專利名稱：游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制方法和控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油開采機械領(lǐng)域，尤其涉及一種基于孤島發(fā)電技術(shù)的游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制方法和控制裝置。
背景技術(shù)：
游梁式抽油機(俗稱磕頭機)是廣泛應(yīng)用在油田系統(tǒng)中的一種能耗很大的采油機械，其電費開支占采油系統(tǒng)費用總支出的60％以上。抽油桿自重的升降所消耗的能量，從理論上可以減少到近乎為零，但實際使用中卻不是這樣。以異步電機為動力的抽油機具有“強”的恒轉(zhuǎn)矩特性，當異步電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速超過電機同步轉(zhuǎn)速時，曲柄凈扭矩為負，異步電機將變成異步發(fā)電機向電網(wǎng)送電，俗稱“倒發(fā)電”。異步電機轉(zhuǎn)子超過同步轉(zhuǎn)速是經(jīng)常的，即使精心調(diào)整抽油機平衡重，由于多方面因素影響，“倒發(fā)電”現(xiàn)象幾乎不可避免。在發(fā)電機工況發(fā)出的電能一部分在變壓器一、二次繞組及饋電線路上產(chǎn)生損耗，剩余部分則表現(xiàn)為向電力系統(tǒng)輸出的脈動功率。由于異步電機發(fā)的電不會完全與電網(wǎng)同步，其電能不會完全被電網(wǎng)利用，所以這種脈動功率是屬于對電網(wǎng)的干擾和污染。因此，消除“倒發(fā)電”現(xiàn)象具有十分重要的節(jié)能意義。
現(xiàn)有技術(shù)解決“倒發(fā)電”問題的方法較多，如超高轉(zhuǎn)差率電機、調(diào)壓控制器、變頻調(diào)速器等，但這些方法只能減輕“倒發(fā)電”的程度，不能徹底消除“倒發(fā)電”現(xiàn)象，而且都不適合老油井改造和實施成本高。
現(xiàn)有技術(shù)有一種采用超越離合器解決“倒發(fā)電”的技術(shù)方案。該技術(shù)方案的工作原理為向上抽油時，離合器將拖動輪(與異步電機軸連接)與從動輪(與抽油桿連接)連接在一起共同轉(zhuǎn)動；抽油桿下降時，當下降轉(zhuǎn)速大于異步電機的轉(zhuǎn)速時，離合器將拖動輪與從動輪分離，使異步電機始終處于電動狀態(tài)，避免下降時異步電機的倒發(fā)電，從而改善電網(wǎng)供電質(zhì)量，節(jié)約能源。該技術(shù)方案雖將拖動輪與從動輪分離，但異步電機仍然與交流電源連接，異步電機仍然會產(chǎn)生額外的空載損耗。此外，該技術(shù)方案既不適合老油井改造，新油井的一次投資大，又由于采用齒輪嚙合，對抽油機的維護也較困難。
現(xiàn)有技術(shù)還有一種采用異步電機斷續(xù)供電解決“倒發(fā)電”的技術(shù)方案。該技術(shù)方案的工作原理為當實測轉(zhuǎn)速超過臨界轉(zhuǎn)速時，控制異步電機在一段時間內(nèi)通電運行，隨后繼續(xù)斷電。再判斷轉(zhuǎn)速，如轉(zhuǎn)速過高，再使異步電機在一段時間內(nèi)通電運行，隨后繼續(xù)斷電...。該技術(shù)方案雖通過斷續(xù)供電、斷電過程并調(diào)節(jié)斷電時間及斷電次數(shù)使異步電機轉(zhuǎn)速保持正常范圍，但并沒有解決完全解決“倒發(fā)電”問題，反而把積累的倒發(fā)電能量頻繁地集中向電網(wǎng)釋放。實際上，這樣會對系統(tǒng)和電網(wǎng)造成更大的危害。
游梁式抽油機異步電機功率因數(shù)偏低是另外一種較大的損耗，如何減小異步電機損耗、提高配電系統(tǒng)功率因數(shù)已成為油田節(jié)能的又一關(guān)鍵，為此，在游梁式抽油機上使用固定電容進行補償是國內(nèi)各大油田普遍采用的節(jié)能措施。由于游梁式抽油機的負載是以抽油機沖程為周期連續(xù)變化的周期性負載，所以使用固定電容補償既有有利的一面，也有不利的一面，即會使抽油機拖動異步電機的發(fā)電效應(yīng)增強，這又會帶來新的電能浪費。
綜上所述，現(xiàn)有游梁式抽油機系統(tǒng)存在的問題主要集中在異步電機的“倒發(fā)電”和功率因數(shù)低上，目前尚未見到綜合、有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的是針對現(xiàn)有技術(shù)“倒發(fā)電”造成能源損耗的技術(shù)問題，提供一種基于孤島發(fā)電技術(shù)的游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制方法，徹底消除了抽油機拖動異步電機的“倒發(fā)電”現(xiàn)象；進一步地，本發(fā)明還針對現(xiàn)有技術(shù)電機功率因數(shù)偏低的技術(shù)問題，在異步電機電動狀態(tài)階段進行無功補償，將消除“倒發(fā)電”現(xiàn)象和無功補償綜合考慮，實現(xiàn)最佳的節(jié)能效果。
本發(fā)明的第二目的是在本發(fā)明游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制方法基礎(chǔ)上，提供一種基于孤島發(fā)電技術(shù)的游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制裝置。
為實現(xiàn)本發(fā)明的第一目的，本發(fā)明提供了一種游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制方法，包括步驟步驟10、在異步電機通電運行狀態(tài)下，數(shù)據(jù)采集單元實時采集異步電機運行時的電壓和電流瞬時值，并將電壓和電流數(shù)據(jù)傳輸給計算機控制器；步驟20、計算機控制器根據(jù)所述電壓和電流數(shù)據(jù)判斷異步電機進入發(fā)電狀態(tài)時，輸出控制信號給驅(qū)動單元；步驟30、驅(qū)動單元控制第一開關(guān)組件切斷異步電機與交流電源的連接；步驟40、異步電機與空載勵磁電容器形成孤島發(fā)電系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集單元實時采集所述孤島發(fā)電系統(tǒng)中異步電機的電壓和電流瞬時值，并將電壓和電流數(shù)據(jù)傳輸給計算機控制器；步驟50、計算機控制器根據(jù)所述孤島發(fā)電系統(tǒng)中異步電機的電壓和電流數(shù)據(jù)判斷異步電機進入電動狀態(tài)時，輸出控制信號給驅(qū)動單元；步驟60、驅(qū)動單元控制第一開關(guān)組件恢復(fù)異步電機與交流電源的連接。
其中，所述步驟20具體為步驟201、計算機控制器根據(jù)所述電壓和電流數(shù)據(jù)計算異步電機有功功率值；步驟202、當所述有功功率值小于功率預(yù)設(shè)值時，計算機控制器判斷異步電機開始進入發(fā)電狀態(tài)；步驟203、計算機控制器輸出控制信號給驅(qū)動單元。
其中，所述步驟50具體為步驟501、計算機控制器的軟儀表單元根據(jù)所述孤島發(fā)電系統(tǒng)中異步電機的電壓和電流數(shù)據(jù)計算異步電機的轉(zhuǎn)速；步驟502、計算機控制器計算所述轉(zhuǎn)速與異步電機同步轉(zhuǎn)速的差值；
步驟503、當所述差值小于預(yù)設(shè)差值時，計算機控制器判斷異步電機開始進入電動狀態(tài)；步驟504、計算機控制器輸出控制信號給驅(qū)動單元。
