本发明涉及油田游梁抽油机调速拖动装置，特别是一种低速无级调速电机拖动装置。 多年来，国内外游梁抽油机动力装置一直是采用普通电机拖动。其主要缺点是电机转速不可调整，只得改变皮带轮对抽油机冲次进行有级粗调。尤其对于低产油井，有的要求抽油机冲次在每分钟6次以下，并要求随该井产量的波动，对抽油机冲次经常进行调整，这种传统的拖动装置是达不到这种要求的。日本久保田机器株式会社研制的一种天然气发动机，低速可调性好，曾试图用于低产油井的游梁抽油机拖动装置，但由于这种发动机对于天然气气源质量要求高，管理和维修难度大，许多相应的技术问题没有解决，至今仍无法应用。苏联《石油工业》1989年第9期有一篇文献曾提出增加一级皮带轮增大抽油机传动比的可能性，并在油井上进行试验。其主要缺点仍是有级调速，传动效率低，并且需要对原有的抽油机底座和井场进行技术改造。所以也难推广应用。经石油大学检索1990年前的《中国石油文摘》及有关专利文献，未曾发现其它有关于游梁抽油机拖动装置的文献资料。目前在纺织、化工、冶金、造纸等工业领域虽然已广泛采用电磁转差离合器无级调速电机技术，但它只适用于恒定转矩负载或递减转矩负载上，轻载易失控，并且只用于室内及无易燃易爆气体的场合。对于游梁抽油机拖动装置而言，不但具有交变载荷机械特性，而且是在野外露天恶劣环境中无人值守长期连续工作。游梁抽油机拖动装置至今未见到采用电磁转差离合器无级调速电机技术的先例。
本发明的目的在于提供一种新的游梁抽油机低速无级调速拖动装置。它既可避免上述已有技术的缺点和不足之处，又能满足低产油井低冲次无级可调的具体要求并适应这种特殊负载特性，还能合理匹配油井供排能力，降低吨液耗能量和原油成本，既提高经济效益，又便于维修和管理。
本发明的上述目的是通过下述技术方案实现的：
该装置主要由动力装置、电磁转差离合器和速度控制系统组成。其中，动力装置包括低速电机及其过流过压保护和停电来电后自动延时开机电路;电磁转差离合器包括外壳、输入轴、前端盖、导磁体、磁极、电枢和励磁线圈;速度控制系统包括测速发电机、出线盒和速度控制器。电磁转差离合器的外壳为圆柱形，其上部有散热片，两侧和底部均有进气口和排气口。进气口有净化空气填料，既可净化空气、防尘、防雨，又扩大了散热面积。排气口内孔与外壳的内圆相切，并具有防护安全钢板网，既有利于内部热空气排出，又有防止异物进入和扩大散热效果的作用。进气口和排气口相邻处有一挡板，该挡板与外壳的内圆相切，使进入地空气与排出的空气分开，以免排出的热空气直接返回到进气口。外壳底部的进、排气口更有利于冷热空气的循环和对流，并能及时排出电磁转差离合器内部的水份，使其更加适用于野外露天工作环境。速度控制系统为双负反馈系统。其中主回路包括给定调速信号电路、信号比较器、电压信号放大器、积分器、矩形波发生器、调压电路、电磁转差离合器励磁线圈及其输出轴、外负反馈回路包括测速发电机及其整流电路。内负反馈回路包括计数电路和给定特殊波形交变信号电路。
其速度控制过程是：首先根据游梁抽油机要求的冲次，给定一个相应电压信号并送到信号比较器，与外负反馈回路的反馈信号进行比较（相减）。其差值信号经过放大，再经过积分器积分，然后去触发矩形波电路产生矩形波电压。再去控制调压电路中的晶闸管导通角，实现自动调整电磁转差离合器励磁电压和励磁线圈电流，从而达到稳定电磁转差离合器输出轴转速的目的。由负反馈回路中的计数电路对励磁电压分析并计数，用来判断出抽油机冲次和确定出每个冲次周期所用的时间。在一个周期中抽油机负载有特殊的交变规律，给定特殊波形电路则输出一个相应的特殊交变电压信号，负反馈到积分器，使电磁转差离合器输出特性与抽油机的机械特性相一致，既利于稳速又利于节电。
本发明与已有技术对比具有以下主要优点：
1.解决了游梁抽油机低速无级调整问题，能合理匹配油井供排能力，延长了检泵周期，延长了机、杆、泵及井口盘根使用寿命，每口油井每年可节约成本3万元;
2.实现了空载低速启动抽油机，减少对电网冲击，所配电机功率小于原用电机，提高了设备利用率并且节省了电能;
3.解决了低产油井因间隙出油时间过长造成的出油管线堵塞及井口盘根漏油问题，减少了停产维修的人力、物力和时间，既降低了成本，又增加了产量;
4.实现了抽油机不停机无级调节冲次，减少了热力采油转入抽油阶段需要经常调冲次的很大工作量，减轻了劳动强度;
5.解决了电磁转差离合器的散热和防尘问题，为电磁转差离合器调速电机及其控制系统在野外恶劣环境使用，并且适应抽油机这种特殊的交变负荷开辟了一个新的应用领域。
附图1是本发明的系统示意框图。
附图2是其速度控制系统原理框图。
附图3是其电磁转差离合器调速电机示意图。
附图4是其电磁转差离合器外壳结构示意图。
结合附图对本发明的实施例详述如下：
