專利名稱：一種抽油機電動機節(jié)能控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電動機節(jié)能控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種抽油機電動機節(jié)能控制 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
抽油機電動機的抽油泵安裝于抽油井中，通常位于地面下數(shù)百米深，甚至一、兩千 米深的位置，抽油泵與地面上驅(qū)動機構(gòu)之間通過鋼質(zhì)的細長桿(抽油桿)連接。一般來說， 長度一千米的抽油桿的重量達到4-5噸，抽油桿完成一個工作沖程，即完成一個向上再向 下的工作循環(huán)，可以抽出幾公斤液體。抽油桿上升的過程中，抽油機電動機需要很大的功率，而抽油桿下降的過程中，根 本不需要抽油機電動機驅(qū)動，僅僅靠抽油桿的自重就會加速向下運動，并且?guī)映橛蜋C電 動機的轉(zhuǎn)子也相應地加速運動。當抽油機電動機的轉(zhuǎn)速超過電動機同步速后，抽油機電動 機就進入發(fā)電機工作狀態(tài)。抽油機電動機工作于發(fā)電機工況時，自身需要消耗更多的有功 功率和無功功率，而剩余的輸送到電網(wǎng)的功率又會在線路與變壓器上產(chǎn)生能耗。可見，抽油機電動機的一個工作循環(huán)中存在一個需要消耗電功率的時間段與一個 不需要消耗電功率的時間段。抽油機電動機斷續(xù)供電的原理是根據(jù)抽油機電動機在一個沖 程中實際消耗功率的變化情況對抽油機電動機進行通電與斷電的控制。在抽油機電動機需 要功率時，讓抽油機電動機通電運行，在抽油機電動機不需要功率時，讓抽油機電動機斷電 運行。抽油機斷電運行是靠自身的重力勢能釋放及機構(gòu)的慣性繼續(xù)運行?，F(xiàn)有技術(shù)中，抽油機電動機的節(jié)能控制主要是斷續(xù)供電與星三角變換相結(jié)合。但是，在實際的應用當中，因為抽油機的啟動困難，為了保證順利啟動，安裝的電 動機額定功率很大。例如，所安裝的電動機的額定功率是45千瓦，而上沖程的最大功率是 15 20千瓦，下沖程的功率為-1 -5千瓦，一個完整的沖程的平均功率往往只有8 10 千瓦。因而即使采用這種斷續(xù)供電與星三角變換相結(jié)合的節(jié)能控制方法，其平均功率因數(shù) 一般也只有0. 5-0. 7左右，仍然不能滿足抽油機電動機的節(jié)能運行要求。

實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種抽油機電動機節(jié)能控制方法和系統(tǒng)， 以解決現(xiàn)有技術(shù)中平均功率因數(shù)偏低的問題。技術(shù)方案如下本實用新型提供一種抽油機電動機節(jié)能控制系統(tǒng)，應用于抽油機電動機的三相定 子繞組上，包括第一判斷單元，判斷所述抽油機電動機是否適合星接；第一動作單元，當所述第一判斷單元的判斷結(jié)果為是時，將所述抽油機電動機的 三相定子繞組轉(zhuǎn)換為星接，且將與所述三相定子繞組并聯(lián)的電容器轉(zhuǎn)換為星接；第二判斷單元，當所述第一動作單元動作完成后，判斷所述抽油機電動機是否適 合星接斷續(xù)供電；[0012]第二動作單元，當所述第二判斷單元的判斷結(jié)果為是時，將所述抽油機電動機進 行星接斷續(xù)供電；第三判斷單元，當所述第二動作單元的動作完成后，判斷所述抽油機電動機是否 應該角接；第三動作單元，當所述第三判斷單元的判斷結(jié)果為是時，將所述抽油機電動機的 三相定子繞組轉(zhuǎn)換為角接，且將與所述三相定子繞組并聯(lián)的電容器轉(zhuǎn)換為角接；第四判斷單元，當所述第三動作單元的動作完成后，判斷所述抽油機電動機是否 適合角接斷續(xù)供電；第四動作單元，當所述第四判斷單元的判斷結(jié)果為是時，將所述抽油機電動機進 行角接斷續(xù)供電；第五判斷單元，當所述第四動作單元的動作完成后，判斷所述抽油機電動機是否 適合星接；第五動作單元，當所述第五判斷單元的判斷結(jié)果為是時，由第一動作單元將所述 抽油機電動機的三相定子繞組轉(zhuǎn)換為星接，且將與所述三相定子繞組并聯(lián)的電容器轉(zhuǎn)換為 星接；當所述第五判斷單元的判斷結(jié)果為否時，由第四判斷單元繼續(xù)判斷所述抽油機電動 機是否適合角接斷續(xù)供電。