CN106856320B - 一种油井终端用电压保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种油井终端用电压保护电路，涉及保护电路技术领域，该电压保护电路既可以完成过压、欠压保护以及报警工作，又可以对抽油机倒发电馈能进行控制，从而消耗掉多余馈能，防止对供电母线造成冲击。一种油井终端用电压保护电路，包括：采样电阻，第一比较器、第二比较器、第三比较器，第一比较器连接有提供油井终端过压电压值的第一电源以及第一光耦合器，第二比较器连接有提供油井终端欠压电压值的第二电源以及第二光耦合器，第三比较器连接有提供油井终端门限电压值的第三电源以及光耦驱动芯片，光耦驱动芯片进一步与IGBT绝缘栅双极型晶体管相连接。

Description

一种油井终端用电压保护电路
技术领域
本发明涉及保护电路技术领域，尤其涉及一种油井终端用电压保护电路。
背景技术
作为油田生产过程中一种常用终端设备，游梁式抽油机因其构造简单、可靠性高、便于维护等特点，因而得到了广泛的应用。然而发明人在研究过程中发现，由于游梁式抽油机工作过程中负荷量变化较大，而且会因抽油机惯性从而出现倒发电状态，进而引起网测电流畸变，甚至谐波污染等问题出现。而现有的保护电路无法完全克服上述问题，最终导致抽油机功率变化大、能源浪费、整机稳定性差等缺陷。
发明内容
本发明提出了一种油井终端用电压保护电路，该电压保护电路既可以完成过压、欠压保护以及报警工作，又可以对抽油机倒发电馈能进行控制，从而消耗掉多余馈能，防止对供电母线造成冲击。
为解决上述技术问题，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种油井终端用电压保护电路，包括：
采样电阻，采样电阻的一端与油井终端供电线路相连接，采样电阻的另一端分别与第一比较器的负极输入端、第二比较器的负极输入端、第三比较器的负极输入端相连接；
第一比较器的正极输入端与提供油井终端过压电压值的第一电源相连接，第一比较器的输出端与第一光耦合器的输入端电连接，第一光耦合器的输出端输出油井终端过压信号；
第二比较器的正极输入端与提供油井终端欠压电压值的第二电源相连接，第二比较器的输出端与第二光耦合器的输入端电连接，第二光耦合器的输出端输出油井终端欠压信号；
第三比较器的正极输入端与提供油井终端门限电压值的第三电源相连接，第三比较器的输出端与光耦驱动芯片的正极输入端口电连接，光耦驱动芯片的输出端分别与NPN型三极管以及PNP型三极管的控制端相连接，NPN型三极管的输出端、PNP型三极管的输出端分别与IGBT绝缘栅双极型晶体管的门极相连接，IGBT绝缘栅双极型晶体管的发射极与油井终端供电线路相连接，IGBT绝缘栅双极型晶体管的集电极接地。
较为优选的，所述第一光耦合器中包括有第一发光二极管以及第一光敏半导体管，所述第一发光二极管的正极端与正10伏~正15伏的电源电压电连接，所述第一发光二极管的负极端与第一比较器的输出端相连接；
所述第二光耦合器中包括有第二发光二极管以及第二光敏半导体管，所述第二发光二极管的正极端与正10伏~正15伏的电源电压电连接，所述第二发光二极管的负极端与第二比较器的输出端相连接。
优选的，第一比较器的输出端与第一光耦合器的输入端之间还设置有第一限流电阻；
第二比较器的输出端与第二光耦合器的输入端之间还设置有第二限流电阻。
可选的，第三比较器的输出端与光耦驱动芯片的正极输入端口之间设置有第三限流电阻；
光耦驱动芯片的输出端与NPN型三极管以及PNP型三极管的控制端之间设置有第四限流电阻。
可选的，NPN型三极管的输出端与IGBT绝缘栅双极型晶体管的门极之间设置有第五限流电阻；
PNP型三极管的输出端与IGBT绝缘栅双极型晶体管的门极之间设置有第六限流电阻。
优选的，IGBT绝缘栅双极型晶体管的发射极与油井终端供电线路之间设置有稳压电容组。
优选的，NPN型三极管的输入端与正15伏~正20伏的电源电压电连接；
PNP型三极管的输入端与负10伏~负20伏的电源电压电连接。
本发明提供了一种油井终端用电压保护电路，该电压保护电路包括有采样电阻、第一比较器、第二比较器、第三比较器，第一比较器连接有提供油井终端过压电压值的第一电源以及第一光耦合器，第二比较器连接有提供油井终端欠压电压值的第二电源以及第二光耦合器，第三比较器连接有提供油井终端门限电压值的第三电源以及光耦驱动芯片，光耦驱动芯片进一步与IGBT绝缘栅双极型晶体管相连接。具有上述结构的油井终端用电压保护电路，其可采集供电线路中过压以及欠压的电压状态并通知中控单元进行相应的报警处理；此外，该电压保护电路还可以采集供电线路中倒发电馈能状况，并及时导通IGBT绝缘栅双极型晶体管以及稳压电容组，从而将油井终端供电线路上的多余馈能吸收消耗掉，保护抽油机以及供电线路的安全。