附图1中，1是电机的过流过压保护及停电自动开机电路，2是电机，3是电磁转差离合器，4是皮带传动机构，5是抽油机，6是测速发电机，7是速度控制系统。以上各部分组成了游梁抽油机低速无级调速拖动系统。其中电机过流过压保护及停电自动开机电路1，既能对电机起保护作用，又能在停电后再恢复供电时自动延时启动电机，也可手动启停电机。自动延时开机电路可在150秒之内人为地任意选定开机时间，可避免全油田停电后再恢复供电时大量电机在同一瞬间同时启动而造成电网电压波动太大。低速电机2带动电磁转差离合器3的电枢21（见图3）同步运转。该电机选用8极或6极低速电机每分钟750转或980转，既可满足抽油机冲次小于每分钟6次的特殊要求，又可提高系统电效率，减轻电磁转差离合器电枢发热，有利于适应环境温度。皮带传动机构4将电磁转差离合器3输出的动力传递给游梁抽油机5。测速发电机6将电磁转差离合器3的输出轴15的转数转换成电压信号，并反馈到速度控制系统7，速度控制系统的作用是对电磁转差离合器实现无级调速及稳定速度。
附图2的主回路中，8是给定调速信号电路，9是信号比较器，10是电压信号放大器，11是积分器，12是矩形波发生器，13是调压电路，14是电磁转差离合器3的励磁线圈，15是其输出轴。外负反馈回路中，6是测速发电机，16是其整流电路。内负反馈回路中，17是计数电路，18是特殊波形信号电路。以上各部分组成了游梁抽油机低速无级调速拖动系统的双负反馈速度控制系统7。由电路8可任意给定所需的调速信号并送至信号比较器9。此信号从信号比较器出来，再经电压放大器10放大，再经积分器11积分，然后去触发矩形波发生器12产生矩形波。利用该矩形波去控制调压电路13中的晶闸管导通角，达到调节电磁转差离合器励磁电压的目的。通过调节励磁电压也就调节了其励磁线圈14的电流，从而改变了电磁转差离合器输出轴15的转速。但是，如果只有上述主回路，该速度控制系统是不能满足稳速要求的，所以又增加了两个负反馈回路。当由于某种原因使得电磁转差离合器的输出轴15的转速比要求的转速增高时，由测速发电机6转换成的电压信号也相应增高。该电压信号经整流电路16整流后负反馈到信号比较器9，与原来给定的调速信号进行比较（负反馈即相减，多抵消原给定信号一部分），使放大器10的输入电压信号相应降低，该信号经过上述主回路处理之后，使得电磁转差离合器3的励磁线圈14的励磁电流比原来相应减小，从而使其输出轴15的转速又降下来，恢复到所要求的转速。当输出轴15的转速低于所要求转速时，其负反馈稳速过程同上，不再赘述。另一个负反馈回路中，计数器电路17根据调压电路13提供的励磁电压波形判断出抽油机冲次，确定出抽油机每完成一次抽油往复过程（即一个冲程）所需的时间。在这一冲程中，抽油机的交变负载特性曲线是可知的。根据其交变负载特性曲线设计成的电路18能自动输出一个波形与其相应的交变电压信号。此信号负反馈到放大器10的输出端与其相减，使得积分器11的输入信号由直流电压信号变为与其相应的交变电压信号，从而使得抽油机在向上抽油的时间内获得足够大的抽油动力矩，而在向井下回送抽油杆的时间内只获得很小的动力矩即可满足要求。这一负反馈回路不但使得抽油机的运行速度更加稳定，而且可以节省轻载期间不必耗用的大量电能。
附图3中，2是动力电机，3是与其相配的电磁转差离合器，19是电磁转差离合器基座，20是其外壳，21是电枢，22是爪极式转子，14是励磁线圈，15是输出轴，6是安装在输出轴15上的测速发电机，23是接线盒。工作时电机2带动电磁转差离合器3的电枢21以固定转速旋转。电磁转差离合器的励磁线圈14中通过直流励磁电流后，在工作气隙中产生磁场，电枢21切割磁场中的磁力线，在电枢21内产生感应电势及涡流，该涡流形成的磁通与气隙磁通相互作用，在输出轴15上产生转矩，从而带动皮带传动机构4和抽油机5工作。
附图4是本发明提供的电磁转差离合器专用外壳的结构示意图。其中，19是基座，24是吊环，25是散热片，26是挡板，27是进气口，28是排气口。当电磁离合器的电枢21顺时针转动时，进气口和排气口如附图4那样安装。排气口28的内孔与外壳的内圆相切，排气口有防护安全钢板网，既利于排出热空气，又可防止进入异物。进气口27和排气口28之间有挡板26，该挡板与外壳的内圆相切，其作用是把进入的冷空气与排出的热空气隔开，以防止排出的热空气直接返回到进气口。进气口27中有净化空气填料，除了起净化空气、防尘、防雨作用之外，还扩大了散热面积。在外壳两侧和底部均有进气口和排气口。底部的进、排气口更利于空气循环和对流，并能及时排出电磁转差离合器中的水份。由于电磁转差离合器外壳采用了上述结构形式和采取了有关措施，所以解决了适用于野外恶劣工作环境的问题，为本发明的推广应用提供了又一个必要条件。