具有能量反馈功能的抽油机控制系统技术方案

本实用新型专利技术具有能量反馈功能的抽油机控制系统，包括微控制单元和变频控制电路，变频控制电路包括整流电路和第一逆变模块；微控制单元连接有外围控制电路；特征在于：还包括将抽油电机发出的电能输入到交流电网的能量反馈电路，该能量反馈电路包括与抽油电机发电回路相连接的整流电路以及与微控制单元相连接的第二逆变模块，第二逆变模块的输出与交流电网相连接。本实用新型专利技术在保证了对抽油电机变频控制的同时，也有效地将游梁式抽油机下行时配重块、驴头和抽油杆的重力做功转化为了电能，并反馈到交流电网中；实现了油井节电、增效和增产，提高整个油杆抽油系统的机采效率节电效果已达到15%~20%左右，便于推广应用。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种具有能量反馈功能的抽油机控制系统，更具体的说，尤其涉及一种将抽油机下行时的势能转化为电能并反馈到供电网中的抽油机控制系统。
技术介绍
随着中国最为严峻的缺电局面的降临，国家提出了如何提高能源效率，降低能源系统成本，并制定了“开发与节约并重，近期把节约放在优先地位”的能源方针。资料显示，中国电力消耗量仅次于美国，位居世界第二位，节能节电意识的淡薄造成了很大的资源浪费和财产损失，而中国吨油成本是国外吨油成本的好几倍尽可能的节能增效，同国际水平接轨，这是中国石油工业的必然趋势。在吨油成本中，电费支出的占生产成本的三分之一，而且随着油田的进一步开采，再稳产的基础上，节能、增效、增产、降耗，显得更为重要。抽油机作为油田最基本的设备，其节能降耗显得更有意义。 游梁式抽油机是我国油田目前最主要的机械采油装备。由于常规游梁式抽油机载荷波动较大，其周期载荷波动系数为I. 7 2. 1，同时由于选择电动机的额定功率有一定的安全储备，即使抽油机能在其额定设计工况点下工作，电动机的负载率一般也达不到50%，况且由于抽油机实际工作参数达不到额定设计参数，导致电动机的负载率较低，造成电能的极大浪费。据统计，目前游梁式抽油机电动机的负载率仅为30%左右.在这一负载率下电动机的运行效率仅为65 70%，而电动机的额定效率为90%左右。显然，由于电动机负载率低，致使抽油机耗电量增加了 30 40%。因此拖动抽油机电动机节能技术的研究已引起人们的普遍重视。为了解决上述问题。近年来各大油田在抽油机采用了变频控制技术进行节能改造，以便有效地节约能源。
技术实现思路
本技术为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种具有能量反馈功能的抽油机控制系统。本技术的具有能量反馈功能的抽油机控制系统，包括起运算和控制作用的微控制单元以及对抽油电机进行变频调节的变频控制电路，变频控制电路包括整流电路和第一逆变模块，第一逆变模块的控制端、输出端分别与微控制单元和抽油电机相连接；微控制单元连接有用于对抽油电机运行状态控制的外围控制电路；其特别之处在于还包括将抽油电机发出的电能输入到交流电网的能量反馈电路，该能量反馈电路包括与抽油电机发电回路相连接的整流电路以及与微控制单元相连接的第二逆变模块，第二逆变模块的输出与交流电网相连接；所述微控制单元的信号采集端还连接有上冲程检测电路和下冲程检测电路。微控制单元由微处理器构成，用于信号采集、数据处理和控制信号的输出；变频控制电路实现对抽油机的变频调节，使得抽油机的转速工作在设定的合理状态，以便对抽油机的上行和下行速率进行控制。在变频控制的过程中，先通过整流电路将交流电整流为直流电，在通过第一逆变模块逆变为使抽油电机运行的交流电，从而达到对抽油电机的变频控制。外围控制电路有相应的开关按钮和继电器连接组成，以便对抽油电机的工作状态进行控制。在游梁式抽油机下行的过程中，配重块、驴头和抽油杆在自身重力的作用下，将会驱使抽油电机进行转动，能量反馈电路就是将这部分能量转化、整流、逆变后输入到交流电网中，以达到节约能源的目的；能量反馈电路中的整流电路将抽油电机发出来的电整流为直流电，第二逆变模块再将其逆变为与电网中相位、频率相等的交流电，反馈到电网中，有效地实现了能源的节约。上冲程检测电路和下冲程检测电路分别用于检测游梁式抽杆上行和下行的状态，以便对抽油电机的工作状态进行调节。