抽油機拖動電機節(jié)能控制設備系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種抽油機拖動電機節(jié)能控制設備系統(tǒng)，包括：開關磁阻電機和節(jié)能控制器；節(jié)能控制器包括：操作顯示電路、控制電路、驅動電路和功率電路；其中，操作顯示電路連接控制電路，控制電路連接開關磁阻電機、驅動電路和功率電路；驅動電路連接功率電路；功率電路連接開關磁阻電機；節(jié)能控制器通過調節(jié)開關磁阻電機的轉速來調節(jié)開關磁阻電機輸出功率。本發(fā)明可以減小電機能量損耗，提升電機效率。
【專利說明】抽油機拖動電機節(jié)能控制設備系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及抽油機拖動電機【技術領域】，尤其涉及抽油機拖動電機節(jié)能控制設備系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]由于抽油機的負載是一種帶有沖擊性的交變負載，而目前抽油機拖動電機主要是采用三相異步電機，該電機適應于負載不變的工況，這就造成了電機與負載的不匹配。三相異步電機用作抽油機拖動電機存在以下幾個方面的局限性:
[0003]1、抽油機帶載起動，電機啟動電流、扭矩大，導致電機裝機功率、能耗偏高；
[0004]2、運行時電流、扭矩小，電機負載率及效率偏低；
[0005]3、同一機型，電機額定功率越大，電機負載率越低；
[0006]4、電機負載率越低，導致效率低。
[0007]由于上述四個方面的原因，導致電機長期處于低負荷下運行，無法達到額定效率范圍，電機能量損耗高，從而影響油井整體機采系統(tǒng)效率水平。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明實施例提供一種抽油機拖動電機節(jié)能控制設備系統(tǒng),用以解決抽油機合理匹配電機的問題，減小電機能量損耗，提升電機效率，該系統(tǒng)包括:
[0009]開關磁阻電機和節(jié)能控制器；
[0010]節(jié)能控制器包括:操作顯示電路、控制電路、驅動電路和功率電路；其中，操作顯示電路連接控制電路，控制電路連接開關磁阻電機、驅動電路和功率電路；驅動電路連接功率電路；功率電路連接開關磁阻電機；
[0011]操作顯示電路用于調節(jié)開關磁阻電機的轉速以調節(jié)開關磁阻電機輸出功率；
[0012]控制電路用于調節(jié)操作顯示電路輸出信號以達到開關磁阻電機運行要求；
[0013]驅動電路用于根據控制電路輸出信號產生開關磁阻電機驅動信號；
[0014]功率電路用于對開關磁阻電機驅動信號進行整流及驅動控制；
[0015]開關磁阻電機用于按功率電路輸出信號運行，向控制電路反饋功率信號；
[0016]控制電路還用于根據功率電路輸出信號及開關磁阻電機反饋功率信號進一步調節(jié)操作顯示電路輸出信號。
[0017]一個實施例中，開關磁阻電機為定子、轉子雙凸極可變磁阻電動機，且定子、轉子極數(shù)不同。
[0018]一個實施例中，定子、轉子均由硅鋼片疊壓而成，轉子上無繞組及永磁體，定子上有繞組。
[0019]一個實施例中，節(jié)能控制器還包括:控制電源，控制電源分別與控制電路和功率電路連接，用于向控制電路和功率電路提供電源。
[0020]一個實施例中，功率電路還連接外接電源。[0021]一個實施例中，操作顯示電路提供開關磁阻電機轉速調節(jié)按鍵。
[0022]一個實施例中，操作顯示電路提供起停機按鍵、換向按鍵和電參數(shù)顯示按鍵其中之一或任意組合。
[0023]—個實施例中，操作顯不電路具體用于在開關磁阻電機輸出功率高于第一閾值時，降低開關磁阻電機的轉速；在開關磁阻電機輸出功率低于第二閾值時，提高開關磁阻電機的轉速；第一閾值高于第二閾值。
[0024]本發(fā)明實施例的抽油機拖動電機節(jié)能控制設備系統(tǒng)，通過調節(jié)開關磁阻電機的轉速來調節(jié)開關磁阻電機輸出功率，不但可以解決抽油機合理匹配電機的問題，還可以降低電機運行過程的電流、功率，減小電機能量損耗，提升電機效率，進而提升整個機采系統(tǒng)的效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中:
[0026]圖1為本發(fā)明實施例中抽油機拖動電機節(jié)能控制設備系統(tǒng)的示例圖；
[0027]圖2為本發(fā)明實施例中抽油機拖動電機節(jié)能控制設備系統(tǒng)的示例圖；
