抽油机电机电控节能装置.pdf

一种抽油机电机电控节能装置，包括可变降压电感器(9、10、11)，由主回路电感线圈(L1、L3、L5)和辅助电感线圈(L2、L4、L6)构成，其所述主回路电感线圈串联在抽油机电机(24)各相电源线上；双向可控硅(12)，与所述辅助电感线圈串联；在抽油机电机各相电源线上设置功率感应装置；一个控制器(Ct)，其信号输入端连接所述功率感应装置的信号输出端，其信号输出端与所述双向可控硅的控制极连接。其能够节约有用功、减少无用功，并消除谐波对电网冲击。

1.  一种抽油机电机电控节能装置，其中包括：
可变降压电感器(9、10、11)，由主回路电感线圈(L1、L3、L5)和辅助电感线圈(L2、L4、L6)构成，其所述主回路电感线圈(L1、L3、L5)串联在抽油机电机各相电源线上，可通过改变所述辅助电感线圈(L2、L4、L6)中的电流来影响所述主回路电感线圈(L1、L3、L5)的感抗；
双向可控硅(12)，与所述辅助电感线圈(L2、L4、L6)串联；
设置在抽油机电机各相电源线上的功率感应装置；以及
一个控制器(Ct)，其信号输入端连接所述功率感应装置的信号输出端，其信号输出端与所述双向可控硅(12)的控制极连接。

2.  根据权利要求1所述的抽油机电机电控节能装置，其特征在于所述控制器(Ct)包括将功率感应装置测得的电流和/或电压的模拟信号转换为数字信号的输入数/模转换器；一个输入端与所述输入数/模转换器连接的单片机(15)；连接所述单片机(15)的输出端用于将所述单片机(15)输出的数字信号转换为模拟信号的输出数/模转换器(14)，所述输出数/模转换器(14)的输出端连接所述双向可控硅(12)的控制极。

3.  根据权利要求2所述的抽油机电机电控节能装置，其特征在于所述控制器(Ct)还包括设置在用于采集电流信号的所述输入模/数转换器(20)输入端的的电流取样信号的前期处理装置(19)。

4.  根据权利要求2所述的抽油机电机电控节能装置，其特征在于所述控制器(Ct)还包括设置在输出数/模转换器(14)输出端的用于向所述双向可控硅(12)提供所需的触发点流，并实现于其它电路光隔离的触发器(13)。

5.  根据权利要求1至4任意一项所述的抽油机电机电控节能装置，其特征在于还包括连接在各相电源线之间的至少一组补偿电容(6、7、8)。

6.  根据权利要求5所述的抽油机电机电控节能装置，其特征在于在所述补偿电容与所述电源线之间设置一个电容切换电路(5)，其在所述单片机(15)的指令信号的控制下投切所述补偿电容。