在上述技術(shù)方案中，所述步驟30后、步驟40前還包括一與異步電機串聯(lián)的偽負載和穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路控制異步電機轉(zhuǎn)速的步驟，具體為步驟31、穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路自動監(jiān)測異步電機的空載電壓；步驟32、當異步電機的空載電壓大于預(yù)設(shè)安全臨界電壓時，穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路的可控硅導(dǎo)通，偽負載消耗超臨界能量；步驟33、當異步電機的空載電壓降低到預(yù)設(shè)安全臨界電壓范圍以內(nèi)時，穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路的可控硅關(guān)斷。
在上述技術(shù)方案中，所述步驟60后還包括將無功補償電容器并聯(lián)接入交流電源的步驟，相應(yīng)地，在下一個循環(huán)的步驟20后、步驟30前還包括切斷無功補償電容器與交流電源連接的步驟。
為實現(xiàn)本發(fā)明的第二目的，本發(fā)明還提供了一種游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制裝置，包括連接在異步電機和交流電源回路上的第一開關(guān)組件和與異步電機連接的空載勵磁電容器，所述第一開關(guān)組件與一控制其接通或斷開的驅(qū)動單元連接，所述驅(qū)動單元與一發(fā)出接通或斷開控制信號的計算機控制器連接，所述計算機控制器與一采集所述異步電機電壓和電流瞬時值的數(shù)據(jù)采集單元連接。
所述計算機控制器包括串接的控制單元和軟儀表單元，所述儀表單元與所述數(shù)據(jù)采集單元連接，用于根據(jù)接收到的電壓和電流數(shù)據(jù)計算異步電機的轉(zhuǎn)速和有功功率值，所述控制單元與所述驅(qū)動單元連接，用于根據(jù)所述有功功率或轉(zhuǎn)速值判斷異步電機進入發(fā)電或電動狀態(tài)的時刻，并向驅(qū)動單元發(fā)出斷開或接通控制信號。
在上述技術(shù)方案中，所述異步電機還與一串聯(lián)的偽負載和穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路連接，所述穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路為多擋調(diào)節(jié)的雙向可控硅電路，所述偽負載為串接的電阻和電容。所述交流電源還并聯(lián)一串接的第二開關(guān)組件和無功補償電容器，所述第二開關(guān)組件與所述驅(qū)動單元連接。第一開關(guān)組件為并聯(lián)的電子調(diào)壓開關(guān)和機械開關(guān)，第二開關(guān)組件為并聯(lián)的電子開關(guān)和機械開關(guān)，分別與所述驅(qū)動單元連接。
本發(fā)明提供了一種基于孤島發(fā)電技術(shù)的游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制方法和控制裝置，有針對性地從三個方面解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。其一，從根本上徹底消除了現(xiàn)有技術(shù)“倒發(fā)電”現(xiàn)象，實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能；其二，利用異步電機所發(fā)能量進行轉(zhuǎn)速測量，充分利用現(xiàn)有技術(shù)浪費的能源；其三，使用自動電容器補償，提高異步電機電動狀態(tài)的功率因數(shù)，實現(xiàn)本發(fā)明在各種工況下全面節(jié)能的目的。
本發(fā)明基于孤島發(fā)電技術(shù)的游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制方法和控制裝置的技術(shù)特點突出體現(xiàn)在發(fā)電狀態(tài)階段，一方面將異步電機從電網(wǎng)斷開，另一方面使異步電機與空載勵磁電容器形成孤島發(fā)電系統(tǒng)，空載勵磁電容器起到勵磁作用而產(chǎn)生空載電壓，使計算機控制器可以通過數(shù)據(jù)采集單元獲得異步電機的電壓和電流數(shù)據(jù)，從而計算出異步電機轉(zhuǎn)速，因此可以實現(xiàn)異步電機進入電動狀態(tài)時刻的判斷。本發(fā)明技術(shù)方案既不同于現(xiàn)有技術(shù)的簡單斷電，又與將異步電機軸與抽油桿離合的現(xiàn)有技術(shù)有本質(zhì)區(qū)別，不但徹底消除了“倒發(fā)電”對電網(wǎng)的不良影響，而且通過孤島發(fā)電技術(shù)充分利用異步電機所發(fā)電能進行數(shù)據(jù)采集，變“倒發(fā)電”不利因素為有利能量，因此最大程度地實現(xiàn)了節(jié)能效果。
本發(fā)明還提出了異步電機與串聯(lián)的偽負載和穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路連接的優(yōu)選方案，當異步電機的轉(zhuǎn)速超過安全臨界轉(zhuǎn)速時，通過穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路自動釋放異步電機所儲存的能量，將其轉(zhuǎn)速降低到預(yù)設(shè)安全臨界轉(zhuǎn)速范圍以內(nèi)，有效地解決了異步電機轉(zhuǎn)速失控問題，提高了本發(fā)明的可實施性和可靠性。
本發(fā)明進一步提出了將一無功補償電容器接入交流電源回路的優(yōu)選技術(shù)方案，當異步電機處于電動狀態(tài)時，無功補償電容器被自動投入，從而提高異步電機的功率因數(shù)，使本發(fā)明在各種工況下均有明顯的節(jié)能效果。當異步電機處于發(fā)電狀態(tài)時，無功補償電容器被自動切除，消除了現(xiàn)有技術(shù)無功補償電容器使異步電機發(fā)電效應(yīng)增強、帶來新的電能浪費的技術(shù)缺陷。
本發(fā)明第一開關(guān)組件采用相互并聯(lián)的電子調(diào)壓開關(guān)和機械開關(guān)、第二開關(guān)組件采用相互并聯(lián)的電子開關(guān)和機械開關(guān)，電子開關(guān)負責(zé)電流過零時的切除和電壓過零的無暫態(tài)投入，而電子調(diào)壓開關(guān)負責(zé)電流過零時的切除和電壓從零逐步升壓到額定值以防止投入時的過負載電流沖擊，在異步電機或電容器正常運行時接入機械開關(guān)。該方案既可消除單獨使用電子開關(guān)運行造成的新的熱能耗，又解決單獨使用機械開關(guān)由于動作頻繁而壽命有限問題，同時又具有減小系統(tǒng)電流沖擊、提高系統(tǒng)運行可靠性和進一步節(jié)能效果。
本發(fā)明對穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路進行了合理設(shè)計，分N擋進行調(diào)節(jié)，控制負載從無到有、從小到大變化，使超過臨界的能量不斷被新增的偽負載消耗掉，很好地起到了穩(wěn)壓穩(wěn)頻作用。此外，本發(fā)明針對并聯(lián)電容時自勵異步發(fā)電機存在電壓變化率過高的技術(shù)問題，采用串聯(lián)電容CA提供附加的容性無功，使異步電機的電壓變化率得以改善，當空載勵磁電容器和串聯(lián)電容CA配合適當時，可使輸出電壓基本不變，起到穩(wěn)壓作用。
綜上所述，本發(fā)明將消除倒發(fā)電現(xiàn)象、無功補償和轉(zhuǎn)速控制綜合考慮，既能完全消除抽油機拖動異步電機的倒發(fā)電現(xiàn)象，又充分利用異步電機所發(fā)電能進行轉(zhuǎn)速測量；既利用穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路有效地解決轉(zhuǎn)速失控問題，又能在異步電機的電動狀態(tài)進行無功補償，是一種最佳的節(jié)能方案。
下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。