優(yōu)選地，所述第一動作單元包括第一斷電子單元，當有功功率的最大值與額定功率的比值小于預定閥值時，先斷 開電容器與三相定子繞組的連接，再斷開三相定子繞組與電源的連接；第一通電子單元，當所述抽油機電動機的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的差值小于預 定閥值時，將抽油機電動機的三相定子繞組轉(zhuǎn)換為星接，接通三相定子繞組的電源；將與三 相定子繞組并聯(lián)的電容器轉(zhuǎn)換為星接，接通電容器與三相定子繞組的連接。優(yōu)選地，所述第二動作單元包括第二斷電子單元，當所述有功功率的負功率或零功率的持續(xù)時長大于或等于預定 時長時，先斷開電容器與星接三相定子繞組的連接，再斷開星接三相定子繞組的電源；第二通電子單元，當所述抽油機電動機的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的差值小于預 定閥值時，先接通星接三相定子繞組的電源；再接通電容器與星接三相定子繞組的連接。優(yōu)選地，所述第三動作單元包括第三斷電子單元，當所述有功功率的最大值與額定功率的比值大于或等于預定閥 值時，先斷開電容器與三相定子繞組的連接，再斷開三相定子繞組與電源的連接；第三通電子單元，當所述抽油機電動機的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的差值小于預 定閥值時，將抽油機電動機的三相定子繞組轉(zhuǎn)換為角接，接通三相定子繞組的電源；將與三 相定子繞組并聯(lián)的電容器轉(zhuǎn)換為角接，接通電容器與三相定子繞組的連接。優(yōu)選地，所述第四動作單元包括第四斷電子單元，當所述有功功率的負功率或零功率的持續(xù)時長大于或等于預定 時長時，先斷開電容器與角接三相定子繞組的連接，再斷開角接三相定子繞組的電源；第四通電子單元，當所述抽油機電動機的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的差值小于預 定閥值時，先接通角接三相定子繞組的電源；再接通電容器與角接三相定子繞組的連接。優(yōu)選地，所述電容器中的三相電容器與三相定子繞組的每相定子繞組分別并聯(lián)。[0032] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點將斷續(xù)供電和星三角變換相結(jié)合的 技術(shù)進一步與無功補償技術(shù)方案有機結(jié)合起來，構(gòu)成了一個協(xié)調(diào)控制的一體化節(jié)能系統(tǒng)， 從而能夠根據(jù)實際運行中負載的變化和單位時間內(nèi)沖次的多少選擇最優(yōu)的節(jié)能運行方式， 有效提高了抽油機電動機的功率因數(shù)。

圖1為本實用新型實施例提供的一種抽油機電動機節(jié)能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型實施例提供的第一動作單元的結(jié)構(gòu)示意圖圖3為本實用新型實施例提供的第二動作單元的結(jié)構(gòu)示意圖圖4為本實用新型實施例提供的第三動作單元的結(jié)構(gòu)示意圖圖5為本實用新型實施例提供的第四動作單元的結(jié)構(gòu)示意圖圖6為本實用新型實施例提供的抽油機電動機節(jié)能控制系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本實用新型實施例提供的微機控制器控制的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，
以下結(jié)合附圖對本 實用新型的具體實施方式