[0028]圖3為本發(fā)明實施例中抽油機拖動電機節(jié)能控制設備系統(tǒng)的示例圖；
[0029]圖4為本發(fā)明實施例中電機角速度和輸出功率的初始狀態(tài)曲線圖；
[0030]圖5為本發(fā)明實施例中電機角速度和輸出功率的目標狀態(tài)曲線圖。
【具體實施方式】
[0031]為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結合附圖對本發(fā)明實施例做進一步詳細說明。在此，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
[0032]在本發(fā)明實施例中，提供一種抽油機拖動電機節(jié)能控制設備系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用開關磁阻電機作為抽油機拖動電機，以解決抽油機合理匹配電機的問題，挖掘電機降耗空間。圖1為本發(fā)明實施例中抽油機拖動電機節(jié)能控制設備系統(tǒng)的示例圖。如圖1所示，本發(fā)明實施例的抽油機拖動電機節(jié)能控制設備系統(tǒng)，主要由開關磁阻電機101和節(jié)能控制器102兩部分組成，其中節(jié)能控制器是用于對開關磁阻電機進行驅動控制。
[0033]開關磁阻電機利用磁阻最小原理，即磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合，用齒極間的吸引力拉動轉子旋轉；線圈電流通斷、磁通狀態(tài)直接受開關控制。開關磁阻電機工作原理與三相異步電機完全不同，具有如下特點:
[0034]特點1、電機效率高
[0035]主要體現(xiàn)在兩個方面:一是空載電流小，二是調速范圍廣、效率高；
[0036]特點2:啟動扭矩大、電流低
[0037]與三相異步電機相比啟動扭矩大、電流低,啟動扭矩為額定轉矩的1.5倍時,啟動電流為額定電流的0.3倍；[0038]特點3:功率因數(shù)高
[0039]開關磁阻電機運行時功率因數(shù)接近I ;而三相異步電機功率因數(shù)與負載率有關，最大值0.9以下；
[0040]特點4:轉速易于控制
[0041]可控參數(shù)多，轉速控制靈活方便，可與數(shù)字化抽油機結合，根據抽油機負載情況，采取不同控制方法和參數(shù)值，實現(xiàn)電機自動調速。
[0042]將開關磁阻電機作為抽油機拖動電機，應用了其頻繁正、反轉，起動轉矩大，調速范圍廣，功率因數(shù)高，具有電子制動，效率高，節(jié)能效果好等優(yōu)點，再通過節(jié)能控制器進行智能調速，可以對開關磁阻電機每一個沖程周期的每一個點都進行電機與負載的控制匹配，進而使抽油機處于最佳工作狀態(tài)，實現(xiàn)減小電機能量損耗，提升電機和機采系統(tǒng)效率的目的。
[0043]具體實施時，開關磁阻電機可以為定子、轉子雙凸極可變磁阻電動機，且定子、轉子極數(shù)可以不同。定子、轉子均可以由硅鋼片疊壓而成，轉子上可以無繞組及永磁體，定子上可以有繞組。圖2為本發(fā)明實施例中抽油機拖動電機節(jié)能控制設備系統(tǒng)的示例圖。圖2中以開關磁阻電機為三相12/8極結構為例詳細示出開關磁阻電機的結構。如圖2所示，在開關磁阻電機201中，轉子的12極為Al極、BI極、Cl極、A2極、B2極、C2極、al極、bl極、Cl極、a2極、b2極、c2極；以圖2中定、轉子的相對位置作為起始位置，依次給B — C — A相繞組通電，轉子即會逆著勵磁順序以逆時針方向連續(xù)旋轉；反之，依次給C — B — A相通電，則電機會順時針方向轉動。開關磁阻電機的轉向與相繞組的電流方向無關，而取決于相繞組通電的順序。通過控制相繞組的第一電子開關(IGBT) S1、第二電子開關(IGBT) S2的工作狀態(tài)，就可以改變開關磁阻電機201的轉向、轉矩、轉速、制動等工作狀態(tài)。圖2中還示出了開關磁阻電機201與節(jié)能控制器202連接。
[0044]圖3為本發(fā)明實施例中抽油機拖動電機節(jié)能控制設備系統(tǒng)的示例圖。圖3中詳細示出了節(jié)能控制器的結構組成。如圖3所示，節(jié)能控制器310包括:操作顯示電路311、控制電路312、驅動電路313和功率電路314 ;其中，操作顯示電路311連接控制電路312，控制電路312連接開關磁阻電機320、驅動電路313和功率電路314 ;驅動電路313連接功率電路314 ;功率電路314連接開關磁阻電機320。
