專利名稱：抽油機(jī)專用變頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變頻調(diào)速裝置，具體地說(shuō)，是一種油田用抽油機(jī)專用變頻器。
背景技術(shù)：
我國(guó)的油田絕大部分要靠注水來(lái)壓油入井，靠抽油機(jī)把油從地層中提升上來(lái)。以水換油、以電換油是目前我國(guó)油田的現(xiàn)狀。如何提高采油效率，降低采出液的噸液能耗，提高產(chǎn)量，使抽油機(jī)的參數(shù)更好的適應(yīng)地上、地下工況，使現(xiàn)場(chǎng)抽油機(jī)調(diào)節(jié)更為方便，成為業(yè)內(nèi)人士的焦點(diǎn)。
目前，在油田抽油機(jī)設(shè)備中，游梁式抽油機(jī)使用方便、可靠，是目前油田采油生產(chǎn)中的主要設(shè)備，應(yīng)用最為普遍，數(shù)量也最多。游梁式抽油機(jī)的工作過(guò)程為用電機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)，減速機(jī)帶動(dòng)皮帶輪，皮帶輪帶動(dòng)兩個(gè)很重的鋼質(zhì)滑塊作旋轉(zhuǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，依靠杠桿的作用，將抽油桿提上放下，而將油帶出地面進(jìn)入輸油管道中或儲(chǔ)油罐中，完成抽油過(guò)程。
抽油機(jī)電機(jī)的負(fù)荷是一周期性脈動(dòng)負(fù)荷，并迭加有瞬間的沖擊。為了減小抽油機(jī)上下沖程負(fù)荷的波動(dòng)，一般都配有平衡塊。為了保證足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，抽油機(jī)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)負(fù)荷率很低，一般都是在低負(fù)荷率運(yùn)行，45KW的實(shí)際用功也就是30KW左右，而且造成功率因數(shù)低，相對(duì)也效率低，電能浪費(fèi)大。
因此，在設(shè)計(jì)選配抽油機(jī)電機(jī)時(shí)，普遍的做法是令其抽取量大于實(shí)際負(fù)荷。它所帶來(lái)的新問(wèn)題是當(dāng)抽油機(jī)排量過(guò)剩時(shí)，抽油機(jī)的運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)無(wú)功抽取，出現(xiàn)空抽或泵空狀態(tài)，過(guò)剩的抽油能力令抽油機(jī)的無(wú)功抽取時(shí)間增加，造成油井開(kāi)采的電費(fèi)成本居高不下，能源浪費(fèi)十分嚴(yán)重。因此，抽油機(jī)的節(jié)能潛力非常巨大。
節(jié)能包括兩個(gè)方面(1)從電動(dòng)機(jī)本身考慮，提高電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率和效率；(2)從系統(tǒng)考慮，改用變頻器電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，使機(jī)、桿、泵整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到較好的配合，提高系統(tǒng)效率。
(3)從竊電方面也可以客觀的節(jié)約一部分能源，也就是說(shuō)從直流供電到變頻輸出的電源家庭是無(wú)法使用的。兩者比較，后者的節(jié)能潛力比前者大得多。在游梁式抽油機(jī)上應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)不僅使機(jī)、桿、泵整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到較好的配合，自動(dòng)化程度提高，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少工作量，而且節(jié)能效果明顯，綜合效益顯著。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種油田用抽油機(jī)專用變頻器，可以根據(jù)油井的實(shí)際情況，改變抽油機(jī)的沖程頻次，達(dá)到上、下沖程間的平穩(wěn)過(guò)渡。用以克服上述已有技術(shù)的不足。
本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案。
一種抽油機(jī)專用變頻器，主要包括整流濾波電路，CPU，IGBT模塊，濾波電路，回饋電路和正玄波濾波電路，其特征是分別與CPU連接的若干只觸發(fā)極通過(guò)保護(hù)二極管連接回饋電路，觸發(fā)極還通過(guò)濾波電路連接電動(dòng)機(jī)；回饋電路通過(guò)正玄波濾波電路連接電網(wǎng)；整流濾波電路通過(guò)限流電阻、供電接線器連接IGBT模塊。
所述觸發(fā)極為十二只。
供電接線器與IGBT模塊之間還連接有直流濾波器。
所述的IGBT模塊為并聯(lián)的三組。
本發(fā)明的積極效果在于具有遠(yuǎn)程直流供電降低線損和竊電的特點(diǎn)。針對(duì)抽油機(jī)載荷的特殊性和野外工作特點(diǎn)，把制動(dòng)電路改為回饋電路，把倒發(fā)的電能回饋給電網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)了節(jié)電效果又能使變頻器可靠工作，把97％的再生電能回饋電網(wǎng)，有效減少能源消耗。