圖1為本發(fā)明游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制方法的流程圖；圖2為本發(fā)明計算機控制器判斷異步電機進入發(fā)電狀態(tài)時刻的流程圖；圖3為本發(fā)明計算機控制器判斷異步電機進入電動狀態(tài)時刻的流程圖；
圖4為本發(fā)明游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制方法優(yōu)選方案的流程圖；圖5為本發(fā)明第一、第二開關(guān)組件斷開過程的流程圖；圖6為本發(fā)明第一、第二開關(guān)組件閉合過程的流程圖；圖7為本發(fā)明游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明優(yōu)選方案的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本發(fā)明穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路圖；圖10～圖12為本發(fā)明穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路工作示意圖；圖13為本發(fā)明游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制裝置工作原理圖；圖14為本發(fā)明游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制裝置電路圖。
附圖標記說明1-交流電源開關(guān)；2-交流電源； 3-開關(guān)；4-原控制系統(tǒng)開關(guān)； 5-異步電機； 6-開關(guān)；7-開關(guān)；8-抽油機機械系統(tǒng)； 9-電子調(diào)壓開關(guān)；10-電流互感器； 11-空載勵磁電容器； 12-電壓互感器；13-電流互感器； 14-機械開關(guān)；15-電流互感器；16-數(shù)據(jù)采集單元； 17-穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路；18-驅(qū)動單元；19-計算機控制器； 20-偽負載開關(guān)； 21-偽負載；22-直流電源開關(guān)； 23-直流電源及保護電路； 24-電子開關(guān)；25-電流互感器； 26-無功補償電容器； 27-機械開關(guān)；28-電流互感器； 29-勵磁開關(guān)；30-第一開關(guān)組件；40-第二開關(guān)組件。
具體實施例方式
圖1為本發(fā)明游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制方法的流程圖，包括步驟步驟10、在異步電機通電運行狀態(tài)下，數(shù)據(jù)采集單元實時采集異步電機運行時的電壓和電流瞬時值，并將電壓和電流數(shù)據(jù)傳輸給計算機控制器；
步驟20、計算機控制器根據(jù)所述電壓和電流數(shù)據(jù)判斷異步電機進入發(fā)電狀態(tài)時，輸出控制信號給驅(qū)動單元；步驟30、驅(qū)動單元控制第一開關(guān)組件切斷異步電機與交流電源的連接；步驟40、異步電機與空載勵磁電容器形成孤島發(fā)電系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集單元實時采集所述孤島發(fā)電系統(tǒng)中異步電機的電壓和電流瞬時值，并將電壓和電流數(shù)據(jù)傳輸給計算機控制器；步驟50、計算機控制器根據(jù)所述孤島發(fā)電系統(tǒng)中異步電機的電壓和電流數(shù)據(jù)判斷異步電機進入電動狀態(tài)時，輸出控制信號給驅(qū)動單元；步驟60、驅(qū)動單元控制第一開關(guān)組件恢復(fù)異步電機與交流電源的連接，返回執(zhí)行步驟10，進入下一個工作循環(huán)。
本發(fā)明根據(jù)現(xiàn)有游梁式抽油機異步電機的實際運行情況，將其一個循環(huán)周期內(nèi)的運行分為兩個階段電動狀態(tài)階段和發(fā)電狀態(tài)階段。在異步電機電動狀態(tài)階段，通過采集異步電機運行的電壓和電流瞬時值，判斷異步電機發(fā)電狀態(tài)的開始時刻；當異步電機進入發(fā)電狀態(tài)時將異步電機從電網(wǎng)斷開，使異步電機與空載勵磁電容器形成孤島發(fā)電系統(tǒng)，通過采集孤島發(fā)電系統(tǒng)中異步電機的電壓和電流瞬時值，又可以判斷異步電機電動狀態(tài)的開始時刻；當異步電機進入電動狀態(tài)時將異步電機投入電網(wǎng)，如此周而復(fù)始，形成本發(fā)明徹底消除“倒發(fā)電”現(xiàn)象的工作循環(huán)。上述技術(shù)方案的突出特點體現(xiàn)在發(fā)電狀態(tài)階段，一方面將異步電機從電網(wǎng)斷開，另一方面使異步電機與空載勵磁電容器形成孤島發(fā)電系統(tǒng)，空載勵磁電容器起到勵磁作用而產(chǎn)生空載電壓，使計算機控制器可以通過數(shù)據(jù)采集單元獲得異步電機電壓和電流數(shù)據(jù)，從而計算出異步電機轉(zhuǎn)速，因此可以實現(xiàn)異步電機進入電動狀態(tài)時刻的判斷。本發(fā)明技術(shù)方案既不同于現(xiàn)有技術(shù)的簡單斷電，又與將異步電機軸與抽油桿離合的現(xiàn)有技術(shù)有本質(zhì)區(qū)別，不但徹底消除了“倒發(fā)電”對電網(wǎng)的不良影響，而且通過孤島發(fā)電技術(shù)充分利用異步電機所發(fā)電能量信號進行數(shù)據(jù)采集，變“倒發(fā)電”的不利因素為有利能量，因此最大程度地實現(xiàn)了節(jié)能效果。
圖2為本發(fā)明計算機控制器判斷異步電機進入發(fā)電狀態(tài)時刻的流程圖，具體為步驟201、計算機控制器根據(jù)所述電壓和電流數(shù)據(jù)計算異步電機有功功率值；步驟202、當所述有功功率值小于功率預(yù)設(shè)值時，計算機控制器判定異步電機開始進入發(fā)電狀態(tài)；步驟203、計算機控制器輸出控制信號給驅(qū)動單元。
本發(fā)明采用異步電機有功功率計算方式實現(xiàn)異步電機進入發(fā)電狀態(tài)時刻的判斷，即通過有功功率值過零點來判斷倒發(fā)電發(fā)生時刻。
圖3為本發(fā)明計算機控制器判斷異步電機進入電動狀態(tài)時刻的流程圖，具體為步驟501、計算機控制器的軟儀表單元根據(jù)所述孤島發(fā)電系統(tǒng)中異步電機的電壓和電流數(shù)據(jù)計算異步電機的轉(zhuǎn)速；步驟502、計算機控制器計算所述轉(zhuǎn)速與異步電機同步轉(zhuǎn)速的差值；步驟503、當所述差值小于預(yù)設(shè)差值時，計算機控制器判定異步電機開始進入電動狀態(tài)；步驟504、計算機控制器輸出控制信號給驅(qū)動單元。
本發(fā)明采用異步電機轉(zhuǎn)速在線非接觸軟測量方式實現(xiàn)異步電機進入電動狀態(tài)時刻的判斷，即通過該轉(zhuǎn)速接近異步電機同步轉(zhuǎn)速來判斷發(fā)電狀態(tài)結(jié)束時刻。
由上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明僅需采集異步電機的電壓和電流數(shù)據(jù)即可完成二個狀態(tài)階段的判斷，狀態(tài)判斷的關(guān)鍵參數(shù)異步電機的轉(zhuǎn)速測量采用非接觸軟測量方式，使本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)運行可靠、控制精度高、動態(tài)響應(yīng)快和易于實施等特點。