附图说明
图1为本发明一种油井终端用电压保护电路的电路示意图。
具体实施方式
本发明提出了一种油井终端用电压保护电路，该电压保护电路既可以完成过压、欠压保护以及报警工作，又可以对抽油机倒发电馈能进行控制，从而消耗掉多余馈能，防止对供电母线造成冲击。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合下述附图对本发明实施例做详细描述。
本发明提出了一种油井终端用电压保护电路，如图1所示，该电压保护电路中包括：采样电阻R1、第一比较器A1、第二比较器A2、第三比较器A3。其中，采样电阻R1的一端与油井终端供电线路相连接，另一端分别与第一比较器A1的负极输入端、第二比较器A2的负极输入端、第三比较器A3的负极输入端相连接。
第一比较器A1的正极输入端与第一电源V1相连接，第一电源V1用于提供油井终端过压电压值，第一比较器A1的输出端与第一耦合器OC1的输入端电连接。作为一种较为优选的实施方式，第一耦合器OC1中包括有第一发光二极管以及第一光敏半导体管，其中，第一发光二极管的负极端与第一比较器A1的输出端相连接，第一发光二极管的正极端与正10伏~正15伏的电源电压电连接（优选正10伏的电源电压）；第一光敏半导体管的一端接地，其另一端用于输出油井终端过压信号OUT1。此外，为保护第一发光二极管，较为优选的，第一比较器A1的输出端与第一光耦合器OC1的输入端之间还设置有第一限流电阻R11。
值得注意的是，当第一比较器A1比较得出第一采样电阻R1所采集的供电线路上的实时电压Vi大于过压电压值V1时，该结果会进一步触发第一光耦合器开启并由其输出端输出过压信号，从而通知中控单元触发报警以及切断供电电源等紧急动作，保护抽油机的使用安全。
而第二比较器A2的正极输入端与第二电源V2相连接，第二电源V2用于提供油井终端欠压电压值，第二比较器A2的输出端与第二光耦合器OC2的输入端电连接。作为一种较为优选的实施方式，第二耦合器OC2中包括有第二发光二极管以及第二光敏半导体管，其中，第二发光二极管的负极端与第二比较器A2的输出端相连接，第二发光二极管的正极端与正10伏~正15伏的电源电压电连接（优选正10伏的电源电压）；第二光敏半导体管的一端接地，其另一端用于输出油井终端过压信号OUT2。此外，为保护第二发光二极管，较为优选的，第二比较器A2的输出端与第二光耦合器OC2的输入端之间还设置有第二限流电阻R21。
与第一比较器A1相类似，当第二比较器A2比较得出第一采样电阻R1所采集的供电线路上的实时电压Vi小于欠压电压值V2时，该结果会进一步触发第二光耦合器开启并由其输出端输出欠压信号，从而通知中控单元触发报警，并暂停抽油机的运行，防止因欠压而产生的运转风险。
另一方面，如图1所示，第三比较器A3的正极输入端与第三电源V3相连接，第三电源V3用于提供油井终端门限电压值，第三比较器A3的输出端与光耦驱动芯片的正极输入端口（IF+极端口）电连接，该光耦驱动芯片优选使用PC923芯片。其中，光耦驱动芯片PC923的输出端分别与NPN型三极管Q1的控制端以及PNP型三极管Q2的控制端相连接；可选的，PC923光耦驱动芯片的正极以及NPN型三极管Q1输入端与正15伏~正20伏的电源电压电连接，正电源电压优选使用正15伏电压；PC923光耦驱动芯片的负极以及PNP型三极管的输入端与负10伏~负20伏的电源电压电连接，负电源电压优选使用负18伏电压。而NPN型三极管Q1的输出端、PNP型三极管Q2的输出端分别与IGBT绝缘栅双极型晶体管的门极G极相连接，IGBT绝缘栅双极型晶体管的发射极E极与油井终端供电线路相连接，IGBT绝缘栅双极型晶体管的集电极G极接地，该IGBT绝缘栅双极型晶体管应选择其耐压不低于1200V，最大负荷电流150~200A。
作为一种较为优选的实施方式，第三比较器A3的输出端与光耦驱动芯片PC923的正极输入端口IF+之间进一步设置有第三限流电阻R31；光耦驱动芯片PC923的输出端与NPN型三极管Q1的控制端以及PNP型三极管Q2的控制端之间进一步设置有第四限流电阻R41。此外可选的，在NPN型三极管Q1的输出端与IGBT绝缘栅双极型晶体管的门极G极之间还设置有第五限流电阻R51，PNP型三极管Q2的输出端与IGBT绝缘栅双极型晶体管的门极G极之间设置有第六限流电阻R61。而IGBT绝缘栅双极型晶体管的发射极E极与油井终端供电线路之间还可进一步设置有稳压电容组C1。
