油田采油井三相永磁同步电机专用稳压器制造技术

本发明专利技术公开了一种油田采油井三相永磁同步电机专用稳压器，解决现有设备油田采油井三相永磁同步电动机由于电压波动所造成的电力浪费的现象。它在三项电源与三相永磁同步电动机之间，设置电压补偿电路和测控电路两部分；所述电压补偿电路输入端接入入相电压线路（Ａ１相、Ｂ１相、Ｃ１相三相输入），输出端连接出相电压线路（Ａ２相、Ｂ２相、Ｃ２相三相输出）；测控电路输入端连接出相电压线路（Ａ２相、Ｂ２相、Ｃ２相），输出端连入电压补偿电路，它通过全自动稳压，实时跟踪三相永磁同步电动机的反电动势，使油田抽油机可达到非常高的功率因数，提高效率，降低无功损耗，增加电网容限，节省电费。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种稳压器，具体是一种油田采油井三相永磁同步电机专用稳压器。
技术介绍
在陆上油田石油开采中，通常采用电动机做为动力，带动油井抽油装置，将石油抽 出地面，再经管道运送到预定地点。因为油井的状况复杂，常有沙子堵转等情况，因此需要 很大的启动转矩，然而在正常情况下，所需的转矩相对于启动和堵沙时要小几倍，如果采用 三相异步电动机，为了适应启动和堵沙时的大转矩要术，常选的电机功率很大，但大多正常 抽油过程中所需转矩又较小，会出现电力浪费的现象，再加上三相异步电动机功率因数偏 低，所以电力浪费现象非常严重。近年来越来越多的油井更换为三相永磁同步电机，在同等 额定功率的电机中，三相永磁同步电机比三相异步电机的启动转矩大得多，并且功率因数 也比前者优越，在最佳工作状态下，不用补偿便可以达到或接近于1。三相永磁同步电机对电源电压精度要求非常高，工作在电源电压正好等于其产生 的反电动势的请况下，功率因数最高，可达到1。如果电源电压偏离最佳值，则功率因数大幅 下降，产生大量无功功率和线损。目前传统的解决办法主要有两种其一是采用无功补偿的 方法，因为三相永磁同步电机在偏低电压情况下运行时呈现容性，而在偏高的电压情况下 运行时呈现感性，因此补偿电路需要电力电容和电抗两种补偿，电路复杂，成本高；因电机 制造工艺差异、油井负荷不同、电压波动或电机老化、退磁等因素，每个油井电机的所需补 偿量是不同的，并且常变化，所以采用补偿方式并不能完全满足要求，经常发生补不到或补 过的情况。其二是使用稳压器，通常，传统的稳压器使用前由人工设定输出稳压值后，便固 定不变了，同样因电机制造工艺差异、油井负荷变化、电压波动或电机老化、退磁等因素，每 个油井电机的反电动势是不同和变化的，不能使电机绐终工作在最佳状态。而三相永磁同 步电机对电压非常敏感，稳压器输出值偏离其反电动势2V(相当于0. 5% )，无功功率便明 显增加。
技术实现思路
为了克服目前技术的不足之处，本专利技术的主要目的是提供一种通过采集电动机的 电压、电流数据，自动计算实时的电压、电流幅值以及其相位、功率因数，对稳压器的稳压值 做实时调整，使其始终工作在最佳状态的油田采油井三相永磁同步电机专用稳压器。油田采油井三相永磁同步电机专用稳压器，它在三项电源与三相永磁同步电动机 之间，设置电压补偿电路和测控电路两部分；所述电压补偿电路输入端接入入相电压线路 (Al相、Bl相、Cl相三相输入)，输出端连接出相电压线路(A2相、B2相、C2相三相输出)； 测控电路输入端连接出相电压线路(A2相、B2相、C2相)，输出端连入电压补偿电路。所述电压补偿电路由变压器、调压器、步进电机、碳刷组成；变压器次级线圈接在 相电路中，初级线圈两端接入滑动调压器滑动碳刷，并由步进电机带动碳刷在滑动式调压 器上做相对运动；所述测控电路包括一个进行A/D转换的STC12C5620AD集成电路和一个大功率三 极管阵列集成电路ULN2803A ；测控电路其电路结构首先每一相均通过两级电流互感器串接的方式接入三个出 相电压线路(A2相、B2相、C2相)；所述两级电流互感器串接，即每一相中，相线穿心通过第 一级的互感器，将第一级的次级线穿心通过第二级的互感器，再将第二级的次级线分别通 过二极管V4 6接入到集成电路STC12C5620AD的12 14管脚；STC12C5620AD的17 15管脚分别通过串联的二极管Vl 3直接对应连接三个出相电压线路A2相、B2相、C2 相；STC12C5620AD管脚12 17分别通过串接的电阻器R5 10接地；STC12C5620AD的 20管脚以及STC12C5620AD的10管脚分别接开关电源5V管脚；开关电源5V管脚经电解 电容C2接STC12C5620AD的1管脚，并且通过电解电容Cl与接入STC12C5620AD的1管脚 的电阻器Rl并联后接地；STC12C5620AD的4、5管脚之间接由晶振Gl和两电容C3、C4组 成的电容三点式振荡电路；STC12C5620AD的2、3管脚分别对应连接ULN2803A的6、5管脚； STC12C5620AD 的 6、7、8、9 管脚分别对应连接 ULN2803A 的 4、3、2、1 管脚；STC12C5620AD 的 10管脚和ULN2803A的9管脚分别接地；ULN2803A的18管脚DRA、16管脚DRB、14管脚DRC 分别连入所述步进电机的Al相、A2相、A3相的DR端口 ；ULN2803A的17管脚DPA、15管脚 DPB、13管脚DPC分别连入所述步进电机的Al相、A2相、A3相的DP端口。