本技术的具有能量反馈功能的抽油机控制系统，外围控制电路包括继电器MX、继电器MCI、继电器MC2、继电器MC3以及切换开关；继电器MX的线圈与停止、运行按钮串联后接于电源的两端，运行按钮与继电器MX的常开点相并联；继电器MCl的线圈与继电器MC2的常闭点、切换开关、继电器MX的常开点相串联后接于电源的两端；继电器MC2的线圈与继电器MCl的常闭点、切换开关、继电器MX的常开点相串联后接于电源的两端；继电 器MC3的线圈经控制开关后接于电源的两端；所述切换开关和控制开关均与微控制器相连接。采用多个继电器与开关按钮相配合的形式，既有利于实现对抽油电机工作状态的控制，也便于实现不同状态下的互锁；使得控制更加精准，并可避免发生错误的逻辑控制。本技术的具有能量反馈功能的抽油机控制系统，所述微控制器还连接有频率调节电路以及用于数据显示和控制数据输入的数字控制面板。频率调节电路用于对抽油电机的工作频率进行手动调节，可使用电位器来构成；数字控制面板，既可对抽油电机的工作状态参数进行显示，也可输入控制抽油电机运行参数的控制量，如下行、上行时抽油电机的工作频率。本技术的具有能量反馈功能的抽油机控制系统，所述交流电网与整流电路之间设置有滤波电路；第二逆变模块与交流电网之间设置有滤波电路。滤波电路可以滤除杂波，实现对电路的保护。本技术的具有能量反馈功能的抽油机控制系统，所述上冲程检测电路和下冲程检测电路均为限位开关。采用限位开关，既便于安装，也有利于信号的采集。本技术的具有能量反馈功能的抽油机控制系统，所述微控制单元采用的微处理芯片为32位军工级DSP芯片。采用32位军工级DSP芯片，有利于保证高速的数据处理功能，也有利于长期稳定运行。本技术的具有能量反馈功能的抽油机控制系统，所述第一逆变模块和第二逆变模块均为PWM控制的逆变模块。本技术的有益效果是本技术通设置控制电源、变频控制电路和能量反馈电路，在保证了对抽油电机变频控制的同时，也有效地将游梁式抽油机下行时配重块、驴头和抽油杆的重力做功转化为了电能，并反馈到交流电网中；可以实现油井节电、增效和增产，提高整个油杆抽油系统的机采效率。同时，由于采用了电动机的软启动和无级速度调节，启动时对电网和抽油设备无冲击，电动机功率因数可由0. 25、. 50，提高到0. 90以上，从而减轻了电网及变压器的负担、降低了线损。经过试验，节电效果已达到159^20%左右。附图说明图I为本技术的抽油机控制系统的电路原理图；图2为本技术的抽油机控制系统工作在上、下冲程频率不相等状态时的电路原理图；图3为本技术的抽油机控制系统工作在上、下冲程频率相等状态时的电路原理图；图4为微控制单元I组成的变频器与能量反馈电路3构成的回馈装置的电路连线图。图中I微控制单元，2变频控制电路，3能量反馈电路，4滤波电路，5整流电路，6第一逆变模块，7抽油电机，8外围控制电路，9频率调节电路，10上冲程检测电路，11下冲程 检测电路，12数字控制面板，13滤波电路，14整流电路，15第二逆变模块，16交流电网，17抽油电机发电回路。具体实施方式以下结合附图与实施例对本技术作进一步说明。如图I所述，给出了本技术的抽油机控制系统的电路原理图，其包括微控制单元I、变频控制电路2、能量反馈电路3、外围控制电路8、频率调节电路9、上冲程检测电路10、下冲程检测电路11、数字控制面板12。其中，变频控制电路2用于实现对抽油电机7的变频调速控制，其包括滤波电路4、整流电路5、第一逆变模块6 ;能量反馈电路3用于对抽油电机7发出来的电能进行整流、逆变并反馈输入到交流电网16中，以达到节约能源的目的。微控制单元I由微处理芯片构成，实现信号采集、数据处理和输出控制信号的作用；外围控制电路8由多个继电器和开关按钮组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有能量反馈功能的抽油机控制系统，包括起运算和控制作用的微控制单元（1）以及对抽油电机（7）进行变频调节的变频控制电路（2），变频控制电路包括整流电路（5）和第一逆变模块（6），第一逆变模块的控制端、输出端分别与微控制单元和抽油电机相连接；微控制单元连接有用于对抽油电机运行状态控制的外围控制电路（8）；其特征在于：还包括将抽油电机发出的电能输入到交流电网的能量反馈电路（3），该能量反馈电路包括与抽油电机发电回路（17）相连接的整流电路（14）以及与微控制单元相连接的第二逆变模块（15），第二逆变模块的输出与交流电网相连接；所述微控制单元的信号采集端还连接有上冲程检测电路（10）和下冲程检测电路（11）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亚非，
申请(专利权)人：济南精工达电器有限公司，
类型：实用新型
国别省市：