当第三比较器A3比较得出第一采样电阻R1所采集的供电线路上的实时电压Vi超出预设的门限电压值V3时，该比较结果会传递至PC923光耦驱动芯片，并由PC923光耦驱动芯片生成触发IGBT绝缘栅双极型晶体管导通的控制信号。具体的，当PC923光耦驱动芯片的OUT端口输出高电平时，NPN型三极管Q1开启、PNP型三极管Q2关闭，此时正15伏电压加载至IGBT绝缘栅双极型晶体管的门极G极从而将IGBT开通，进而使得稳压电容组C1充电，对直流母线上馈能进行消耗。而当PC923光耦驱动芯片的OUT端口输出低电平时，NPN型三极管Q1关闭、PNP型三极管Q2开启，此时负18伏加载至IGBT绝缘栅双极型晶体管的门极G极从而将IGBT关闭，稳压电容组C1将之前蓄能反馈给直流母线，保证直流母线的可靠性。
本发明提供了一种油井终端用电压保护电路，该电压保护电路包括有采样电阻、第一比较器、第二比较器、第三比较器，第一比较器连接有提供油井终端过压电压值的第一电源以及第一光耦合器，第二比较器连接有提供油井终端欠压电压值的第二电源以及第二光耦合器，第三比较器连接有提供油井终端门限电压值的第三电源以及光耦驱动芯片，光耦驱动芯片进一步与IGBT绝缘栅双极型晶体管相连接。具有上述结构的油井终端用电压保护电路，其可采集供电线路中过压以及欠压的电压状态并通知中控单元进行相应的报警处理；此外，该电压保护电路还可以采集供电线路中倒发电馈能状况，并及时导通IGBT绝缘栅双极型晶体管以及稳压电容组，从而将油井终端供电线路上的多余馈能吸收消耗掉，保护抽油机以及供电线路的安全。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种油井终端用电压保护电路，其特征在于，包括：
采样电阻，采样电阻的一端与油井终端供电线路相连接，采样电阻的另一端分别与第一比较器的负极输入端、第二比较器的负极输入端、第三比较器的负极输入端相连接；
第一比较器的正极输入端与提供油井终端过压电压值的第一电源相连接，第一比较器的输出端与第一光耦合器的输入端电连接，第一光耦合器的输出端输出油井终端过压信号；
第二比较器的正极输入端与提供油井终端欠压电压值的第二电源相连接，第二比较器的输出端与第二光耦合器的输入端电连接，第二光耦合器的输出端输出油井终端欠压信号；
第三比较器的正极输入端与提供油井终端门限电压值的第三电源相连接，第三比较器的输出端与光耦驱动芯片的正极输入端口电连接，光耦驱动芯片的输出端分别与NPN型三极管以及PNP型三极管的控制端相连接，NPN型三极管的输出端、PNP型三极管的输出端分别与IGBT绝缘栅双极型晶体管的门极相连接，IGBT绝缘栅双极型晶体管的发射极与油井终端供电线路相连接，IGBT绝缘栅双极型晶体管的集电极接地；
IGBT绝缘栅双极型晶体管的发射极与油井终端供电线路之间设置有稳压电容组。
2.根据权利要求1所述的一种油井终端用电压保护电路，其特征在于，
所述第一光耦合器中包括有第一发光二极管以及第一光敏半导体管，所述第一发光二极管的正极端与正10伏~正15伏的电源电压电连接，所述第一发光二极管的负极端与第一比较器的输出端相连接；
所述第二光耦合器中包括有第二发光二极管以及第二光敏半导体管，所述第二发光二极管的正极端与正10伏~正15伏的电源电压电连接，所述第二发光二极管的负极端与第二比较器的输出端相连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种油井终端用电压保护电路，其特征在于，第一比较器的输出端与第一光耦合器的输入端之间还设置有第一限流电阻；
第二比较器的输出端与第二光耦合器的输入端之间还设置有第二限流电阻。
4.根据权利要求1所述的一种油井终端用电压保护电路，其特征在于，第三比较器的输出端与光耦驱动芯片的正极输入端口之间设置有第三限流电阻；
光耦驱动芯片的输出端与NPN型三极管以及PNP型三极管的控制端之间设置有第四限流电阻。
5.根据权利要求1所述的一种油井终端用电压保护电路，其特征在于，NPN型三极管的输出端与IGBT绝缘栅双极型晶体管的门极之间设置有第五限流电阻；
PNP型三极管的输出端与IGBT绝缘栅双极型晶体管的门极之间设置有第六限流电阻。
6.根据权利要求1所述的一种油井终端用电压保护电路，其特征在于，
NPN型三极管的输入端与正15伏~正20伏的电源电压电连接；
PNP型三极管的输入端与负10伏~负20伏的电源电压电连接。
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