[0045]具體實施時，在節(jié)能控制器中，操作顯示電路用于調節(jié)開關磁阻電機的轉速以調節(jié)開關磁阻電機輸出功率；控制電路用于調節(jié)操作顯示電路輸出信號以達到開關磁阻電機運行要求；驅動電路用于根據控制電路輸出信號產生開關磁阻電機驅動信號；功率電路用于對開關磁阻電機驅動信號進行整流及驅動控制；開關磁阻電機用于按功率電路輸出信號運行，向控制電路反饋功率信號；控制電路還用于根據功率電路輸出信號及開關磁阻電機反饋功率信號進一步調節(jié)操作顯示電路輸出信號。如圖3所示，節(jié)能控制器310還可以包括:控制電源315，控制電源315分別與控制電路312和功率電路314連接，用于向控制電路312和功率電路314提供電源。實施時，功率電路314還可以連接外接電源330。
[0046]具體實施時，操作顯示電路是根據智能調速原理，調節(jié)開關磁阻電機的轉速以達到調節(jié)開關磁阻電機輸出功率的目的。智能調速原理為:
[0047]電機的輸出功率與電機的輸出轉矩及角速度成正比關系，即:
[0048]P=TX ω:[0049]其中，P為電機的輸出功率，單位為KW ;T為電機的輸出轉矩，單位為N.πι;ω為角速度，單位為rad/s。
[0050]由于電機的輸出轉矩取決于被驅動負荷的大小，而負荷的大小取決于抽油機井下工況，在井下工況確定時，可以通過調節(jié)開關磁阻電機的轉速來調節(jié)開關磁阻電機輸出功率。具體實施時，可以在開關磁阻電機輸出功率高于第一閾值時，降低開關磁阻電機的轉速；在開關磁阻電機輸出功率低于第二閾值時，提高開關磁阻電機的轉速；第一閾值高于第二閾值。舉個例子，先跟蹤一個周期電機角速度和輸出功率的初始狀態(tài)曲線(見圖4)，通過改變電機轉速來調節(jié)電機的輸出功率，降低高功率區(qū)的轉速以降低輸出功率、提高低功率區(qū)的轉速以提高輸出功率，實現(xiàn)對電機輸出功率和輸出轉矩的重新分布，使電機功率趨于平穩(wěn)，平直且絕對值低，達到“削峰填谷”的目的，即實現(xiàn)目標狀態(tài)曲線(見圖5)，從而使電機達到節(jié)能降耗，效率提升。
[0051]具體實施時，為便于人員操作，操作顯示電路可以提供開關磁阻電機轉速調節(jié)按鍵。此外，操作顯示電路還可以提供起停機按鍵、換向按鍵和電參數(shù)顯示按鍵其中之一或任意組合，實現(xiàn)電機啟動及停止、電機保護等功能。操作顯示電路還可以提供顯示面板，以便實時查看電機參數(shù)及工作狀態(tài)等。
[0052]具體實施時，操作顯示電路可以生成調節(jié)開關磁阻電機轉速的信號并向控制電路輸出該信號，控制電路對操作顯示電路輸出信號進行調節(jié)，以達到開關磁阻電機運行要求。控制電路可以根據外部操作要求和電機實際運行情況連接調節(jié)操作顯示電路輸出信號，后續(xù)再通過驅動電路和功率電路，改變電機繞組的通電時間和電流的大小。控制電路在調節(jié)操作顯示電路輸出信號后，將調節(jié)后的信號輸出至驅動電路。驅動電路根據控制電路輸出信號產生開關磁阻電機驅動信號，并提供給功率電路。功率電路對開關磁阻電機驅動信號進行整流及驅動控制，功率電路的輸出信號分別送入開關磁阻電機和控制電路。開關磁阻電機按功率電路輸出信號運行，向控制電路反饋功率信號?？刂齐娐吩俑鶕β孰娐份敵鲂盘柤伴_關磁阻電機反饋功率信號進一步調節(jié)操作顯示電路輸出信號，進而使整個系統(tǒng)不斷優(yōu)化調節(jié)開關磁阻電機的轉速以調節(jié)開關磁阻電機輸出功率，形成一個自學習、自適應的循環(huán)電路。
[0053]綜上所述，本發(fā)明實施例的抽油機拖動電機節(jié)能控制設備系統(tǒng)，通過調節(jié)開關磁阻電機的轉速來調節(jié)開關磁阻電機輸出功率，不但可以解決抽油機合理匹配電機的問題，還可以降低電機運行過程的電流、功率，減小電機能量損耗，提升電機效率，進而提升整個機米系統(tǒng)的效率。
[0054]本發(fā)明實施例的抽油機拖動電機節(jié)能控制設備系統(tǒng)，采用了變速驅動方式，對懸點載荷中的慣性載荷有一定影響，在不改變抽油機沖次的前提下，改變抽油機運行加速度的分布，可降低最大慣性負荷，提高最小慣性負荷，降低抽油機載荷的波動程度，保護了抽油機設備。并且，變速驅動方式能使曲柄轉矩峰值降低，降低電機額定功率，實施時可以選用小功率電機，使小功率電機在較高的負荷下運行，達到節(jié)能效果。
[0055]此外，從功率曲線對比可知(見圖4、5)，不僅功率波動大幅度減小，而且基本消除了負功，抽油機減速箱消除了 “背擊”現(xiàn)象，延長減速箱的工作壽命。