在本發(fā)明上述技術(shù)方案中，異步電機與一串聯(lián)的偽負載和穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路連接，實現(xiàn)將異步電機的轉(zhuǎn)速控制在安全臨界范圍內(nèi)，步驟具體為步驟31、穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路自動監(jiān)測異步電機的空載電壓；
步驟32、當異步電機的空載電壓大于預(yù)設(shè)安全臨界電壓時，穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路的可控硅導(dǎo)通，偽負載消耗超臨界能量；步驟33、當異步電機的空載電壓降低到預(yù)設(shè)安全臨界電壓范圍以內(nèi)時，穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路的可控硅關(guān)斷。
異步電機的的空載電壓高于預(yù)設(shè)安全臨界電壓意味著異步電機的轉(zhuǎn)速超過安全臨界轉(zhuǎn)速，需要通過穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路自動釋放異步電機所儲存的能量，將其轉(zhuǎn)速降低到預(yù)設(shè)安全臨界轉(zhuǎn)速范圍以內(nèi)。本發(fā)明上述技術(shù)方案有效地解決了異步電機轉(zhuǎn)速失控問題，提高了本發(fā)明的可實施性和可靠性。
在本發(fā)明上述技術(shù)方案中，當異步電機進入電動狀態(tài)后，可以將一無功補償電容器并聯(lián)接入交流電源回路，以實現(xiàn)在電動狀態(tài)對異步電機進行無功補償，進一步提高本發(fā)明的節(jié)能效果。具體地，在步驟60后設(shè)置驅(qū)動單元控制第二開關(guān)組件閉合、將無功補償電容器并聯(lián)接入交流電源的步驟61，相應(yīng)地，在下一個循環(huán)的步驟20后、步驟30前設(shè)置驅(qū)動單元控制第二開關(guān)組件斷開、切斷無功補償電容器與交流電源連接的步驟21。該方案實現(xiàn)了當異步電機處于電動狀態(tài)時，通過投入無功補償電容器從而提高其功率因數(shù)，使本發(fā)明在各種工況下均有明顯的節(jié)能效果。當異步電機處于發(fā)電狀態(tài)時，無功補償電容器被切除，消除了現(xiàn)有技術(shù)無功補償電容器使異步電機發(fā)電效應(yīng)增強、帶來新的電能浪費的技術(shù)缺陷。
圖4為本發(fā)明游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制方法優(yōu)選方案的流程圖，具體為步驟10、在異步電機通電運行狀態(tài)下，數(shù)據(jù)采集單元實時采集異步電機運行時的電壓和電流瞬時值，并將電壓和電流數(shù)據(jù)傳輸給計算機控制器；步驟20、計算機控制器根據(jù)所述電壓和電流數(shù)據(jù)判斷異步電機進入發(fā)電狀態(tài)時，輸出控制信號給驅(qū)動單元；步驟21、驅(qū)動單元控制第二開關(guān)組件斷開，切斷無功補償電容器與交流電源的連接；
步驟30、驅(qū)動單元控制第一開關(guān)組件切斷異步電機與交流電源的連接；步驟31、穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路自動監(jiān)測異步電機的空載電壓；步驟32、當異步電機的空載電壓大于預(yù)設(shè)安全臨界電壓時，穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路的可控硅導(dǎo)通，偽負載消耗超臨界能量；步驟33、當異步電機的空載電壓降低到預(yù)設(shè)安全臨界電壓范圍以內(nèi)時，穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路的可控硅關(guān)斷；步驟40、數(shù)據(jù)采集單元實時采集所述孤島發(fā)電系統(tǒng)中異步電機的電壓和電流瞬時值，并將電壓和電流數(shù)據(jù)傳輸給計算機控制器；步驟50、計算機控制器根據(jù)所述孤島發(fā)電系統(tǒng)中異步電機的電壓和電流數(shù)據(jù)判斷異步電機進入電動狀態(tài)時，輸出控制信號給驅(qū)動單元；步驟60、驅(qū)動單元控制第一開關(guān)組件恢復(fù)異步電機與交流電源的連接；步驟61、驅(qū)動單元控制第二開關(guān)組件將無功補償電容器并聯(lián)接入交流電源，返回執(zhí)行步驟10，進入下一個工作循環(huán)。
在上述技術(shù)方案中，第一開關(guān)組件是由并聯(lián)的電子調(diào)壓開關(guān)和機械開關(guān)組成，第二開關(guān)組件是由并聯(lián)的電子開關(guān)和機械開關(guān)組成，均是為了達到減小系統(tǒng)沖擊電流、提高系統(tǒng)運行可靠性和進一步節(jié)能的目的。
圖5為本發(fā)明第一、第二開關(guān)組件斷開過程的流程圖，具體為步驟110、驅(qū)動單元控制電子開關(guān)閉合；步驟120、計算機控制器通過數(shù)據(jù)采集單元檢測所述電子開關(guān)是否已經(jīng)閉合，閉合成功時執(zhí)行步驟130，否則故障報警；步驟130、驅(qū)動單元控制機械開關(guān)斷開；步驟140、計算機控制器通過數(shù)據(jù)采集單元檢測所述機械開關(guān)是否已經(jīng)斷開，斷開成功時執(zhí)行步驟150，否則故障報警；步驟150、驅(qū)動單元控制電子開關(guān)斷開；步驟160、計算機控制器通過數(shù)據(jù)采集單元檢測所述電子開關(guān)是否已經(jīng)斷開，斷開成功時執(zhí)行步驟170，否則故障報警；
步驟170、斷開完畢。
圖6為本發(fā)明第一、第二開關(guān)組件閉合過程的流程圖，具體為步驟210、驅(qū)動單元控制電子開關(guān)閉合；步驟220、計算機控制器通過數(shù)據(jù)采集單元檢測所述電子開關(guān)是否已經(jīng)閉合，閉合成功時執(zhí)行步驟230，否則故障報警；步驟230、驅(qū)動單元控制機械開關(guān)閉合；步驟240、計算機控制器通過數(shù)據(jù)采集單元檢測所述機械開關(guān)是否已經(jīng)閉合，閉合成功時執(zhí)行步驟250，否則故障報警；步驟250、驅(qū)動單元控制電子開關(guān)斷開；步驟260、計算機控制器通過數(shù)據(jù)采集單元檢測所述電子開關(guān)是否已經(jīng)斷開，斷開成功時執(zhí)行步驟270，否則故障報警；步驟270、閉合完畢。
第一開關(guān)組件閉合過程的步驟210為驅(qū)動單元控制電子調(diào)壓開關(guān)完成調(diào)壓過程，其余步驟與圖6所示流程相同。
從本發(fā)明圖5、圖6的技術(shù)方案可以看出，電子開關(guān)負責(zé)電流過零時的切除和電壓過零的無暫態(tài)投入，而電子調(diào)壓開關(guān)負責(zé)電流過零時的切除和電壓從零逐步升壓到額定值以防止投入時的過負載電流沖擊，在異步電機或電容器正常運行時接入機械開關(guān)。該方案既可消除單獨使用電子開關(guān)運行造成的新的熱能耗，又解決單獨使用機械開關(guān)由于動作頻繁而壽命有限問題，同時又具有節(jié)能效果。上述技術(shù)方案中的故障報警也可以設(shè)置成本發(fā)明退出運行，或報警后本發(fā)明退出運行，但無論設(shè)置成何種動作，原系統(tǒng)均能正常運行。
本發(fā)明上述技術(shù)方案中涉及的異步電機同步轉(zhuǎn)速、安全臨界轉(zhuǎn)速、預(yù)設(shè)安全臨界電壓等參數(shù)是預(yù)先在計算機控制器中設(shè)置的?？紤]到不同環(huán)境、不同工況下異步電機的工作狀態(tài)不同，本發(fā)明可以通過學(xué)習(xí)流程使上述參數(shù)的設(shè)置更加準確。在本發(fā)明第一次投入運行的學(xué)習(xí)流程中，計算機控制器采集抽油機的工作循環(huán)周期數(shù)據(jù)后，確定抽油機異步電機一個工作循環(huán)周期內(nèi)的參數(shù)值。同時，本發(fā)明還可以設(shè)置成系統(tǒng)正常運行的每隔一定時間間隔自動學(xué)習(xí)，不斷更新計算機控制器所需要的參數(shù)，使本發(fā)明的控制精度更高，節(jié)能效果更顯著。