抽油机电机电控节能装置
技术领域
本发明涉及一种由于油田抽油机的电机节能装置。具体地说，本发明的抽油机电机电控节能装置通过对电机输出功率控制装置的改进，来进一步改善电机输出功率与抽油机工作负荷的匹配关系来实现节能的效果。
背景技术
抽油机是我国油田广泛采用的一种采油机械。在我国各个油田，抽油机的数量多、容量大，其瞬时有功功率大，而平均有功功率小，因而功率因数低。在中国专利文献CN2559835、CN1512656A、CN2473728、CN1188340A、CN2282746、CN2033444等中公开了通过调整电机输出功率与抽油机工作负荷的匹配关系来提高功率因数，已达到节能的效果。归纳起来现有技术主要采用了以下的技术方案：
1.加补偿电容的方式。其中的补偿电容实质上仅能降低电力线路的损耗，即吸收了无功。而对电机本身的损耗不起任何实质性的作用，也就是说不能节约有用功。
2.预设输出功转换方式这种方式中，将预设的不同的输出功等级在不同的区间内与抽油机的负载匹配来实现节能的目的，如Δ/Y转换方式，以及中国专利文献CN2282746中公开的技术方案。但由于抽油机的负载变化次数及变化量因平衡块的位置及油井动静液面的不同而变化不一。预设输出功转换方式中仅有预设的输出功率等级，如在Δ/Y转换方式种可转换的电机端电压仅有380伏和220伏两种。因而其很难做到与抽油机的负载完全匹配。
3.可控硅斩波方式。其中将可控硅串联在电机的主回路中，通过改变可控硅的导通角来改变电机端电压，使之与负载匹配，达到降低电机损耗，节省有功的目的。由于此方式无法在电路中加入无功补偿电容，所以无功损耗无法降低。另一方面，可控硅工作在斩波状态，形成了大量的谐波。当多台电机在电网中运行时，集中的谐波容易对电网造成巨大的冲击，对外部设备干扰严重。
发明内容
为此，本发明的目的在于提出一种能够节约有用功、减少无用功，并消除谐波对电网冲击的抽油机电机电控节能装置。
为实现上述发明目的，本发明的抽油机电机电控节能装置，其中包括：
可变降压电感器，由主回路电感线圈和辅助电感线圈构成，其所述主回路电感线圈串联在抽油机电机各相电源线上，可通过改变所述辅助电感线圈中的电流来影响所述主回路电感线圈的感抗；
双向可控硅，与所述辅助电感线圈串联；
设置在抽油机电机各相电源线上的功率感应装置；以及
一个控制器，其信号输入端连接所述功率感应装置的信号输出端，其信号输出端与所述双向可控硅的控制极连接。
进一步地，所述控制器包括将功率感应装置测得的电流和/或电压的模拟信号转换为数字信号的输入数/模转换器；一个输入端与所述输入数/模转换器连接的单片机；连接所述单片机的输出端用于将所述单片机输出的数字信号转换为模拟信号的输出数/模转换器，所述输出数/模转换器的输出端连接所述双向可控硅的控制极。
所述控制器还包括设置在用于采集电流信号的所述输入数/模转换器输入端的的电流取样信号的前期处理装置。
所述控制器还包括设置在输出数/模转换器输出端的用于向所述双向可控硅提供所需的触发点流，并实现于其它电路光隔离的触发器。
本发明的抽油机电机电控节能装置还包括连接在各相电源线之间的至少一组补偿电容。
一个电容切换电路设置在所述补偿电容与所述电源线之间，在所述单片机的指令信号的控制下投切电容，以期使所述补偿电容更好地吸收无用功。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
1.由于电源系统与所述可变降压电感器中的所述主回路电感线圈及抽油机电机属于串联关系，所以不存在控在损耗。
2.所述可控硅与所述可变降压电感器中的所述辅助电感线圈串联，而不在抽油机电机的主回路内，所以抽油机电机的主回路部位可以夹补偿电容。由此，装置中的可控硅虽然也工作在斩波状态，但装置中的补偿电容可以将抽油机电机主回路中的谐波加以滤除，即利用所述补偿电容吸收无用功电流，滤除谐波干扰。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1  是本发明地一个实施方式的电路示意图。
图中附图标记表示为：1-空气开关，2-继电器，3-电源变压器，4-整流滤波稳压系统，5-电容切换电路，6、7、8-补偿电容，9、10、11-可变降压电感器，L1、L3、L5-主回路电感线圈，L2、L4、L6-辅助电感线圈，12-可控硅，Ct-控制器，13-触发器，14-输出数/模转换器，15-单片机，16-关断指令执行机构，17-电压传感器，18-电压输入模/数转换器，19-前期处理装置，20-电流输入模/数转换器，21、22、23-电流传感器，24-抽油机电机，25-启动控制块。
具体实施方式
