначен для отслеживания фазных токов и напряжений, потребляемых электродвигателем. На выходе данного блока выдаются аналоговые сигналы тока и напряжения, которые принимает и обрабатывает система управления 5. На вход этого блока подаются низковольтные напряжения для питания логики и вспомогательных узлов. Блок датчиков тока и напряжения 4 включает в себя датчики тока и напряжения, систему питания, гибкие шлейфы для сигнальных электрических соединений, медные шины для силовых электрических соединений.

Система управления 5 обрабатывает данные со всех узлов станции управления и генерирует сигналы для управления электродвигателем. Состоит из импульсной системы питания, обеспечивающей все необходимые напряжения для микроконтроллера или сигнального процессора, аналоговой и измерительной частей, а также других подсистем; микроконтроллера или сигнального процессора; микросхемы памяти; трансивера CAN; подсистемы логики для работы с датчиком положения ротора; сигнальных разъемов, гибких шлейфов. Также в систему управления 5 входит печатная плата-модуль проверки качества изоляции.

Система передачи данных 6 предназначена для передачи данных к наземному блоку с интерфейсом взаимодействия 7 через питающий кабель. На вход этого блока подаются управляющие сигналы с системы управления 5 и низковольтные напряжения для питания логики и вспомогательных узлов. Система передачи данных 6 состоит из микроконтроллера или сигнального процессора, специализированной микросхемы, обеспечивающей модуляцию необходимых сигналов для передачи данных по кабелю питания, трансивера CAN, дросселя, сигнальных разъемов, гибких электрических шлейфов.

Наземный блок с интерфейсом взаимодействия 7 может дополнительно содержать в себе датчики тока и напряжения для контроля напряжения и тока питающей электросети, и датчики параметров окружающей среды.

Изобретение в вариативном исполнении включает в себя систему беспроводной передачи данных для управления и мониторинга параметров работы оборудования. Модуль беспроводной передачи данных может быть размещен как в наземном блоке с интерфейсом взаимодействия 7, так и в корпусе 1 станции управления.

Корпус 1 станции управления заполнен жидкостью либо газом, либо компаундом, либо их комбинацией, а также может иметь систему охлаждения.

Электродвигатель 8 может содержать дополнительно датчики положения ротора. Датчики положения ротора позволяют реализовать эффективную систему обратной связи станции управления с электродвигателем, тем самым достичь максимально возможного КПД электродвигателя и повысить КПД системы в целом.

Ввиду малогабаритности изобретение механически и гидравлически связанно с погружным электродвигателем и работает непосредственно в составе погружного электрооборудования.

Изобретение может иметь блок защиты, представляющий собой электромеханическое устройство, обеспечивающее развязку питающей сети и фаз электродвигателя от погружной станции управления. Также в этот блок входят плавкие предохранители. Данное устройство дает возможность питания и управления подключенным электродвигателем от внешней станции управления.

Погружная станция управления для погружного электродвигателя может быть использована, например, для управления погружным электродвигателем в составе установки электроцентробежного насоса для откачки флюида из нефтяных скважин. Однако, применение изобретения не ограничивается только нефтяной промышленностью. Так, например, возможно применение изобретения в качестве станции управления электродвигателем в составе погружного бытового или общепромышленного насоса.

Таким образом, изобретение может применяться в качестве компактной энергоэффективной системы управления электроприводом для различных наземных устройств, машин, погружного оборудования.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к станциям управления погружными электродвигателями, и содержит в себе корпус, корректор, силовой инвертор, датчики тока и напряжения, систему управления, систему для передачи данных. Станция управления выполнена в виде компактного погружного модуля, который механически и гидравлически связан со скважинным электродвигателем. Также возможно наличие наземного модуля с интерфейсом для взаимодействия, системы беспроводной передачи данных и применение в электродвигателе датчиков положения ротора. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы электродвигателя, значительное уменьшение массогабаритных параметров станции управления электродвигателем, упрощение процессов монтажа и логистики оборудования. 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Станция управления погружным электродвигателем, содержащая модуль управления электродвигателем, включающий в себя корректор, силовой инвертор, датчики тока и напряжения, систему управления, систему для передачи данных, отличающаяся тем, что модуль управления электродвигателем выполнен в виде погружного блока, который механически и гидравлически связан с погружным электродвигателем, а также заполнен жидкостью либо газом, либо компаундом, либо их комбинацией.

2. Станция управления по п. 1, отличающаяся тем, что имеет систему беспроводной дистанционной связи.

3. Станция управления по п. 1, отличающаяся тем, что в электродвигателе применяются датчики положения ротора.

4. Станция управления по п. 1, отличающаяся тем, что имеет систему охлаждения.

5. Станция управления по п. 1, отличающаяся тем, что модуль управления электродвигателем электрически связан с наземным модулем с интерфейсом для взаимодействия.

6. Станция управления по п. 1, отличающаяся тем, что модуль управления электродвигателем имеет возможность подключения внешней станции управления электродвигателем.

7. Станция управления по п. 1, отличающаяся тем, что модуль управления электродвигателем содержит датчики параметров окружающей среды.

8. Станция управления по п. 1, отличающаяся тем, что модуль управления электродвигателем содержит датчики параметров работы электродвигателя.

9. Станция управления по п. 5, отличающаяся тем, что наземный модуль имеет систему для измерения параметров электрической сети.

10. Станция управления по п. 5, отличающаяся тем, что наземный модуль имеет систему для измерения параметров окружающей среды.

11. Станция управления по п. 5, отличающаяся тем, что наземный модуль имеет систему поддержания рабочих параметров внутренней рабочей среды.