圖7為本發(fā)明游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖中粗線表示強電電路，細線表示弱電電路。如圖7所示，本發(fā)明游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制裝置包括計算機控制器19、驅(qū)動單元18、數(shù)據(jù)采集單元16、空載勵磁電容器11和第一開關(guān)組件30。其中，第一開關(guān)組件30串接在交流電源2和異步電機5的回路中，負責(zé)異步電機5與交流電源2的接通和斷開；空載勵磁電容器11與異步電機5連接，當異步電機5與交流電源2斷開后作為發(fā)電機運行時，空載勵磁電容器11起到勵磁作用而產(chǎn)生空載電壓；驅(qū)動單元18分別連接計算機控制器19和第一開關(guān)組件30，接收計算機控制器19發(fā)出的控制信號，控制第一開關(guān)組件30進行接通和斷開動作；數(shù)據(jù)采集單元16則負責(zé)采集異步電機5的電壓和電流瞬時值，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機控制器19。本發(fā)明游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制裝置的工作過程為異步電機5運行在電動狀態(tài)下，數(shù)據(jù)采集單元16實時采集異步電機5運行時的電壓和電流瞬時值，并將數(shù)據(jù)傳送給計算機控制器19；計算機控制器19判斷異步電機5進入發(fā)電狀態(tài)時，向驅(qū)動單元18輸出控制信號；驅(qū)動單元18控制第一開關(guān)組件30斷開，切斷異步電機5與交流電源2的連接；異步電機5與空載勵磁電容器11形成孤島發(fā)電系統(tǒng)，空載勵磁電容器11起到勵磁作用而產(chǎn)生空載電壓；數(shù)據(jù)采集單元16實時采集孤島發(fā)電系統(tǒng)中異步電機5的電壓和電流瞬時值，并將數(shù)據(jù)傳輸給計算機控制器19；計算機控制器19判斷異步電機5進入電動狀態(tài)時，向驅(qū)動單元18輸出控制信號；驅(qū)動單元18控制第一開關(guān)組件30閉合，恢復(fù)異步電機5與交流電源2的連接，異步電機5重新運行在電動狀態(tài)；如此周而復(fù)始，即為本發(fā)明完整的工作循環(huán)。
上述技術(shù)方案的核心體現(xiàn)在異步電機5的發(fā)電狀態(tài)階段，雖然此時異步電機5已與交流電源2斷開，處于失電狀態(tài)，但本發(fā)明設(shè)置了與異步電機5連接的空載勵磁電容器11，使異步電機5和空載勵磁電容器11形成孤島發(fā)電系統(tǒng)，空載勵磁電容器11起到勵磁作用而產(chǎn)生空載電壓，這樣就可以測量異步電機5的空載電壓頻率，使計算機控制器19通過數(shù)據(jù)采集單元16獲得異步電機5的運行參數(shù)，因此可以實現(xiàn)對異步電機5進入電動狀態(tài)時刻的判斷。本發(fā)明空載勵磁電容器11可以為三角形接法的勵磁電容器，也可以采用星形接法的勵磁電容器。由此可以看出，本發(fā)明上述技術(shù)方案既實現(xiàn)了在異步電機5發(fā)電狀態(tài)的斷電，使異步電機5所產(chǎn)生的電能不會對電網(wǎng)產(chǎn)生干擾和污染，又通過與空載勵磁電容器11形成合理設(shè)計的孤島發(fā)電系統(tǒng)，將異步電機5所產(chǎn)生的電能充分利用于數(shù)據(jù)采集，變“倒發(fā)電”的不利因素為有利能量，同時還具備電能儲存功能，因此最大程度地實現(xiàn)了節(jié)能。
本發(fā)明計算機控制器19包括串接的控制單元191和軟儀表單元192，其中軟儀表單元192與數(shù)據(jù)采集單元16連接，用于根據(jù)接收到的電壓和電流數(shù)據(jù)計算異步電機5的轉(zhuǎn)速和有功功率值，控制單元191與驅(qū)動單元18連接，用于根據(jù)軟儀表單元192輸出的計算結(jié)果判斷異步電機5進入發(fā)電狀態(tài)或電動狀態(tài)的時刻，并向驅(qū)動單元18發(fā)出斷開或接通控制信號。具體地，在異步電機5處于電動狀態(tài)階段，軟儀表單元192計算其有功功率值，控制單元191通過有功功率值過零點來判斷倒發(fā)電發(fā)生時刻。在異步電機5處于發(fā)電狀態(tài)階段，軟儀表單元192計算其轉(zhuǎn)速，控制單元191通過轉(zhuǎn)速接近異步電機同步轉(zhuǎn)速來判斷倒發(fā)電結(jié)束時刻。由于本發(fā)明引入孤島發(fā)電技術(shù)，一個數(shù)據(jù)采集單元16即可完成二個狀態(tài)階段異步電機5的電壓和電流數(shù)據(jù)采集，并通過設(shè)置軟儀表單元192來實現(xiàn)異步電機5電動、發(fā)電狀態(tài)的判斷，較之現(xiàn)有技術(shù)采用機械的轉(zhuǎn)速測量裝置，本發(fā)明具有控制精度高、動態(tài)響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)運行可靠和易于實現(xiàn)等特點。
圖8為本發(fā)明優(yōu)選方案的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中粗線表示強電電路，細線表示弱電電路。在圖8所示的優(yōu)選技術(shù)方案中，異步電機5與串聯(lián)的偽負載21和穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路17連接。在圖7技術(shù)方案基礎(chǔ)上，穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路17的工作過程為當異步電機5進入發(fā)電狀態(tài)后，異步電機5與空載勵磁電容器11形成孤島發(fā)電系統(tǒng)，空載勵磁電容器11起到勵磁作用而產(chǎn)生空載電壓，穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路17自動監(jiān)測異步電機的空載電壓，當異步電機的空載電壓高于預(yù)設(shè)安全臨界電壓時，穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路17的可控硅導(dǎo)通，偽負載消耗超臨界能量，直到異步電機的空載電壓降低到預(yù)設(shè)安全臨界電壓范圍以內(nèi)。
在上述優(yōu)選技術(shù)方案中，異步電機的空載電壓高于預(yù)設(shè)安全臨界電壓意味著異步電機5的轉(zhuǎn)速超過安全臨界轉(zhuǎn)速，需要通過穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路17自動釋放異步電機所儲存的能量，將其轉(zhuǎn)速降低到預(yù)設(shè)安全臨界轉(zhuǎn)速范圍以內(nèi)。所以本發(fā)明通過接入穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路17和偽負載21有效地解決了異步電機5轉(zhuǎn)速失控問題，提高了本發(fā)明的可實施性和可靠性。此外，偽負載21由電容器和電阻器串聯(lián)組成，針對并聯(lián)電容時自勵異步發(fā)電機存在電壓變化率過高的技術(shù)問題，本發(fā)明采用串聯(lián)電容提供附加的容性無功，使異步電機的電壓變化率得以改善。
