一种油田抽油机节能矢量控制柜制造技术

本发明专利技术提供了一种油田抽油机节能矢量控制柜，主要包括柜体，柜体内设置矢量变频器，矢量变频器包括整流部分、中间直流环节、逆变部分和控制部分，整流部分为三相桥式不可控整流器，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，控制部分为DSP处理器，工频交流电源通过整流部分转换成直流电源，然后再把直流电源转换成不同频率的交流电供给抽油机电动机，使抽油机电动机获得无极调速所需要的电压电流和频率，本发明专利技术结构原理简单、设计新颖，能够降本增效，节约能耗，提高抽油机抽油系统的机采效率。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及抽油机领域，尤其涉及一种油田抽油机节能矢量控制柜。
技术介绍
：近些年来，统计油田油井现场测试的相关数据：抽油机井电机平均功率利用率23.5%，平均功率因数为0.53，系统效率仅为23.5%，系统效率低，提升空间大，分析影响系统效率的因素很多，归纳起来主要有2个方面，即设备因素和技术管理水平。抽油机运动特点是带负荷启动，启动力矩大，为了满足最大转矩的需求，同时为保证在结蜡、出砂和抽油机不平衡时有一定宽裕度，抽油机必须配备较大功率的电机、减速箱和变压器，但是正常生产时抽油机驴头承受的是周期性脉动负荷，最大负荷与最小负荷差值大，在一个过程中相当长的时间轻载运行，大部分井运行功率仅是电机装机功率20%-30%，即所谓的“大马拉小车”，使电机效率低，地面效率低，抽油机以常规四连杆机构为主，常规型抽油机尽管有种种优点，但缺点也尤为突出，常规型抽油机载荷拨动系数和悬点加速度大，配套电机功率大，平衡效果差，即使在平衡效果较好的情况下，减速箱峰值扭矩仍较大，常规型抽油机由于其几何尺寸和启动力矩需求，配套电机功率大，而运行时均值功率却不大，节能电机少，常规电机多，交流异步电机的效率和功率因数在额定值附近达到最大值，常规抽油机运动特性决定电机长期运行在低效区，电机电能利用差，造成了较低的功率因数和电能的浪费，而且很多电机多次维修和严重老化，使电机效率低，网损、铜损严重，无功功耗大。
技术实现思路
：为了解决上述问题，本专利技术提供了一种结构原理简单、设计新颖，能够降本增效，节约能耗，提高抽油机抽油系统的机采效率的技术方案：一种油田抽油机节能矢量控制柜，主要包括柜体1，柜体前端设有柜门，柜门上设有触摸显示屏，柜体内中央位置设置矢量变频器，矢量变频器包括整流部分、中间直流环节、逆变部分和控制部分，整流部分为三相桥式不可控整流器，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，控制部分为DSP处理器。作为优选，柜体内还设有制动装置、防雷模块，柜体顶端和底部设有大功率轴流风扇，柜体两侧及后侧设有条状散热孔，条状散热孔上设有散热铝片，柜体内部上端、下端、左侧、右侧以及后端连通为散热通道，散热通道上下两端面和左右两侧侧及后端面上设有通孔，通孔与条状散热孔以及轴流风扇位置相对应，通孔上设有防风纱网罩。作为优选，柜体高1800mm，宽1300mm，厚1000mm。作为优选，散热通道两侧与柜体两侧间距离为200mm，散热通道后端面与柜体后端面之间距离为100mm。作为优选，矢量变频器的输入功率与抽油机运行关系有以下公式：其中：n1表示抽油机电机运转效率；n2表示抽油机电机皮带轮传动效率；n3表示抽油机减速箱传动效率；n4表示抽油机四连杆机构传动效率；k1表示减速箱输出轴平均扭矩系数；k2表示平均系数；Wmax、Wmin表示抽油机悬点承受的最大和最小载荷。作为优选，抽油机悬点的运动速度有如下公式：其加速度有如下公式：，其中。作为优选，抽油机抽油杆柱引起的最大惯性载荷为Firu:Firu=上冲程时液柱引起的最大惯性载荷为Filu：则上冲程时悬点最大惯性载荷Fiu:Fiu=下冲程时抽油杆柱引起的最大惯性载荷Fird：其中，Wr表示抽油杆柱重量；Wl表示液柱重量；r表示曲柄半径；l表示连杆长度；表示油管过流断面扩大引起液柱加速度降低的系数。本专利技术的有益效果在于：（1）本专利技术结构原理简单、设计新颖，采用的矢量变频器不仅带有变频功能，同时也能把能量回馈给电网，供其他设备应用，达到进一步节能，不会造成电网污染。（2）本专利技术实现了抽油机电动机的软启动，对电网无冲击，能够提高功率因数，减轻了电网及变压器的负担，降低了线损，可以实现油井节电，增效和增产，从而提高整个抽油系统的机采效率。附图说明：图1为本专利技术的外形结构图；图2为本专利技术的内部局部示意图。具体实施方式：为使本专利技术的专利技术目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的实施方式作进一步地详细描述。如图1、图2所示，一种油田抽油机节能矢量控制柜，主要包括柜体1，柜体1高1800mm，宽1300mm，厚1000mm。