專(zhuān)利名稱(chēng)：抽油機(jī)專(zhuān)用變頻節(jié)能控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及抽油機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種抽油機(jī)專(zhuān)用變頻節(jié)能控制裝置。
背景技術(shù)：
目前，在石油開(kāi)采中，電費(fèi)支出約占噸油生產(chǎn)成本的三分之一，而抽油機(jī)作為油田最基本的設(shè)備，其節(jié)能降耗已顯得更加重要?，F(xiàn)在通常使用游梁式及皮帶式抽油機(jī)，由于其具有較好的經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)動(dòng)性能，所以得到越來(lái)越多的使用，但是仍存在諸多的問(wèn)題[0003] (1)由于油井地下油層和供液量波動(dòng)不穩(wěn)，加之抽油機(jī)起動(dòng)負(fù)荷很重，使得選配電機(jī)容量過(guò)大，然而抽油機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，其驅(qū)動(dòng)電機(jī)絕大多數(shù)都工作于"大馬拉小車(chē)"的運(yùn)行狀態(tài)，負(fù)載率很低，致使電機(jī)的工作效率和功率因數(shù)都非常低，實(shí)際有功功率很小，而無(wú)功功率很大。 (2)抽油機(jī)選配電機(jī)容量較大的原因，除了抽油機(jī)起動(dòng)負(fù)荷重之外，還有一重要原因就是現(xiàn)用電機(jī)在常規(guī)工頻供電時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，而起動(dòng)電流卻很大，在起動(dòng)過(guò)程中對(duì)電網(wǎng)沖擊很大，電壓大幅下跌，同時(shí)會(huì)降低電機(jī)的壽命。 (3)抽油機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)若不附加專(zhuān)門(mén)的轉(zhuǎn)速控制環(huán)節(jié)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)沖次的連續(xù)平滑調(diào)節(jié)。然而，隨著井下供液量的變化，為保證抽油泵的充滿(mǎn)度，需要對(duì)抽油機(jī)沖次進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，甚至對(duì)其上、下沖程速度進(jìn)行分別連續(xù)調(diào)節(jié)，這是提高抽油機(jī)采收率、提高原油產(chǎn)量和節(jié)能降耗的最有效措施。 (4)游梁式抽油機(jī)在上、下沖程切換和下沖程運(yùn)行過(guò)程中，抽油泵總是時(shí)常呈現(xiàn)為位能性負(fù)載，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電機(jī)頻頻進(jìn)入倒發(fā)電回饋制動(dòng)狀態(tài)，盡管通過(guò)對(duì)平衡配重塊的適當(dāng)調(diào)節(jié)，可以使電機(jī)的倒發(fā)電降低，但是由于油井工況變化較大，加之實(shí)際實(shí)施對(duì)平衡配重塊的機(jī)械調(diào)整受現(xiàn)場(chǎng)諸多條件的限制，要達(dá)到完全平衡幾乎是不可能的。這種不平衡饋能一方面會(huì)對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)沖擊波動(dòng)，影響其他負(fù)載，另一方面電機(jī)的電動(dòng)狀態(tài)和發(fā)電狀態(tài)的頻繁切換，也增加了電機(jī)的無(wú)謂損耗。上述四個(gè)方面的問(wèn)題，都統(tǒng)一貫穿一個(gè)電能消耗的核心問(wèn)題，油田生產(chǎn)的能耗是一個(gè)綜合的系統(tǒng)耗能過(guò)程，難以在局部的節(jié)能改造中真正見(jiàn)效，如需要真正降低噸液耗電量， 一方面要配備性能優(yōu)越、可靠性高的控制裝置，另一方面造價(jià)低廉便于大面積推廣使用。 另外，現(xiàn)有的節(jié)能控制裝置一般采用機(jī)柜，風(fēng)機(jī)設(shè)置在機(jī)柜的底部，這樣在工作時(shí)雜物隨著風(fēng)容易進(jìn)入機(jī)柜內(nèi)部，從而影響機(jī)柜內(nèi)部零部件的壽命，且現(xiàn)有的節(jié)能控制裝置通風(fēng)效果不好，無(wú)法良好的散熱。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可實(shí)現(xiàn)輸出頻率的連續(xù)自動(dòng)調(diào)節(jié)，使抽油機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于最佳工作狀態(tài)，能源利用率高，散熱性能良好，可延長(zhǎng)零部件的使用壽命，且節(jié)能效果明顯的抽油機(jī)專(zhuān)用變頻節(jié)能控制裝置。 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是抽油機(jī)專(zhuān)用變頻節(jié)能控制裝置，包括機(jī)柜，所述機(jī)柜的上方設(shè)有散熱口 ；變頻器，所述變頻器可拆卸安裝在所述機(jī)柜內(nèi)并通