所述开关电源接入A2相线路、零线N，另接地；开关电源控制的输出线路包括5V 供电线路和24V供电线路；24V供电线路接入所述电压补偿电路中的步进电机。本专利技术的有益效果是自动采集电动机的电压、电流数据，自动计算实时的电压、 电流幅值以及其相位、功率因数，由电压与电流间的相位差间接判断工作电压是高于还是 低于最佳工作点电压，并估算相应的负荷变化，根据这些综合信息，对稳压器的稳压值做实 时调整，自适应跟踪电动机的反电动势，使其始终工作在较高功率因数的状态。通过全自动稳压，实时跟踪电动三相永磁同步电动机的反电动势，使油田抽油机 可达到非常高的功率因数，提高效率，降低无功损耗，增加电网容限，节省电费，具有较高的 经济效益；同时符合国家倡导的节能减排政策，具有明显的社会意义。附图说明下面结合说明书附图和实施例对本专利技术进行说明图1为本专利技术结构示意图，图2是本专利技术电压补偿电路结构示意图，图3是本专利技术测控电路结构示意图。具体实施例方式如图1所示，油田采油井三相永磁同步电机专用稳压器，它在三项电源与三相永 磁同步电动机之间，设置电压补偿电路和测控电路两部分；所述电压补偿电路输入端接入 入相电压线路(Al相、Bl相、Cl相三相输入)，输出端连接出相电压线路(A2相、B2相、C2 相三相输出)；测控电路输入端连接出相电压线路(A2相、B2相、C2相)，输出端连入电压 补偿电路。由测控单元采集输出端的电压、电流参数，计算三相永磁同步电动机的运行指标，估算输出电压与最佳工作电压的差值，控制电压补偿单元产生一个大小可调、极性可变的 补偿电压，叠加在输入电压上，达到输出电压可调，通过不断的调整，使相永磁同步电动机 始终工作在较高效率的状态。三相永磁同步电动机的工作特性为当电源电压恰好等于其反电动势时，效率最 高，功率因数为1，此时，电压和电流的相位一致，相位差为0 ；当电源电压小于其反电动势 时，效率变低，功率因数小于1，此时，电机偏向于容性负载，电流相对于电压超前一个相位 差，无功功率为负；当电源电压大于其反电动势时，效率变低，功率因数小于1，此时，电机 偏向于感性负载，电流相对于电压滞后一个相位差，无功功率为正。因此，可以用检测电压、电流相位差的方法来间接判断电源电压是小于相永磁同 步电动机的反电动势，还是大于其反电动势，而不必直接测量反电动势的大小。以三相中一相(A相)为例，其余两相同理，测控单元实时检测电机电流相对于 电压的相位差，设为0，当0<0时，功率因数为cos0<l，代表电源电压小于其反电动势时，测 控单元发出相应控制信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
油田采油井三相永磁同步电机专用稳压器，其特征是：三项电源与三相永磁同步电动机之间，设置电压补偿电路和测控电路两部分；所述电压补偿电路输入端接入入相电压线路（Ａ１相、Ｂ１相、Ｃ１相三相输入），输出端连接出相电压线路（Ａ２相、Ｂ２相、Ｃ２相三相输出）；测控电路输入端连接出相电压线路（Ａ２相、Ｂ２相、Ｃ２相），输出端连入电压补偿电路。

【技术特征摘要】
油田采油井三相永磁同步电机专用稳压器，其特征是三项电源与三相永磁同步电动机之间，设置电压补偿电路和测控电路两部分；所述电压补偿电路输入端接入入相电压线路(A1相、B1相、C1相三相输入)，输出端连接出相电压线路(A2相、B2相、C2相三相输出)；测控电路输入端连接出相电压线路(A2相、B2相、C2相)，输出端连入电压补偿电路。2.根据权利要求1所述的油田采油井三相永磁同步电机专用稳压器，其特征是所述 电压补偿电路由变压器、调压器、步进电机、碳刷组成；变压器次级线圈接在相电路中，初 级线圈两端接入滑动调压器滑动碳刷，并由步进电机带动碳刷在滑动式调压器上做相对运 动；3.根据权利要求1所述的油田采油井三相永磁同步电机专用稳压器，其特征是所述 测控电路包括一个进行A/D转换的STC12C5620AD集成电路和一个大功率三极管阵列集成 电路 ULN2803A ；测控电路其电路结构首先每一相均通过两级电流互感器串接的方式接入三个出相电 压线路(A2相、B2相、C2相)；所述两级电流互感器串接，即每一相中，相线穿心通过第一 级的互感器，再将第一级的次级线穿心通过第二级的互感器，再将第二级的次级线分别通 过二极管(V4 6)接入到集成电路STC12C5620AD的(12 14)管脚；STC12C5620AD的 (17 15)管脚分别通过串联的二极管(VI 3)直接对应连接三个出相电压线路(A2相、 B2相、C2相)；STC12C5620AD管脚(12 17...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明合，
申请(专利权)人：王明合，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]