[0056]本領域內的技術人員應明白，本發(fā)明的實施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計算機程序產品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限于磁盤存儲器、CD-ROM、光學存儲器等)上實施的計算機程序產品的形式。
[0057]本發(fā)明是參照根據本發(fā)明實施例的方法、設備(系統(tǒng))、和計算機程序產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合?？商峁┻@些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數(shù)據處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數(shù)據處理設備的處理器執(zhí)行的指令產生用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
[0058]這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數(shù)據處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。
[0059]這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數(shù)據處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行一系列操作步驟以產生計算機實現(xiàn)的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
[0060]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種抽油機拖電機節(jié)能控制設備系統(tǒng)，其特征在于，包括: 開關磁阻電機和節(jié)能控制器； 節(jié)能控制器包括:操作顯示電路、控制電路、驅動電路和功率電路；其中，操作顯示電路連接控制電路，控制電路連接開關磁阻電機、驅動電路和功率電路；驅動電路連接功率電路；功率電路連接開關磁阻電機； 操作顯示電路用于調節(jié)開關磁阻電機的轉速以調節(jié)開關磁阻電機輸出功率； 控制電路用于調節(jié)操作顯示電路輸出信號以達到開關磁阻電機運行要求； 驅動電路用于根據控制電路輸出信號產生開關磁阻電機驅動信號； 功率電路用于對開關磁阻電機驅動信號進行整流及驅動控制； 開關磁阻電機用于按功率電路輸出信號運行，向控制電路反饋功率信號； 控制電路還用于根據功率電路輸出信號及開關磁阻電機反饋功率信號進一步調節(jié)操作顯不電路輸出信號。
2.如權利要求1所述的抽油機拖動電機節(jié)能控制設備系統(tǒng)，其特征在于，開關磁阻電機為定子、轉子雙凸極可變磁阻電動機，且定子、轉子極數(shù)不同。
3.如權利要求1所述的抽油機拖動電機節(jié)能控制設備系統(tǒng)，其特征在于，定子、轉子均由硅鋼片疊壓而成，轉子上無繞組及永磁體，定子上有繞組。
4.如權利要求1所述的抽油機拖動電機節(jié)能控制設備系統(tǒng)，其特征在于，節(jié)能控制器還包括:控制電源，控制電源分別與控制電路和功率電路連接，用于向控制電路和功率電路提供電源。
5.如權利要求4所述的抽油機拖動電機節(jié)能控制設備系統(tǒng)，其特征在于，功率電路還連接外接電源。
6.如權利要求1所述的抽油機拖動電機節(jié)能控制設備系統(tǒng)，其特征在于，操作顯示電路提供開關磁阻電機轉速調節(jié)按鍵。
7.如權利要求1所述的抽油機拖動電機節(jié)能控制設備系統(tǒng)，其特征在于，操作顯示電路提供起停機按鍵、換向按鍵和電參數(shù)顯示按鍵其中之一或任意組合。
8.如權利要求1至7任一項所述的抽油機拖動電機節(jié)能控制設備系統(tǒng)，其特征在于，操作顯不電路具體用于在開關磁阻電機輸出功率高于第一閾值時，降低開關磁阻電機的轉速；在開關磁阻電機輸出功率低于第二閾值時，提高開關磁阻電機的轉速；第一閾值高于第二閾值。
【文檔編號】H02P6/08GK103888034SQ201410078501
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月5日 優(yōu)先權日:2014年3月5日
【發(fā)明者】辛宏, 朱天壽, 慕立俊, 曾亞勤, 黃偉, 甘慶明, 李明, 楊海濤, 張磊, 韓二濤, 李明江 申請人:中國石油天然氣股份有限公司