過(guò)所述單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，所述變頻器的上下兩端設(shè)有變頻器散熱風(fēng)機(jī)；單片機(jī)控
制系統(tǒng)，所述單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)置在變頻器中；制動(dòng)單元，所述制動(dòng)單元與所述變頻器電連
接；制動(dòng)電阻，所述制動(dòng)電阻設(shè)置在所述變頻器的上方并與所述制動(dòng)單元連接在一起；隔
板，所述隔板設(shè)置在所述制動(dòng)電阻與所述變頻器之間，所述隔板上設(shè)有風(fēng)機(jī)。 作為一種改進(jìn)，所述變頻器包括逆變電路以及與所述逆變電路電連接的整流濾波
電路，在逆變電路功率模塊的控制極連接有驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路電連接有倒發(fā)電耗能
處理回路，所述倒發(fā)電耗能處理回路與所述制動(dòng)單元電連接，所述驅(qū)動(dòng)電路的前端與單片
機(jī)控制系統(tǒng)連接。 采用了上述技術(shù)方案后，本實(shí)用新型取得的有益效果是通過(guò)單片機(jī)控制系統(tǒng)與變頻技術(shù)相結(jié)合，最為適合交流電機(jī)對(duì)抽油機(jī)的驅(qū)動(dòng)匹配，調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖次，使上下沖程轉(zhuǎn)速范圍拓寬，有效的控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)高速和低速的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了平滑無(wú)極調(diào)速，起到抽油機(jī)的軟啟動(dòng)、軟停止，從而避免抽油機(jī)的機(jī)械沖擊，延長(zhǎng)了抽油機(jī)的檢泵周期，降低了作業(yè)費(fèi)用和皮帶等材料的消耗；通過(guò)在制動(dòng)電阻與變頻器之間設(shè)置隔板，然后在隔板上設(shè)置風(fēng)機(jī)，這樣可以使隔板上方的制動(dòng)電阻和隔板下方的變頻器分隔開(kāi)，從而使制動(dòng)電阻散發(fā)的熱量不易進(jìn)入變頻器內(nèi)等零部件中，便于散熱。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)輸出頻率的連續(xù)自動(dòng)調(diào)節(jié)，使抽油機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于最佳工作狀態(tài)，從而減少燒壞電纜接頭和閘刀的問(wèn)題，且未對(duì)產(chǎn)量造成影響，提高了產(chǎn)液量，起到了調(diào)參效果的同時(shí)提高了泵效，降低了電力消耗，減少了無(wú)功電流，提高了線(xiàn)路的負(fù)載能力，從而對(duì)油田的推廣具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；[0013] 圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的原理圖；[0014] 圖3是本實(shí)用新型變頻器的電路原理圖； 圖中1.機(jī)柜；2.隔板；3.變頻器；4.制動(dòng)單元；5.制動(dòng)電阻；6.隔板散熱風(fēng)機(jī)；7.散熱口 ；8.變頻器散熱風(fēng)機(jī)；9.過(guò)濾網(wǎng)；10.百葉窗；11.整流電路；12.倒發(fā)電耗能處理
回路；13.逆變電路。
具體實(shí)施方式如圖1和圖2所示，抽油機(jī)專(zhuān)用變頻節(jié)能控制裝置，包括機(jī)柜1、單片機(jī)控制系統(tǒng)、變頻器3、制動(dòng)單元4和制動(dòng)電阻5。其中在機(jī)柜1的上方設(shè)有散熱口 7，這個(gè)散熱口 7設(shè)置在機(jī)柜1的頂蓋上，它比機(jī)柜1的柜體寬大，能防止雨雪進(jìn)入；散熱口 7上設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)9，防止飛蟲(chóng)進(jìn)入而影響工作。 在機(jī)柜1的下方設(shè)有百葉窗10，通過(guò)這種結(jié)構(gòu)可以增大空氣進(jìn)入機(jī)柜1內(nèi)，提高散熱效果，另外，在靠近百葉窗10的柜體內(nèi)部不安排任何元器件，防止雨雪從側(cè)面進(jìn)去，對(duì)元器件造成影響。 單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)置在變頻器3中，通過(guò)單片機(jī)控制系統(tǒng)可參數(shù)讀取，控制電機(jī)軟啟動(dòng)；然后通過(guò)單片機(jī)的兩個(gè)定時(shí)器配合工作，產(chǎn)生SP麗控制信號(hào)；再依據(jù)檢測(cè)電路提供的直流側(cè)電流值，實(shí)時(shí)計(jì)算電機(jī)的負(fù)載率，并依據(jù)負(fù)載率的大小，改變SP麗控制開(kāi)關(guān)信號(hào)的調(diào)制規(guī)律，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)電機(jī)工作電壓對(duì)負(fù)載變化的動(dòng)態(tài)跟蹤。