根據(jù)抽油機(jī)是交變工作載荷的特點(diǎn)，可以根據(jù)油井的實(shí)際情況，改變抽油機(jī)的沖程頻次，達(dá)到上、下沖程間的平穩(wěn)過(guò)渡。變頻器本身具有抽油機(jī)所需的各種保護(hù)功能及相應(yīng)的放電回饋電路，而且風(fēng)機(jī)可以有溫度自動(dòng)控制，延長(zhǎng)了風(fēng)機(jī)的使用壽命，也節(jié)約相應(yīng)的能源消耗。
可根據(jù)井下供液，任意調(diào)整轉(zhuǎn)速提高泵充滿系數(shù)及排量系數(shù)，達(dá)到節(jié)能、增產(chǎn)、無(wú)級(jí)調(diào)速的效果。
采用頻率調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖程頻次行程的速度，達(dá)到節(jié)電又增產(chǎn)的目的。
能動(dòng)態(tài)調(diào)整抽油機(jī)的轉(zhuǎn)速，可無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)抽油機(jī)沖次，從而調(diào)整泵的充滿度，提高抽取效率，增加原油產(chǎn)量，減少了電機(jī)功率，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能目的。
由于采用變頻調(diào)速技術(shù)，輸出不同頻率的電源，從而使電動(dòng)機(jī)沖程轉(zhuǎn)速可快可慢，可無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)抽油機(jī)沖程速比。可以提高原油在泵的充滿度；而適當(dāng)提高效率，則可以減少在提升過(guò)程中的漏失系數(shù)，有效地提高單位時(shí)間內(nèi)的原油產(chǎn)量。
使用效果方面，由于專用變頻器對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行控制，較傳統(tǒng)抽油機(jī)，優(yōu)越性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面(1)對(duì)抽油機(jī)實(shí)行軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流大幅度降低，避免了對(duì)電動(dòng)機(jī)、減速器和抽油機(jī)產(chǎn)生過(guò)大的機(jī)械沖擊，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。
(2)提高了電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，功率因數(shù)由原來(lái)的0.3～0.5上升到0.98。
(3)通用性強(qiáng)。能夠滿足不同油井多種工況的要求。根據(jù)油井實(shí)際供油能力，動(dòng)態(tài)調(diào)整抽油機(jī)的頻率，既達(dá)到了節(jié)能目的，又提高了原油產(chǎn)量。
(4)變頻器具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)載、短路、缺相及失速等多項(xiàng)保護(hù)功能，更精確可靠地保護(hù)了電機(jī)。
(5)能夠在有效的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖程。
(6)操作簡(jiǎn)單方便。所有參數(shù)調(diào)節(jié)均可通過(guò)面板設(shè)定，用戶易于掌握，比通用變頻器的操作更直觀。


圖1是本發(fā)明的主電路原理圖。
圖2是經(jīng)變壓器輸出整流后經(jīng)電纜輸出給用電器的原理圖。
具體實(shí)施例方式
圖1中，分別與CPU2連接的十二只觸發(fā)極通過(guò)保護(hù)二極管D7-D8連接回饋電路6，觸發(fā)極還通過(guò)濾波電路4連接電動(dòng)機(jī)5；回饋電路6通過(guò)正玄波濾波電路7連接電網(wǎng)；整流濾波電路1通過(guò)限流電阻、供電接線器和直流濾波器L1連接并聯(lián)的三組IGBT模塊3。
本變頻器采用的CPU2為M37906，這種微處理器是三菱公司第四代三相異步電動(dòng)機(jī)專用芯片，采用高性能硅柵CMOS工藝，具有四十二腳塑料表面粘貼(SSOP)和四十二腳塑窄腳雙列直插(SDIP)兩種封裝形式，提供FLASH芯片和掩膜ROM芯片兩種方式，其基本特點(diǎn)是防干擾能力強(qiáng)工作穩(wěn)定。
由D1-D6和IC組成整流濾波電路1，作為直流的母線供電。經(jīng)過(guò)OUT+和OUT-分布到各個(gè)直流用電單元Q1-Q6做工。由Q7-Q12組成回饋電路6，及是回饋單元。由L2和C組成正玄波濾波電路7。R.S.T是工頻電壓380V輸入。CPU2是Q1-Q12的核心部位頻率控制。R是限流電阻同時(shí)保IGBT模塊3。K是母線供電接觸器。M是電動(dòng)機(jī)5。
經(jīng)整流濾波電路1整流濾波后連接直流濾波器L1和IGBT模塊3，輸出至濾波電路4，經(jīng)過(guò)濾波電路4濾波后輸出給電動(dòng)機(jī)5。
再經(jīng)保護(hù)二極管D7-D輸入到回饋電路6，原理是當(dāng)電動(dòng)機(jī)失速后產(chǎn)生的電能通過(guò)回饋電路6和正玄波濾波電路7反饋給電網(wǎng)從而達(dá)到節(jié)電的目的。正玄波濾波電路7是把諧波濾除，目的是為了避免污染電網(wǎng)，在CPU2的控制下使頻率和電網(wǎng)同步的情況下反饋到電網(wǎng).同時(shí)還檢測(cè)過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)載并實(shí)施保護(hù)。
如圖2所示，經(jīng)變壓器T輸出D整流后經(jīng)電纜輸出給十路用電器。