参见图1所示的本发明的抽油机电机电控节能装置，其中包括：一组三相(380伏交流电)空气开关1，其用于切断外部电源与本抽油机电机电控节能装置的内部电路之间的联系，同时也可作为短路或极端过流的保护元件；一组继电器2连接在所述空气开关1的下游端，当由缺相或过流情况发生时，在控制器Ct的输出信号控制下所述继电器2断开主回路，保护连接在主回路上的抽油机电机24；一组可变降压电感器9、10、11，其各自由主回路电感线圈L1、L3、L5和辅助电感线圈L2、L4、L6构成，其所述主回路电感线圈L1、L3、L5串联在抽油机电机24各相电源线上，可通过改变所述辅助电感线圈L2、L4、L6中的电流来影响所述主回路电感线圈L1、L3、L5的感抗；一组双向可控硅12，分别与各个所述可变降压电感器9、10、11的所述辅助电感线圈L2、L4、L6串联；设置在抽油机电机24各相电源线上的功率感应装置，包括用于电流取样的电流传感器21、22、23和用于电压取样的电压传感器17；以及一个控制器Ct，其信号输入端连接所述功率感应装置的信号输出端，其信号输出端与所述双向可控硅12的控制极连接；在各相电源线之间连接三组补偿电容6、7、8。一个电容切换电路5设置在所述补偿电容6、7与所述电源线之间，在所述单片机15的指令信号的控制下投切电容，以期使所述补偿电容6、7、8更好地吸收无用功；一个由电源变压器3和整流滤波稳压系统4构成的控制器电源，所述电源变压器3的原绕组连接三相电的任意两相电源线，而其副绕组与所述整流滤波稳压系统4连接，所述整流滤波稳压系统4的输出端相所述控制器Ct供电。其中所述控制器Ct包括将功率感应装置测得的电流和电压的模拟信号分别转换为数字信号的电流输入模/数转换器20和电压输入模/数转换器18；一个输入端分别与所述电流输入模/数转换器20和电压输入模/数转换器18连接的单片机15；连接所述单片机15的输出端用于将所述单片机15输出的数字信号转换为模拟信号的输出数/模转换器14，所述输出数/模转换器14的输出端连接所述双向可控硅12的控制极。所述控制器Ct还包括设置在用于采集电流信号的所述电流输入模/数转换器20输入端的的电流取样信号的前期处理装置19，和设置在输出数/模转换器14输出端的用于向所述双向可控硅12提供所需的触发点流，并实现于其它电路光隔离的触发器13。
在图1所示实施例中，由于本实施例的三相电源线上的工作方式是相同的，因此仅对三相电中一相的工作方式进行说明。工作过程中380伏(V)交流电经所述可变降压电感器11中的所述主回路电感线圈L5向所述抽油机电机24的C相供电。当所述可变降压电感器11中的所述主回路电感线圈L5感抗大时，所述抽油机电机24的电压低，反之则高。而所述可变降压电感器11中的所述主回路电感线圈L5的感抗大小与所述可变降压电感器11中的所述辅助电感线圈L6的电流大小有关，所述辅助电感线圈L6中电流大小又受所述双向可控硅12的导通角的影响。在本发明中，所述可控硅12的导通角的大小又受到所述单片机15的控制。在所述控制器Ct中，所述控制器Ct对采自所述电流传感器23的电流信号经所述前期处理装置19的处理和所述电流输入模/数转换器20的模/数转换后进行分析运算处理。该电流信号反映了所述抽油机电机24的负载大小。当所述抽油机电机24的负载大时，该电流大，经所述所述控制器Ct的所述单片机15作出使所述双向可控硅12导通时间加长的指令，此时所述可变降压电感器11中的所述辅助电感线圈L6的平均电流增大，所述可变降压电感器11中的所述主回路电感线圈L5的感抗减小，导致所述主回路电感线圈L5两端电压减小，进而使得所述抽油机电机24的电压升高。当所述抽油机电机24的负载小时，该电流小，经所述所述控制器Ct的所述单片机15作出使所述双向可控硅12导通时间缩短的指令，此时所述可变降压电感器11中的所述辅助电感线圈L6的平均电流减小，所述可变降压电感器11中的所述主回路电感线圈L5的感抗增加，导致所述主回路电感线圈L5两端电压升高，进而使得所述抽油机电机24的电压降低。由此可见，本发明的抽油机电机电控节能装置在所述抽油机电机24负载大时自动提高了所述抽油机电机24的工作电压，而在所述抽油机电机24负载小时自动降低了所述抽油机电机24的工作电压，时所述抽油机电机24的工作电压始终与负载相匹配。在所述抽油机电机24工作过程中降低了线圈中的电流，减小了电机热损耗，节约俩有用功。同时，装置中的补偿电容6、7、8以公知的方式吸收无用功，时功率因数进一步提高。
显然，在上述实施例中，所述控制器Ct电源还可以采用其它替换方式。如采用电瓶，也可以采用利用机械部件的运动带动一个直流发电机供电等方式。
本发明的抽油机电机电控节能装置还可以在所述控制器Ct电源与所述单片机15之间设置一个单片机15的关断指令执行机构16，用于控制所述单片机15的启闭。此外，在所述电源线上还可以设置启动控制块25来控制抽油机电机24的启动。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。