做詳細的說明。參見圖1所示，本實用新型提供的抽油機電動機節(jié)能控制系統(tǒng)包括第一判斷單元601，判斷所述抽油機電動機是否適合星接；第一動作單元602，當所述第一判斷單元601的判斷結(jié)果為是時，將所述抽油機電 動機的三相定子繞組轉(zhuǎn)換為星接，且將與所述三相定子繞組并聯(lián)的電容器轉(zhuǎn)換為星接；第二判斷單元603，當所述第一動作單元602動作完成后，判斷所述抽油機電動機 是否適合星接斷續(xù)供電；第二動作單元604，當所述第二判斷單元603的判斷結(jié)果為是時，將所述抽油機電 動機進行星接斷續(xù)供電；第三判斷單元605，當所述第二動作單元604的動作完成后，判斷所述抽油機電動 機是否應該角接；第三動作單元606，當所述第三判斷單元605的判斷結(jié)果為是時，將所述抽油機電 動機的三相定子繞組轉(zhuǎn)換為角接，且將與所述三相定子繞組并聯(lián)的電容器轉(zhuǎn)換為角接；第四判斷單元607，當所述第三動作單元606的動作完成后，判斷所述抽油機電動 機是否適合角接斷續(xù)供電；第四動作單元608，當所述第四判斷單元607的判斷結(jié)果為是時，將所述抽油機電 動機進行角接斷續(xù)供電；第五判斷單元609，當所述第四動作單元608的動作完成后，判斷所述抽油機電動 機是否適合星接；第五動作單元610，當所述第五判斷單元609的判斷結(jié)果為是時，由第一動作單元 602將所述抽油機電動機的三相定子繞組轉(zhuǎn)換為星接，且將與所述三相定子繞組并聯(lián)的電 容器轉(zhuǎn)換為星接；當所述第五判斷單元609的判斷結(jié)果為否時，由第四判斷單元607繼續(xù)判 斷所述抽油機電動機是否適合角接斷續(xù)供電。
6[0052]參見圖2所示，所述第一動作單元602可以包括第一斷電子單元602a，當有功功率的最大值與額定功率的比值小于預定閥值時， 先斷開電容器與三相定子繞組的連接，再斷開三相定子繞組與電源的連接；第一通電子單元602b，當所述抽油機電動機的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的差值小 于預定閥值時，將抽油機電動機的三相定子繞組轉(zhuǎn)換為星接，接通三相定子繞組的電源；將 與三相定子繞組并聯(lián)的電容器轉(zhuǎn)換為星接，接通電容器與三相定子繞組的連接。參見圖3所示，所述第二動作單元604可以包括第二斷電子單元604a，當所述有功功率的負功率或零功率的持續(xù)時長大于或等 于預定時長時，先斷開電容器與星接三相定子繞組的連接，再斷開星接三相定子繞組的電 源；第二通電子單元604b，當所述抽油機電動機的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的差值小 于預定閥值時，先接通星接三相定子繞組的電源；再接通電容器與星接三相定子繞組的連 接。參見圖4所示，所述第三動作單元606可以包括第三斷電子單元606a，當所述有功功率的最大值與額定功率的比值大于或等于預 定閥值時，先斷開電容器與三相定子繞組的連接，再斷開三相定子繞組與電源的連接；第三通電子單元606b，當所述抽油機電動機的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的差值小 于預定閥值時，將抽油機電動機的三相定子繞組轉(zhuǎn)換為角接，接通三相定子繞組的電源；將 與三相定子繞組并聯(lián)的電容器轉(zhuǎn)換為角接，接通電容器與三相定子繞組的連接。參見圖5所示，所述第四動作單元608可以包括第四斷電子單元608a，當所述有功功率的負功率或零功率的持續(xù)時長大于或等于 預定時長時，先斷開電容器與角接三相定子繞組的連接，再斷開角接三相定子繞組的電源。第四通電子單元608b，當所述抽油機電動機的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的差值小 于預定閥值時，先接通角接三相定子繞組的電源；再接通電容器與角接三相定子繞組的連 接。相應于以上的系統(tǒng)實施例，本實用新型還提供了實施本實用新型的電路示意圖， 應用于上述的方法和系統(tǒng)實施例中。如圖6所示，U、V和W是三相電源；QF1與QF2是斷路器；KM1、KM2與KM3是微機 控制的接觸器；U1-U2、V1-V2、W1-W2依次是電動機A、B、C三相定子繞組的首尾端。此夕卜， 微機控制的固態(tài)繼電器用于控制電容器的接通或者斷開電源；圖中的標示的晶閘管是由微 機控制的三組反并聯(lián)的晶閘管，用于在斷續(xù)供電的情況下控制電動機的三相繞組接通或者 斷開電源，在接通時通過精確控制電源電壓的相位，實現(xiàn)電壓有小到大施加，實現(xiàn)電源的快 速軟投入。由圖中可以看出，當斷路器QF2合上后，電容器就與電動機的各相繞組并聯(lián)，且電 容器的連接方式跟隨電動機三相定子繞組的連接方式變化。