另外，還可以控制耗能單元的開(kāi)通和關(guān)斷，對(duì)抽油機(jī)的倒發(fā)電能量及時(shí)處理。 上述的制動(dòng)單元4與所述變頻器3電連接，制動(dòng)電阻5設(shè)置在所述變頻器3的上方并與所述制動(dòng)單元4連接在一起，通過(guò)這種結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)輸出頻率的連續(xù)自動(dòng)調(diào)節(jié)，使抽油機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于最佳工作狀態(tài)。由于變頻對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，軟啟動(dòng)平穩(wěn)，從而使抽油機(jī)對(duì)電動(dòng)機(jī)的額定功率要求減小，而且電動(dòng)機(jī)效率和功率因數(shù)提高，電耗降低，通過(guò)變頻技術(shù)也可改善電動(dòng)機(jī)的工作電壓和電流波形，使轉(zhuǎn)矩沒(méi)有脈動(dòng)，從而減少電動(dòng)機(jī)的損耗。 由于變頻器3可拆卸安裝在所述機(jī)柜1內(nèi)，這樣在維修時(shí)可直接拆下變頻器3進(jìn)行維修，不影響工作，使用、維修方便。 如圖2所示，所述的變頻器3包括逆變電路以及與所述逆變電路電連接的整流濾波電路，在逆變電路功率模塊的控制極連接有驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路電連接有倒發(fā)電耗能處理回路，所述倒發(fā)電耗能處理回路與所述制動(dòng)單元4電連接，所述驅(qū)動(dòng)電路的前端與單片機(jī)控制系統(tǒng)連接。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)可以調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖次，使上下沖程轉(zhuǎn)速范圍拓寬，有效的控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)高速和低速的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了平滑無(wú)極調(diào)速，起到抽油機(jī)的軟啟動(dòng)、軟停止，從而避免抽油機(jī)的機(jī)械沖擊，延長(zhǎng)了抽油機(jī)的檢泵周期，降低了作業(yè)費(fèi)用和皮帶等材料的消耗。當(dāng)然，也可以在柜機(jī)1上設(shè)置手動(dòng)切換控制按鈕，這樣可實(shí)現(xiàn)變頻/工頻的切換，使用方便。在工作時(shí)，可根據(jù)油井工況，通過(guò)單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)定好適合的參數(shù)，使抽油桿慢提快放，增加柱塞泵充液時(shí)間，提高了泵效。另外，通過(guò)變頻技術(shù)可提高高電網(wǎng)的側(cè)功率因數(shù)，降低電網(wǎng)及變壓器的線(xiàn)路電流，無(wú)功功率大為降低，從而使供電線(xiàn)路損耗和無(wú)功消耗大為減小，從而節(jié)約了成本。 如圖3所示，其中，方框11為三相橋式二極管整流電路，對(duì)于共陰極組的3個(gè)二極管，陽(yáng)極所接交流電壓值最大的一個(gè)導(dǎo)通。而對(duì)于共陽(yáng)極組的3個(gè)二極管，陰極所接交流電壓值最低的一個(gè)導(dǎo)通。任意時(shí)刻共陽(yáng)極組和共陰極組中各有1個(gè)二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，起到對(duì)電路進(jìn)行整流的作用。 方框12為倒發(fā)電耗能處理回路，通過(guò)判斷倒發(fā)電發(fā)生的時(shí)刻，及時(shí)開(kāi)通此回路的IGBT，讓能量消耗在此回路的大功率電阻中。 方框13為SP麗逆變電路，采用的是雙極性控制方式的電壓型三相橋式逆變電路。此電路采用180°方波控制，通常稱(chēng)為180°導(dǎo)電型方波控制方式，即每個(gè)橋臂的導(dǎo)電角度為180° ，同一相上、下兩個(gè)橋臂交替導(dǎo)電，互補(bǔ)同短。3個(gè)半橋各自按照180。方波控制，但各控制方波在相位上依次相差120° 。為了防止同一相上下兩橋臂的開(kāi)關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通而引起直流側(cè)電源的短路，采取"先斷后通"的方法。即先給應(yīng)斷的器件關(guān)斷信號(hào)，待其關(guān)斷后留一定的時(shí)間裕量，然后再給應(yīng)導(dǎo)通的器件發(fā)出開(kāi)通信號(hào)，即在兩者之間留一個(gè)短暫的死區(qū)時(shí)間。此電路輸出所含諧波次數(shù)均為n = 6k士l，即不含偶次諧波(因?yàn)榘氩▽?duì)稱(chēng))，尤其不含3的整倍次諧波，從而大大減少輸出電壓中所含諧波，使輸出電流接近正弦波，而對(duì)輸出回路的基波功率因數(shù)沒(méi)有影響。 如圖1所示，隔板2設(shè)置在所述制動(dòng)電阻5與所述變頻器3之間，所述隔板2上設(shè)有隔板散熱風(fēng)機(jī)6，由于在變頻器3的上下兩端也設(shè)有變頻器散熱風(fēng)機(jī)8，而且所述的變頻器散熱風(fēng)機(jī)8與所述隔板散熱風(fēng)機(jī)6同軸設(shè)置，即從空間上看，變頻器散熱風(fēng)機(jī)8與所述隔
