抽油机电动机断续用电结合星角变换的控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种抽油机电动机断续用电结合星角变换的控制装置，包括开关元件，控制电动机的电源通断及绕组接线方式；触发执行单元，连接所述可控硅，控制可控硅的导通或关断；驱动单元，连接所述接触器，控制接触器的通断；数据采集单元，与电动机的电源回路连接，在连续供电时提取电压与电流瞬时值；微机控制单元，输入信号端连接所述数据采集单元的信号输出端，输出端连接触发执行单元和驱动单元；获取电动机的功率曲线，确定断电位置和时刻，并判断断电运行方式；适时发出信号给触发执行单元对电动机进行软投入控制。本实用新型专利技术可使电动机运行于节能效果较佳的断续供电运行状态。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及抽油机电动机的控制技术，特别是涉及一种抽油机电动机断续用电结合星角变换的控制装置。
技术介绍
目前的油田使用的抽油机大部分是游梁式抽油机，其是一种典型的周期性负载，运行过程中最大负荷与最小负荷相差悬殊。为克服起动过程中的静载力矩，在选配电机容量时，一般均采用较大的过容量电机匹配。然而抽油机运行时，平均负载只有电机额定输出功率的约30％，出现严重的“大马拉小车”的电能浪费现象。随着电价不断上涨，为了降低采油成本，需要研究如何提高抽油机装置的效率以及节约电能消耗，该课题有着重要的意义。现有技术中，供油田的抽油电动机使用的节电控制器有很多种，但节电效果都很难超过15％。在申请人申请的名称为“游梁式抽油机电动机断续供电的全自动控制方法及装置”的专利技术专利申请中，提供了一种新颖的抽油机节能控制方法，即断续用电控制方法，对于某些抽油机节电率超过20％。所谓断续用电运行模式是指抽油机在一个机械工作周期(一般从数秒到数十秒)中，有一段时间是属于断电运行状态。通常断电时间可达到20-60％。在断电运行状态下，抽油机主要靠势能释放及惯性的作用而继续工作，电机不消耗任何电能。断电运行状态结束后又通电运行一段时间，再依次循环，抽油机电动机就处于通电-断电交替的断续用电运行状态。在一个从上冲程到下冲程的机械周期中，可能有一次或两次通电-断电过程。现有技术中，异步电机的星角变换节能技术由来已久，电动机在星接时铁耗大约是角接时铁耗的1/3；对于特定较低的负载率来说，星接时铜耗也比角接时的铜耗少，节电率能达到10％以上。当负载率高于某临界点时，电动机星接的定转子铜耗不仅大于角接时的铜耗，而且超过铁耗的节省，此时星接与角接相比不节能，星接应变换为角接运行。但是，在星角变换瞬间，电动机磁通的大小和方向都发生改变，一般性的切换操作会使电流和机械方面都有很大的冲击，因此对于负载率在临界点附近经常变化的情况，经常地进行星角变换将有一定的问题。此外，现有技术中还没有综合考虑断续用电控制方法和星角变换节能技术的结合问题的技术方案。
技术实现思路
本技术解决的技术问题在于提供一种抽油机电动机断续用电结合星角变换的控制装置，可以进一步挖掘抽油机的节能潜力，使电动机运行于节能效果较佳的断续供电运行状态。为此，本技术解决技术问题的技术方案是提供一种抽油机电动机断续用电结合星角变换的控制装置，包括开关元件，包括连接在电动机的主电源输入回路上的可控硅和接触器，控制电动机的电源通断及绕组接线方式；触发执行单元，连接所述可控硅，执行可控硅的导通或关断控制；驱动单元，连接所述接触器，控制接触器的通断；数据采集单元，与电动机的电源回路连接，在连续供电时提取电压与电流瞬时值；微机控制单元，输入信号端连接所述数据采集单元的信号输出端，输出端连接触发执行单元和驱动单元；获取电动机的功率曲线，确定断电位置和时刻，并判断能否星接运行；在断续供电的通电阶段继续提取电压与电流瞬时值，作为保护的计算值与参考定值相比较，同时继续判断能否星接运行；在断电运行阶段，根据电动机的转速，适时发出信号给触发执行单元对电动机进行软投入控制。优选地，所述数据采集单元包括用于采集电压和电流的交流量的电压互感器和电流互感器，用于调理信号并将调理后的信号送给微机控制单元的信号调理器。优选地，所述微机控制单元是内置模数转换器的嵌入式芯片。优选地，所述触发执行单元包括连接微机控制单元的光电隔离输出，连接光电隔离输出的门电路，连接门电路的脉冲发生电路，连接门电路和可控硅的脉冲变压器。优选地，星接和角接的接触器及其驱动单元二次回路采用互锁式设计，用于防止星角变换期间及控制过程中主电路发生短路。优选地，还包括用于切换常规运行与节能运行状态的旁路开关。