此外，斷路器QF2還與固態(tài)繼 電器配合，完成星角轉(zhuǎn)換或斷續(xù)供電過程中的通斷電。具體的，斷電時，先斷開固態(tài)繼電器， 再斷開QF2 ；通電時，先接通QF2，再接通固態(tài)繼電器。當KM1與KM2斷開，KM3合上時，電動機三相定子繞組屬于星接，于是就得到星接 運行模式下斷續(xù)供電與無功補償結(jié)合的節(jié)能技術(shù)方案。顯然，如果晶閘管總是導通的，就得到星接運行與無功補償相結(jié)合的節(jié)能技術(shù)方案。當KM1與KM3斷開，KM2合上時，電動機三相定子繞組屬于角接，于是得到角接運 行模式下斷續(xù)供電與無功補償結(jié)合的節(jié)能技術(shù)方案。當然，如果晶閘管總是導通的，就得到 角接運行與無功補償相結(jié)合的節(jié)能技術(shù)方案。此外，需要說明的是，本實用新型所提供的節(jié)能控制系統(tǒng)是一個由微機控制器控 制的全自動系統(tǒng)。參考圖7所示，U1、V1和W1是三相電源的輸入端，CTa、CTb和CTc是電流互感器， 用于檢測電動機三相電流，檢測得到的電流輸入信號直接輸入微機控制器。PTa、PTb和PTc 是電壓互感器，用于檢測電動機的三相電壓，檢測得到的電壓輸入信號直接輸入微機控制 器。微機控制器根據(jù)檢測得到的電流值和電壓值計算得到電動機的有功功率，再根據(jù)相關(guān) 條件對系統(tǒng)進行控制。KAUKA2和KA3分別是用于控制KM1、KM2和KM3電磁線圈通斷的開關(guān)。G01、G02 和G03分別是用于控制KA1、KA2和KA3的信號，當有輸出信號時，通過分別控制KA1、KA2和 KA3，分別使其各自對應的電磁線圈接通。G1、G2和G3是用于控制固態(tài)繼電器通斷的信號， 有輸出信號時導通。K1、K2和K3是控制晶閘管通斷的信號，有輸出信號時導通。gnd是電 源地。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上 的限制。雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型。任何 熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的 方法和技術(shù)內(nèi)容對本實用新型技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的 等效實施例。因此，凡是未脫離本實用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對 以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案保護的 范圍內(nèi)。
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權(quán)利要求一種抽油機電動機節(jié)能控制系統(tǒng)，其特征在于，應用于抽油機電動機的三相定子繞組上，包括第一判斷單元，判斷所述抽油機電動機是否適合星接；第一動作單元，當所述第一判斷單元的判斷結(jié)果為是時，將所述抽油機電動機的三相定子繞組轉(zhuǎn)換為星接，且將與所述三相定子繞組并聯(lián)的電容器轉(zhuǎn)換為星接；第二判斷單元，當所述第一動作單元動作完成后，判斷所述抽油機電動機是否適合星接斷續(xù)供電；第二動作單元，當所述第二判斷單元的判斷結(jié)果為是時，將所述抽油機電動機進行星接斷續(xù)供電；第三判斷單元，當所述第二動作單元的動作完成后，判斷所述抽油機電動機是否應該角接；第三動作單元，當所述第三判斷單元的判斷結(jié)果為是時，將所述抽油機電動機的三相定子繞組轉(zhuǎn)換為角接，且將與所述三相定子繞組并聯(lián)的電容器轉(zhuǎn)換為角接；第四判斷單元，當所述第三動作單元的動作完成后，判斷所述抽油機電動機是否適合角接斷續(xù)供電；第四動作單元，當所述第四判斷單元的判斷結(jié)果為是時，將所述抽油機電動機進行角接斷續(xù)供電；第五判斷單元，當所述第四動作單元的動作完成后，判斷所述抽油機電動機是否適合星接；第五動作單元，當所述第五判斷單元的判斷結(jié)果為是時，由第一動作單元將所述抽油機電動機的三相定子繞組轉(zhuǎn)換為星接，且將與所述三相定子繞組并聯(lián)的電容器轉(zhuǎn)換為星接；當所述第五判斷單元的判斷結(jié)果為否時，由第四判斷單元繼續(xù)判斷所述抽油機電動機是否適合角接斷續(xù)供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一動作單元包括第一斷電子單元，當有功功率的最大值與額定功率的比值小于預定閥值時，先斷開電 