5板散熱風(fēng)機(jī)6共用一個(gè)中心對(duì)稱(chēng)軸，這種結(jié)構(gòu)可加大風(fēng)量的強(qiáng)度，提高散熱效果。 本實(shí)用新型不局限于上述具體實(shí)施方式
，本領(lǐng)域的技術(shù)人員從上述啟示出發(fā)，所
想到的其它替換結(jié)構(gòu)均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求抽油機(jī)專(zhuān)用變頻節(jié)能控制裝置，包括機(jī)柜，所述機(jī)柜的上方設(shè)有散熱口；其特征在于所述抽油機(jī)專(zhuān)用變頻節(jié)能控制裝置還包括變頻器，所述變頻器可拆卸安裝在所述機(jī)柜內(nèi)并通過(guò)所述單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，所述變頻器的上下兩端設(shè)有變頻器散熱風(fēng)機(jī)；單片機(jī)控制系統(tǒng)，所述單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)置在變頻器中；制動(dòng)單元，所述制動(dòng)單元與所述變頻器電連接；制動(dòng)電阻，所述制動(dòng)電阻設(shè)置在所述變頻器的上方并與所述制動(dòng)單元連接在一起；隔板，所述隔板設(shè)置在所述制動(dòng)電阻與所述變頻器之間，所述隔板上設(shè)有隔板散熱風(fēng)機(jī)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機(jī)專(zhuān)用變頻節(jié)能控制裝置，其特征在于所述變頻器包括逆變電路以及與所述逆變電路電連接的整流濾波電路，在逆變電路功率模塊的控制極連接有驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路電連接有倒發(fā)電耗能處理回路，所述倒發(fā)電耗能處理回路與所述制動(dòng)單元電連接，所述驅(qū)動(dòng)電路的前端與單片機(jī)控制系統(tǒng)連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的抽油機(jī)專(zhuān)用變頻節(jié)能控制裝置，其特征在于所述散熱口處設(shè)有過(guò)濾網(wǎng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的抽油機(jī)專(zhuān)用變頻節(jié)能控制裝置，其特征在于所述變頻器散熱風(fēng)機(jī)與所述隔板散熱風(fēng)機(jī)同軸設(shè)置。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種抽油機(jī)專(zhuān)用變頻節(jié)能控制裝置，包括機(jī)柜，機(jī)柜的上方設(shè)有散熱口；變頻器可拆卸安裝在機(jī)柜內(nèi)并通過(guò)單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，變頻器的上下兩端設(shè)有風(fēng)機(jī)；單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)置在變頻器中；制動(dòng)單元與所述變頻器電連接；制動(dòng)電阻設(shè)置在所述變頻器的上方并與制動(dòng)單元連接在一起；隔板設(shè)置在制動(dòng)電阻與變頻器之間，隔板上設(shè)有風(fēng)機(jī)。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)輸出頻率的連續(xù)自動(dòng)調(diào)節(jié)，使抽油機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于最佳工作狀態(tài)，減少了燒壞電纜接頭和閘刀的問(wèn)題，且未對(duì)產(chǎn)量未造成影響，提高了產(chǎn)液量，起到了調(diào)參效果的同時(shí)提高了泵效，降低了電力消耗，減少了無(wú)功功率，提高了線(xiàn)路的負(fù)載能力。
文檔編號(hào)H05K7/20GK201499132SQ20092022698
公開(kāi)日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月21日
發(fā)明者劉崇信, 盧學(xué)山, 熊兆軍, 紀(jì)海龍, 薛善強(qiáng), 袁廷, 譚光興, 郭志東, 陳鳳軒 申請(qǐng)人:東營(yíng)同博石油電子儀器有限公司