所述柜体1前端设有柜门2，柜门2上设有触摸显示屏3，柜体1内中央位置设置矢量变频器4，矢量变频器4包括整流部分、中间直流环节、逆变部分和控制部分，整流部分为三相桥式不可控整流器，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，控制部分为DSP处理器，工频交流电源通过整流部分转换成直流电源，然后再把直流电源转换成不同频率的交流电供给抽油机电动机，使抽油机电动机获得无极调速所需要的电压电流和频率，柜体1内还设有制动装置5、防雷模块6，柜体1顶端和底部设有大功率轴流风扇7，柜体1两侧及后侧设有条状散热孔8，条状散热孔8上设有散热铝片9，柜体1内部上端、下端、左侧、右侧以及后端连通为散热通道10，散热通道10上下两端面和左右两侧侧及后端面上设有通孔11，通孔11与条状散热孔8以及轴流风扇位置相对应，通孔11上设有防风纱网罩12，散热通道两侧与所述柜体两侧间距离为200mm，所述散热通道后端面与所述柜体后端面之间距离为100mm。此设计能够提高柜体的散热效果和防雷性能，同时还具有较高的防尘、防雨等级。为了满足抽油机上下冲程的连续工作，变频器必须配有能耗制动单元，使抽油机的配重块在某一状态拖动电机发电时，让其发出的电能消耗掉，避免变频器的直流母线电压泵升过高而停止运行，这样一部分能量就以热的方式给消耗掉，浪费能量。本专利技术的矢量变频器2的输入功率与抽油机运行关系有以下公式：其中：n1表示抽油机电机运转效率；n2表示抽油机电机皮带轮传动效率；n3表示抽油机减速箱传动效率；n4表示抽油机四连杆机构传动效率；k1表示减速箱输出轴平均扭矩系数；k2表示平均系数；Wmax、Wmin表示抽油机悬点承受的最大和最小载荷。影响输入功率大小的关键因素是冲程和冲次乘积，也就是光杆运行速度，其它参数不变，油井能耗与抽取速度成正比，冲次将随着电源频率的改变而改变，而且两者的变化为正比关系，因此调低频率，油井输入功率降低。本专利技术中，抽油机悬点的运动速度有如下公式：其加速度有如下公式：，其中。抽油机的电源频率发生改变，从而导致了电机转数在上下冲程的改变，最终改变了抽油机曲柄运转的角速度，使抽油机悬点运动规律发生改变，在上冲程过程中，悬点运动的速度、加速度减小，在下冲程过程中，悬点运动的速度、加速度增大。本专利技术中，抽油机抽油杆柱引起的最大惯性载荷为Firu:Firu=上冲程时液柱引起的最大惯性载荷为Filu：则上冲程时悬点最大惯性载荷Fiu:Fiu=下冲程时抽油杆柱引起的最大惯性载荷Fird：其中，Wr表示抽油杆柱重量；Wl表示液柱重量；r表示曲柄半径；l表示连杆长度；表示油管过流断面扩大引起液柱加速度降低的系数。抽油机在采用变频矢量调速后，改变了上下冲程过程中的悬点加速度，导致上冲程过程中液柱惯性载荷和抽油杆柱惯性载荷都减小，而在下冲程过程中，只引起抽油杆柱惯性载荷的增大，最终的结果是引起悬点最大载荷比变频前有明显的下降，而悬点最小载荷比变频前稍有增大。油井的冲数越高，抽油杆使用的年限越短，如果井下偏磨或腐蚀，抽油杆使用寿命会大大降低，调低矢量变频器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油田抽油机节能矢量控制柜，其特征在于：主要包括柜体，所述柜体前端设有柜门，柜门上设有触摸显示屏，所述柜体内中央位置设置矢量变频器，所述矢量变频器包括整流部分、中间直流环节、逆变部分和控制部分，所述整流部分为三相桥式不可控整流器，所述中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率，所述逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，所述控制部分为DSP处理器。

【技术特征摘要】
1.一种油田抽油机节能矢量控制柜，其特征在于：主要包括柜体，所述柜体前端设有柜门，柜门上设有触摸显示屏，所述柜体内中央位置设置矢量变频器，所述矢量变频器包括整流部分、中间直流环节、逆变部分和控制部分，所述整流部分为三相桥式不可控整流器，所述中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率，所述逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，所述控制部分为DSP处理器。2.根据权利要求1所述的一种油田抽油机节能矢量控制柜，其特征在于：所述柜体内还设有制动装置、防雷模块，所述柜体顶端和底部设有大功率轴流风扇，所述柜体两侧及后侧设有条状散热孔，条状散热孔上设有散热铝片，柜体内部上端、下端、左侧、右侧以及后端连通为散热通道，散热通道上下两端面和左右两侧侧及后端面上设有通孔，通孔与条状散热孔以及轴流风扇位置相对应，通孔上设有防风纱网罩。3.根据权利要求1所述的一种油田抽油机节能矢量控制柜，其特征在于：所述柜体高1800mm，宽1300mm，厚1000mm。4.根据权利要求1所述的一种油田抽油机节能矢量控制柜，其特征在于：所述散热通道两侧与所述柜体两侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨育果，付国伟，杨振卫，梁冬，缑新民，
申请(专利权)人：新疆奥通油田技术服务有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆;65