容器與三相定子繞組的連接，再斷開三相定子繞組與電源的連接；第一通電子單元，當所述抽油機電動機的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的差值小于預定閥 值時，將抽油機電動機的三相定子繞組轉(zhuǎn)換為星接，接通三相定子繞組的電源；將與三相定 子繞組并聯(lián)的電容器轉(zhuǎn)換為星接，接通電容器與三相定子繞組的連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二動作單元包括第二斷電子單元，當所述有功功率的負功率或零功率的持續(xù)時長大于或等于預定時長 時，先斷開電容器與星接三相定子繞組的連接，再斷開星接三相定子繞組的電源；第二通電子單元，當所述抽油機電動機的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的差值小于預定閥 值時，先接通星接三相定子繞組的電源；再接通電容器與星接三相定子繞組的連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第三動作單元包括第三斷電子單元，當所述有功功率的最大值與額定功率的比值大于或等于預定閥值 時，先斷開電容器與三相定子繞組的連接，再斷開三相定子繞組與電源的連接；第三通電子單元，當所述抽油機電動機的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的差值小于預定閥 值時，將抽油機電動機的三相定子繞組轉(zhuǎn)換為角接，接通三相定子繞組的電源；將與三相定子繞組并聯(lián)的電容器轉(zhuǎn)換為角接，接通電容器與三相定子繞組的連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第四動作單元包括第四斷電子單元，當所述有功功率的負功率或零功率的持續(xù)時長大于或等于預定時長 時，先斷開電容器與角接三相定子繞組的連接，再斷開角接三相定子繞組的電源；第四通電子單元，當所述抽油機電動機的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的差值小于預定閥 值時，先接通角接三相定子繞組的電源；再接通電容器與角接三相定子繞組的連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電容器中的三相電容器 與三相定子繞組的每相定子繞組分別并聯(lián)。
專利摘要本實用新型公開了一種抽油機電動機節(jié)能控制系統(tǒng)，通過將斷續(xù)供電和星三角變換相結(jié)合的技術(shù)進一步與無功補償技術(shù)方案有機結(jié)合起來，構(gòu)成了一個協(xié)調(diào)控制的一體化節(jié)能系統(tǒng)，從而能夠根據(jù)系統(tǒng)實際運行中負載的變化和單位時間內(nèi)沖次的多少，從系統(tǒng)提供的星接運行與無功補償相結(jié)合、星接運行模式下的斷續(xù)供電與無功補償相結(jié)合、角接運行與無功補償相結(jié)合以及角接運行模式下的斷續(xù)供電和無功補償相結(jié)合的節(jié)能控制方式中，自動選擇最適合的節(jié)能運行方式，從而有效提高了抽油機電動機的功率因數(shù)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中平均功率因數(shù)偏低的問題。
文檔編號H02P1/32GK201616793SQ201020119468
公開日2010年10月27日 申請日期2010年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月26日
發(fā)明者崔學深, 張偉華, 楊凡, 王義龍, 羅應立 申請人:山東成華電子科技有限公司;華北電力大學