在圖8所示的優(yōu)選技術(shù)方案中，交流電源2還可通過一第二開關(guān)組件40與一無功補償電容器26并聯(lián)，以實現(xiàn)在電動狀態(tài)對異步電機5進行無功補償，進一步提高本發(fā)明的節(jié)能效果。具體地，第二開關(guān)組件40和無功補償電容器26串接，第二開關(guān)組件40與驅(qū)動單元18連接，用于接通或斷開無功補償電容器26。在圖7技術(shù)方案基礎(chǔ)上，無功補償電容器26投入、斷開的工作過程為當異步電機5進入電動狀態(tài)后，計算機控制器19輸出控制信號給驅(qū)動單元18，驅(qū)動單元18先控制第一開關(guān)組件30閉合，將異步電機5接入交流電源2，然后再控制第二開關(guān)組件40閉合，投入無功補償電容器26。當異步電機5進入發(fā)電狀態(tài)后，驅(qū)動單元18控制第二開關(guān)組件40斷開，首先去除無功補償電容器26，然后再斷開第一開關(guān)組件30。本發(fā)明通過設(shè)置無功補償電容器26提高了異步電機5的功率因數(shù)，使異步電機5在電動狀態(tài)也具有優(yōu)良的節(jié)能性能。當異步電機處于發(fā)電狀態(tài)時，無功補償電容器被自動切除，消除了現(xiàn)有技術(shù)無功補償電容器使異步電機發(fā)電效應(yīng)增強、帶來新的電能浪費的技術(shù)缺陷。
在本發(fā)明上述技術(shù)方案中，第一開關(guān)組件30為并聯(lián)的電子調(diào)壓開關(guān)和機械開關(guān)，第二開關(guān)組件40為并聯(lián)的電子開關(guān)和機械開關(guān)，分別與驅(qū)動單元18連接。其中，電子調(diào)壓開關(guān)負責(zé)異步電機5的電流過零時的切除和電壓從零逐步升壓到額定值以防止投入時的過負載電流沖擊，而電子開關(guān)除不具有調(diào)壓功能外其余功能與電子調(diào)壓開關(guān)功能相同。其工作程序是先閉合電子開關(guān)或電子調(diào)壓開關(guān)，再閉合或斷開機械開關(guān)，當機械開關(guān)動作完成后，最后將電子開關(guān)或電子調(diào)壓開關(guān)斷開。計算機控制器19通過數(shù)據(jù)采集單元16檢測電子開關(guān)和機械開關(guān)的動作結(jié)果，當前面動作完成正確后再進行下一步動作，保證了系統(tǒng)控制的可靠性。本發(fā)明的電子開關(guān)優(yōu)選為可控器件如可控硅或IGBT等，機械開關(guān)優(yōu)選為交流接觸器。該方案既可消除單獨使用電子開關(guān)運行造成的新的熱能耗，又解決單獨使用機械開關(guān)由于帶負載動作頻繁而壽命有限問題，同時又具有節(jié)能效果。
圖9為本發(fā)明穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路圖。圖9中只畫出A相，B相和C相的電路與A相完全相同，分N擋進行調(diào)節(jié)。如圖9所示，TA為雙向可控硅，G1為TA的控制極，CA和RA為A相的電容和電阻，D1……DN為觸發(fā)管，C11、C21……C1N、C2N為電容器，R1……RN為電阻器，W1……WN為電位器，N為中性線。Ua是異步電機的A相電壓，U1……UN分別為A相電壓經(jīng)過移相與分壓后施與觸發(fā)管D1……DN的電壓值，Ud1……UdN是觸發(fā)管D1……DN的擊穿電壓值，Um1……UmN分別為U1……UN的幅值，α1……αN分別為U1……UN滯后Ua的電壓相位角，電路設(shè)計具有α1＜……＜αN的關(guān)系，所以Um1＞……＞UmN成立。圖9中的虛框?qū)?yīng)圖8中的偽負載21，由電阻RA和電容CA組成。
當異步電機5轉(zhuǎn)速升高時，電壓Ua隨之升高，Um1……UmN也隨之增大。當Um1＝Ud1時，觸發(fā)管D1在(90-α1)處發(fā)出脈沖，雙向可控硅TA在(90-α1)被觸發(fā)導(dǎo)通，A相的電阻RA上流過電流，消耗超臨界能量，如圖10所示。若轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，電壓Ua進一步升高，因而會使Umi＝Udi，觸發(fā)管Di在(90-αi)處發(fā)出脈沖，雙向可控硅TA在(90-αi)被觸發(fā)導(dǎo)通，如圖11所示。……若轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，電壓Ua升高，使UmN＝UdN，觸發(fā)管DN在(90-αN)處發(fā)出脈沖，雙向可控硅TA在(90-αN)被觸發(fā)導(dǎo)通，如圖12所示。也就是說，當異步電機轉(zhuǎn)速從安全臨界轉(zhuǎn)速開始增加時，雙向可控硅TA上的觸發(fā)脈沖可以從無到有，從(90-α1)處前移到(90-αN)處，受雙向可控硅TA控制的負載從無到有、從小到大變化，使超過臨界能量被新增的偽負載消耗掉，起到穩(wěn)頻的作用。
并聯(lián)電容自勵異步發(fā)電機存在的突出問題是電壓變化率過高，當轉(zhuǎn)速升高時，異步電機端電壓隨之升高，相當于負載增加，為使電壓維持不變，采用加大電容的做法很不方便。本發(fā)明使用串聯(lián)電容CA提供附加的容性無功，使異步電機的電壓變化率得以改善，當空載勵磁電容器11和串聯(lián)電容CA配合適當時，可使輸出電壓基本不變，起到穩(wěn)壓的作用。
圖13為本發(fā)明游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制裝置工作原理圖，圖中粗線表示強電電路，細線表示弱電電路。圖14為本發(fā)明游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制裝置電路圖，其中圖14中只重點示意了強電部分。下面通過本發(fā)明安裝、調(diào)試及運行過程進一步詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
A、系統(tǒng)安裝1、如果抽油機8原系統(tǒng)異步電機本身沒有無功補償，則將交流電源開關(guān)1斷開，將本發(fā)明接入原系統(tǒng)，完成圖14所示開關(guān)3、開關(guān)6和開關(guān)7的接法即可；2、如果抽油機原系統(tǒng)異步電機本身有無功補償，則將之取消；3、將交流電源開關(guān)1恢復(fù)閉合，原系統(tǒng)正常工作。
B、投入運行1、通電前狀態(tài)開關(guān)6斷開，開關(guān)7斷開，開關(guān)3、交流電源開關(guān)1和原控制系統(tǒng)開關(guān)4閉合，抽油機原控制系統(tǒng)照常工作，本發(fā)明準備投入運行。
2、本發(fā)明通電手動閉合開關(guān)6，電源系統(tǒng)正常后閉合直流電源開關(guān)22，直流電源及保護電路23投入運行，計算機控制器19開始工作，進入自檢狀態(tài)。自檢失敗則退出運行。
3、本發(fā)明測試計算機控制器19自檢無誤后，將計算機控制器19設(shè)定為有載測試運行方式。計算機控制器19自動進行如下操作閉合勵磁開關(guān)29，空載勵磁電容器11投入運行；閉合偽負載開關(guān)20，穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路17和偽負載21投入運行；本發(fā)明進入有載測試狀態(tài)，測試內(nèi)容主要包括電子調(diào)壓開關(guān)9和機械開關(guān)14的控制及電流互感器10、13和15測量信號的正確性。測試成功后，使電子調(diào)壓開關(guān)9和機械開關(guān)14處于斷開位置，使勵磁開關(guān)29、偽負載開關(guān)20處于閉合狀態(tài)，轉(zhuǎn)入下一步。有故障則退出運行。