优选地，所述微机控制单元在星角变换时采用断电、切换、再通电的方式控制开关元件实现变换过程的无冲击。与现有的抽油电动机的节电控制器及控制方法相比，本技术的有益效果是本技术既可以实现游梁式抽油机电动机断续用电控制，又能根据油井工况实现星角变换，更进一步地挖掘节能潜力。微机控制单元针对数据采集单元采集的数据，确定通电和断电时刻，判定星接或角接运行方式，通过触发执行单元和驱动单元对开关元件实时有效地加以控制，使电动机运行于节能效果最佳的断续供电运行状态。也就是说，通过数据采集单元测量单元辨识抽油机工况，微机控制单元对控制方式进行判断，确定定值参数并能根据工况的改变实时地调整参数，最终通过可控硅及其触发执行单元和接触器及其驱动单元实施节能控制。此外，在本技术的优选方案中，为防止整个断续用电过程中发生意外停机，本控制装置设计了失控保护，在节能控制回路中出现问题而停机或不正常运行时，自动切换至常规运行方式，并设置了手动切换为常规运行状态的旁路转换开关。在本技术的优选方案中，为防止星角变换过程中发生意外短路，星接和角接的接触器采用了互锁式的设计。现场实验证明，应用抽油机电动机断续用电结合星角变换的节电控制装置对于大多数抽油机而言，有功节电率一般在15％～30％的范围，无功节电率一般在30％～70％的范围，综合节电率可达20～40％。附图说明图1是本技术的节能控制装置的总体功能框图。图2是本技术中静态星角变换控制方法的流程图。图3是本技术中动态星角变换控制方法的流程图。图4是本技术实例中数据采集单元与微机控制单元的连接图。图5是本技术实例中静态星角变换的主电路接线图。图6是本技术实例中静态星角变换驱动回路互锁原理图。图7是本技术实例中静态星角变换控制方法流程图。图8是本技术实例中动态星角变换的主电路接线图。图9是本技术实例中动态星角变换驱动回路互锁原理图。图10是本技术实例中动态星角变换控制方法流程图。具体实施方式本技术的主要构思在于对于某些低负载率的油井或负载经常变化的油井，在断续用电控制技术的基础上，结合星角变换的方法可进一步提高抽油机的节电率。具体地说，本技术根据抽油机负荷的周期性变化，通过双向晶闸管或反并联的可控硅，实时地控制电动机工作于断续用电的运行模式下，并根据工况改变电机的绕组接法，最大程度地减少电机的损耗，有效地实现抽油机的电气节能。本技术中，所谓断续用电运行模式是指抽油机在一个机械工作周期(一般从数秒到数十秒)中，有一段时间是属于断电运行状态。通常断电时间可达到20-60％。在断电运行状态下，抽油机主要靠势能释放及惯性的作用而继续工作，电机不消耗任何电能。断电运行状态结束后又通电运行一段时间，再依次循环，抽油机电动机就处于通电-断电交替的断续用电运行状态。在一个从上冲程到下冲程的机械周期中，可能有一次或两次通电-断电过程。所谓断续用电运行模式下的星角变换是指在连续用电的启动过程中电机的绕组连接方法采用角型接法，在断续用电中的通电时段采用静态星角变换(星型接法)或动态星角变换(星型与角型接法根据工况而动态交替)。在电机起动时，由主接触器角接起动，其原因是为了满足较大的起动转距；在通电期间为轻载和空载的情况，星型接法的电机损耗大幅度减小，电机节能效果有进一步的提高。请参阅图1，本技术的节电控制装置应用于游梁式抽油机电动机，可以实现断续用电结合星角变换的节能控制。该节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抽油机电动机断续用电结合星角变换的控制装置，其特征在于，包括：开关元件，包括连接在电动机的主电源输入回路上的可控硅和接触器，控制电动机的电源通断及绕组接线方式；触发执行单元，连接所述可控硅，执行可控硅的导通或关断控制；　 　驱动单元，连接所述接触器，控制接触器的通断；数据采集单元，与电动机的电源回路连接，在连续供电时提取电压与电流瞬时值；微机控制单元，输入信号端连接所述数据采集单元的信号输出端，输出端连接触发执行单元和驱动单元；获取电动机 的功率曲线，确定断电位置和时刻，并判断能否星接运行；在断续供电的通电阶段继续提取电压与电流瞬时值，作为保护的计算值与参考定值相比较，同时继续判断能否星接运行；在断电运行阶段，根据电动机的转速，适时发出信号给触发执行单元对电动机进行软投入控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：崔学深，罗应立，张连成，王义龙，王国梁，
申请(专利权)人：华北电力大学北京，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]