為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種油田生產(chǎn)機(jī)械在用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)時(shí)，都留有一定的富余量。電機(jī)不能在滿負(fù)荷下運(yùn)行，除達(dá)到動(dòng)力驅(qū)動(dòng)要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費(fèi)，在油田抽油機(jī)運(yùn)行時(shí)有四分之一的時(shí)間是處在發(fā)電狀態(tài)，本變頻器可把發(fā)的電回饋給電網(wǎng)，這時(shí)另一臺(tái)正處在用電狀態(tài)，十臺(tái)可以以互補(bǔ)的狀態(tài)工作這時(shí)的節(jié)電率是百分之二十.為了達(dá)到抽油的效率可降低頻率，因?yàn)樵谡＾D(zhuǎn)速下很多是空抽，所以，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)腘1變到N2時(shí)，其電機(jī)軸功率(P)的變化關(guān)系如下P2/P1＝(N2/N1)3，由此可見(jiàn)降低電機(jī)轉(zhuǎn)速可得到立方級(jí)的節(jié)能效果。
動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)能迅速適應(yīng)負(fù)載變動(dòng)，供給最大效率電壓。變頻調(diào)速器在軟件上設(shè)有5000次/秒的測(cè)控輸出功能，始終保持電機(jī)的輸出高效率運(yùn)行。
通過(guò)變頻自身的V/F功能節(jié)電在保證電機(jī)輸出力矩的情況下，可自動(dòng)調(diào)節(jié)V/F曲線。減少電機(jī)的輸出力矩，降低輸入電流，達(dá)到節(jié)能狀態(tài)。
變頻自帶軟啟動(dòng)節(jié)能在電機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，由于電機(jī)的啟動(dòng)力矩需要，要從電網(wǎng)吸收七倍的電機(jī)額定電流，而過(guò)大的啟動(dòng)電流即浪費(fèi)電力，對(duì)電網(wǎng)的電壓波動(dòng)損害也很大，增加了線損和變損。采用軟啟動(dòng)后，啟動(dòng)電流可從0--電機(jī)額定電流，減少了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，節(jié)約了電能，也減少了啟動(dòng)慣性對(duì)設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速?zèng)_擊，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。
提高功率因數(shù)節(jié)能電動(dòng)機(jī)由定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組通過(guò)電磁作用而產(chǎn)生力矩。繞組由于其感抗作用，對(duì)電網(wǎng)而言，阻抗特性呈感性，電機(jī)在運(yùn)行時(shí)吸收大量的無(wú)功功率，造成功率因數(shù)很低。采用本發(fā)明后，由于其性能已變?yōu)锳C--DC--AC，在整流濾波后，負(fù)載特性發(fā)生了變化。變頻調(diào)速器對(duì)電網(wǎng)的阻抗特性呈阻性，功率因數(shù)很高，減少了無(wú)功損耗。
權(quán)利要求
1.一種抽油機(jī)專用變頻器，主要包括整流濾波電路(1)，CPU(2)，IGBT模塊(3)，濾波電路(4)，回饋電路(6)和正玄波濾波電路(7)，其特征是分別與CPU(2)連接的若干只觸發(fā)極通過(guò)保護(hù)二極管連接回饋電路(6)，觸發(fā)極還通過(guò)濾波電路(4)連接電動(dòng)機(jī)(5)；回饋電路(6)通過(guò)正玄波濾波電路(7)連接電網(wǎng)；整流濾波電路(1)通過(guò)限流電阻、供電接線器連接IGBT模塊(3)。
2.如權(quán)利要求1所述的抽油機(jī)專用變頻器，其特征是所述觸發(fā)極為十二只。
3.如權(quán)利要求1或2所述的抽油機(jī)專用變頻器，其特征是供電接線器與IGBT模塊(3)之間還連接有直流濾波器。
4.如權(quán)利要求1或2所述的抽油機(jī)專用變頻器，其特征是所述的IGBT模塊(3)為并聯(lián)的三組。
全文摘要
本發(fā)明是一種抽油機(jī)專用變頻器，分別與CPU(2)連接的若干只觸發(fā)極通過(guò)保護(hù)二極管連接回饋電路(6)，觸發(fā)極還通過(guò)濾波電路(4)連接電動(dòng)機(jī)(5)；回饋電路(6)通過(guò)正玄波濾波電路(7)連接電網(wǎng)；整流濾波電路(1)通過(guò)限流電阻、供電接線器連接IGBT模塊(3)。具有遠(yuǎn)程直流供電降低線損和竊電的特點(diǎn)，從根本上改變了抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性和動(dòng)力特性，使抽油機(jī)—抽油桿—抽油泵達(dá)到動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)，使有桿抽油系統(tǒng)和油井供液系統(tǒng)達(dá)到動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)。抽油機(jī)應(yīng)用變頻器，既可以提高工效，增加采油量，又可以節(jié)約電能，保護(hù)電機(jī)及設(shè)備。
文檔編號(hào)H02P27/06GK101013880SQ200710013268
公開(kāi)日2007年8月8日 申請(qǐng)日期2007年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月22日
發(fā)明者傅春曉, 王清富, 原玉勝 申請(qǐng)人:煙臺(tái)黃金電器有限公司