4、本發(fā)明投入運行將計算機控制器19設(shè)定為自動運行方式，計算機控制器19依次控制開關(guān)7、開關(guān)9閉合，斷開開關(guān)3，本發(fā)明投入運行并與抽油機原控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。投運失敗后，斷開開關(guān)6和開關(guān)7，閉合開關(guān)3，本發(fā)明退出運行。
C、學(xué)習(xí)階段數(shù)據(jù)采集單元16實時采集異步電機5運行電壓和電流的瞬時數(shù)據(jù)；計算機控制器19根據(jù)所采集抽油機的工作循環(huán)周期數(shù)據(jù)后開始自動學(xué)習(xí)，確定抽油機異步電機一個工作循環(huán)周期內(nèi)的關(guān)鍵參數(shù)值異步電機處于電動狀態(tài)的時間及起點、異步電機處于發(fā)電狀態(tài)的時間及起點。實時檢測抽油機狀況，準備進入異步電機發(fā)電狀態(tài)階段。
D、異步電機發(fā)電狀態(tài)階段當計算機控制器19判斷異步電機5進入發(fā)電狀態(tài)時，工作步驟為1、切除無功補償電容器26
(I)計算機控制器19通過驅(qū)動單元18閉合電子開關(guān)24，數(shù)據(jù)采集單元16將電流互感器25的電流信號反饋給計算機控制器19，當檢測到有電流存在時說明合閘成功，否則說明電子開關(guān)24故障；(II)計算機控制器19通過驅(qū)動單元18斷開機械開關(guān)27，數(shù)據(jù)采集單元16將電流互感器28的電流信號反饋給計算機控制器19，當檢測到無電流存在時說明斷開成功，否則說明機械開關(guān)27故障；(III)計算機控制器19通過驅(qū)動單元18斷開電子開關(guān)24，數(shù)據(jù)采集單元16將電流互感器25的電流信號反饋給計算機控制器19，當檢測到無電流存在時說明斷開成功，否則說明電子開關(guān)24故障。
上述僅為切除一組無功補償電容器過程，多組時則重復(fù)執(zhí)行上述步驟。
2、切除異步電機5(I)計算機控制器19通過驅(qū)動單元18合上電子調(diào)壓開關(guān)9，數(shù)據(jù)采集單元16將電流互感器10的電流信號反饋給計算機控制器19，當檢測到有電流存在時說明合閘成功，否則說明電子調(diào)壓開關(guān)9故障；(II)計算機控制器19通過驅(qū)動單元18斷開機械開關(guān)14，數(shù)據(jù)采集單元16將電流互感器15的電流信號反饋給計算機控制器19，當檢測到無電流存在時說明斷開成功，否則說明機械開關(guān)14故障；(III)計算機控制器19通過驅(qū)動單元18斷開電子調(diào)壓開關(guān)9，數(shù)據(jù)采集單元16將電流互感器10的電流信號反饋給計算機控制器19，當檢測到無電流存在時說明開關(guān)9斷開成功，否則說明電子調(diào)壓開關(guān)9故障。
3、計算機控制器19判斷異步電機5進入電動狀態(tài)時刻異步電機5從電網(wǎng)退出后，異步電機5進入空載發(fā)電狀態(tài)，并將其部分勢能變成旋轉(zhuǎn)的動能，空載勵磁電容器11提供空載勵磁，由抽油機機械系統(tǒng)8、異步電機5、原控制系統(tǒng)開關(guān)4、開關(guān)7、勵磁開關(guān)29和空載勵磁電容器組11形成孤島發(fā)電系統(tǒng)，同時由電流互感器13、電壓互感器12、數(shù)據(jù)采集單元16和計算機控制器19構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集異步電機5的電壓和電流瞬時值，根據(jù)電壓和電流的周期或頻率在線計算異步電機5滿足通電條件的參數(shù)，即異步電機5處于電動狀態(tài)的時間及起點。
4、異步電機5安全臨界轉(zhuǎn)速和安全臨界電壓控制異步電機5的空載電壓建立起來以后，穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路17自動監(jiān)測異步電機5的空載電壓，當高于安全臨界電壓時，穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路17的可控硅導(dǎo)通，偽負載21消耗超臨界能量，釋放異步電機5所儲存的能量，使異步電機5的電壓降低到安全臨界電壓范圍以內(nèi)，即使異步電機5的轉(zhuǎn)速降低到安全臨界轉(zhuǎn)速范圍以內(nèi)。當異步電機的空載電壓降低到預(yù)設(shè)安全臨界電壓范圍以內(nèi)時，穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路的可控硅關(guān)斷。
5、當計算機控制器19判斷異步電機5進入電動狀態(tài)時，本發(fā)明將轉(zhuǎn)入異步電機電動狀態(tài)階段運行，有故障時本發(fā)明退出運行。
E、異步電機電動狀態(tài)階段當計算機控制器19判斷異步電機5進入電動狀態(tài)時，本發(fā)明工作步驟為1、投入異步電機5(I)計算機控制器19通過驅(qū)動單元18閉合電子調(diào)壓開關(guān)9，電子調(diào)壓開關(guān)9通過改變觸發(fā)角逐步增大電壓直到額定值，電流互感器10的電流信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集單元16反饋給計算機控制器19，檢測到有電流存在時說明合閘成功，否則說明電子調(diào)壓開關(guān)9故障；(II)計算機控制器19通過驅(qū)動單元18閉合機械開關(guān)14，電流互感器15的電流信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集單元16反饋給計算機控制器19，檢測到有電流存在時說明合閘成功，否則說明機械開關(guān)14故障；(III)計算機控制器19通過驅(qū)動單元18斷開電子調(diào)壓開關(guān)9，電流互感器10的電流信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集單元16反饋給計算機控制器19，檢測到無電流存在時說明開關(guān)斷開成功，否則說明電子調(diào)壓開關(guān)9故障。
2、投入無功補償電容器26(I)計算機控制器19通過驅(qū)動單元18閉合電子開關(guān)24，電流互感器25的電流信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集單元16反饋給計算機控制器19，檢測到有電流存在時說明合閘成功，否則說明電子開關(guān)24故障；(II)計算機控制器19通過驅(qū)動單元18閉合機械開關(guān)27，電流互感器28的電流信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集單元16反饋給計算機控制器19，檢測到有電流存在時說明合閘成功，否則說明機械開關(guān)27故障；(III)計算機控制器19通過驅(qū)動單元18斷開電子開關(guān)24，電流互感器25的電流信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集單元16反饋給計算機控制器19，檢測到無電流存在時說明斷開成功，否則說明電子開關(guān)24故障。
上述僅為投入一組無功補償電容器過程，多組時則重復(fù)執(zhí)行上述步驟。
3、計算機控制器19判斷異步電機5進入電動狀態(tài)時刻異步電機5進入電動運行階段，數(shù)據(jù)采集單元16實時采集異步電機5的電壓和電流瞬時值，計算機控制器19在線計算異步電機5滿足斷電條件的參數(shù)，即異步電機5處于發(fā)電狀態(tài)的時間及起點。當計算機控制器19判斷異步電機5進入發(fā)電狀態(tài)時，本發(fā)明將轉(zhuǎn)入異步電機發(fā)電狀態(tài)階段運行，有故障時本發(fā)明退出運行。
F、本發(fā)明退出運行斷開開關(guān)6和開關(guān)7，閉合開關(guān)3，本發(fā)明退出運行，抽油機原控制系統(tǒng)單獨工作。
在本發(fā)明運行中，開關(guān)故障可以設(shè)置成故障報警，也可以設(shè)置成本發(fā)明退出運行，或報警后本發(fā)明退出運行，但無論設(shè)置成何種動作，原系統(tǒng)均能正常運行。
最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制方法，其中，包括步驟步驟10、在異步電機通電運行狀態(tài)下，數(shù)據(jù)采集單元實時采集異步電機運行時的電壓和電流瞬時值，并將電壓和電流數(shù)據(jù)傳輸給計算機控制器；步驟20、計算機控制器根據(jù)所述電壓和電流數(shù)據(jù)判斷異步電機進入發(fā)電狀態(tài)時，輸出控制信號給驅(qū)動單元；步驟30、驅(qū)動單元控制第一開關(guān)組件切斷異步電機與交流電源的連接；步驟40、異步電機與空載勵磁電容器形成孤島發(fā)電系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集單元實時采集所述孤島發(fā)電系統(tǒng)中異步電機的電壓和電流瞬時值，并將電壓和電流數(shù)據(jù)傳輸給計算機控制器；步驟50、計算機控制器根據(jù)所述孤島發(fā)電系統(tǒng)中異步電機的電壓和電流數(shù)據(jù)判斷異步電機進入電動狀態(tài)時，輸出控制信號給驅(qū)動單元；步驟60、驅(qū)動單元控制第一開關(guān)組件恢復(fù)異步電機與交流電源的連接。
2.如權(quán)利要求1所述的游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制方法，其中，所述步驟20具體為步驟201、計算機控制器根據(jù)所述電壓和電流數(shù)據(jù)計算異步電機有功功率值；步驟202、當所述有功功率值小于功率預(yù)設(shè)值時，計算機控制器判斷異步電機開始進入發(fā)電狀態(tài)；步驟203、計算機控制器輸出控制信號給驅(qū)動單元。
3.如權(quán)利要求1所述的游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制方法，其中，所述步驟50具體為步驟501、計算機控制器的軟儀表單元根據(jù)所述孤島發(fā)電系統(tǒng)中異步電機的電壓和電流數(shù)據(jù)計算異步電機的轉(zhuǎn)速；步驟502、計算機控制器計算所述轉(zhuǎn)速與異步電機同步轉(zhuǎn)速的差值；步驟503、當所述差值小于預(yù)設(shè)差值時，計算機控制器判斷異步電機開始進入電動狀態(tài)；步驟504、計算機控制器輸出控制信號給驅(qū)動單元。
4.如權(quán)利要求1所述的游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制方法，其中，所述步驟30后、步驟40前還包括一與異步電機串聯(lián)的偽負載和穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路控制異步電機轉(zhuǎn)速的步驟，具體為步驟31、穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路自動監(jiān)測異步電機的空載電壓；步驟32、當異步電機的空載電壓大于預(yù)設(shè)安全臨界電壓時，穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路的可控硅導(dǎo)通，偽負載消耗超臨界能量；步驟33、當異步電機的空載電壓降低到預(yù)設(shè)安全臨界電壓范圍以內(nèi)時，穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路的可控硅關(guān)斷。
5.如權(quán)利要求1所述的游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制方法，其中，所述步驟60后還包括驅(qū)動單元控制第二開關(guān)組件閉合、將無功補償電容器并聯(lián)接入所述交流電源的步驟，相應(yīng)地，在下一個循環(huán)中的步驟20后、步驟30前還包括驅(qū)動單元控制第二開關(guān)組件斷開、切斷無功補償電容器與交流電源連接的步驟。
6.一種游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制裝置，其特征在于，包括連接在異步電機和交流電源回路上的第一開關(guān)組件和與異步電機連接的空載勵磁電容器，所述第一開關(guān)組件與一控制其接通或斷開的驅(qū)動單元連接，所述驅(qū)動單元與一發(fā)出接通或斷開控制信號的計算機控制器連接，所述計算機控制器與一采集所述異步電機電壓和電流瞬時值的數(shù)據(jù)采集單元連接。
7.如權(quán)利要求6所述的游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制裝置，其特征在于，所述計算機控制器包括串接的控制單元和軟儀表單元，所述軟儀表單元與所述數(shù)據(jù)采集單元連接，用于根據(jù)接收到的電壓和電流數(shù)據(jù)計算異步電機的轉(zhuǎn)速和有功功率值，所述控制單元與所述驅(qū)動單元連接，用于根據(jù)所述有功功率或轉(zhuǎn)速值判斷異步電機進入發(fā)電或電動狀態(tài)的時刻，并向驅(qū)動單元發(fā)出斷開或接通控制信號。
8.如權(quán)利要求6所述的游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制裝置，其特征在于，所述異步電機還與一串聯(lián)的偽負載和穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路連接，所述穩(wěn)頻穩(wěn)壓電路為多擋調(diào)節(jié)的雙向可控硅電路，所述偽負載為串接的電阻和電容。
9.如權(quán)利要求6所述的游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制裝置，其特征在于，所述交流電源還并聯(lián)一串接的第二開關(guān)組件和無功補償電容器，所述第二開關(guān)組件與所述驅(qū)動單元連接。
10.如權(quán)利要求6或9所述的游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制裝置，其特征在于，所述第一開關(guān)組件為并聯(lián)的電子調(diào)壓開關(guān)和機械開關(guān)，第二開關(guān)組件為并聯(lián)的電子開關(guān)和機械開關(guān)，分別與所述驅(qū)動單元連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種游梁式抽油機異步電機節(jié)能控制方法和控制裝置?？刂品椒òú襟E1.采集異步電機運行參數(shù)；2.當異步電機進入發(fā)電狀態(tài)時將其從電網(wǎng)斷開；3.異步電機與空載勵磁電容器形成孤島發(fā)電系統(tǒng)，采集異步電機運行參數(shù)；4.當異步電機進入電動狀態(tài)時將其與電網(wǎng)連接。控制裝置包括連接在異步電機和交流電源回路上的第一開關(guān)組件，與第一開關(guān)組件依次連接的驅(qū)動單元、計算機控制器和數(shù)據(jù)采集單元，異步電機還連接一空載勵磁電容器。本發(fā)明將消除倒發(fā)電現(xiàn)象和無功補償綜合考慮，既完全消除了異步電機的倒發(fā)電現(xiàn)象，又充分利用異步電機所發(fā)電能進行轉(zhuǎn)速測量，同時在異步電機電動狀態(tài)進行無功補償，是一種最佳的節(jié)能方案。
文檔編號H02J3/18GK1808887SQ200610008308
公開日2006年7月26日 申請日期2006年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月17日
發(fā)明者梁志珊 申請人:中國石油大學(xué)(北京)