CN201270490Y - 一种抽油机大功率直流无刷电机的节能控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种抽油机大功率直流无刷电机的节能控制装置，包括节能管理单元，节能管理单元通过数据/控制总线分别与存储模块、直流无刷电动机变频驱动单元和直流无刷电动机回馈节能单元相连接，节能管理单元与键盘连接，直流无刷电动机变频驱动单元分别通过数据/控制总线、母线和电源总线与直流无刷电动机回馈节能单元相连接，直流无刷电动机变频驱动单元和直流无刷电动机回馈节能单元分别与母线电压检测模块连接。本实用新型装置，根据抽油机的工作特性，对大功率直流无刷电动机进行控制，将抽油机频繁调速过程中产生的再生电能回馈至电网，其回馈效率为97％，具有较好的节能效果。

Description

一种抽油机大功率直流无刷电机的节能控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种抽油机电机的控制装置，具体涉及一种抽油机大功率直流无刷电机的节能控制装置。

背景技术

永磁直流无刷电动机具有结构简单、体积小、重量轻、效率高、功率因数高等优点，将大功率直流无刷电动机作为抽油机的动力设备，取代传统的三相异步电机和变频器，可节约能源、降低成本。

抽油机使用的电机数量多、容量大、年运行时间长、导致耗电量大；且油田抽油机，特别是传统游梁式抽油机的工作区间分为上冲程和下冲程，不同工作区间抽油机的速度不同，其独特的工作特性，要求频繁调速，在频繁调速的过程中产生了较多的再生电能，而这部分再生电能无法回馈电网重新利用，只能通过电阻转化为热能消耗掉，造成能源浪费。

目前，主要通过改进直流无刷电动机的控制装置的结构，以达到降低能耗的目的，用于普通直流无刷电机的节能控制装置已经比较成熟，但缺少根据抽油机的工作特点、对大功率直流无刷电动机进行控制、并达到较好节能效果的控制装置。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种抽油机大功率直流无刷电机的节能控制装置，根据抽油机的工作特点，对大功率直流无刷电动机进行控制，具有较好的节能效果。

本实用新型所采用的技术方案是，一种抽油机大功率直流无刷电机的节能控制装置，包括节能管理单元，节能管理单元通过数据/控制总线分别与存储模块、直流无刷电动机变频驱动单元和直流无刷电动机回馈节能单元相连接，节能管理单元与键盘连接，直流无刷电动机变频驱动单元分别通过数据/控制总线、母线和电源总线与直流无刷电动机回馈节能单元相连接，直流无刷电动机变频驱动单元和直流无刷电动机回馈节能单元分别与母线电压检测模块连接。

本实用新型的特征还在于，

节能管理单元通过RS232/485标准数据接口与计算机/PDA相连接。

直流无刷电动机变频驱动单元包括电源管理模块，电源管理模块分别与核心DSP控制模块和反电动势采集模块相连接，核心DSP控制模块和反电动势采集模块分别与功率驱动模块连接，电源管理模块还与功率驱动模块连接，核心DSP控制模块还与反电动势采集模块连接。

直流无刷电动机回馈节能单元包括母线电压及电网参数检测模块，母线电压及电网参数检测模块分别与回馈PWM核心控制模块和回馈PWM功率驱动模块连接，回馈PWM核心控制模块和回馈PWM功率驱动模块分别与调理模块连接，母线电压及电网参数检测模块还与调理模块相连接，回馈PWM核心控制模块还与回馈PWM功率驱动模块连接。

核心DSP控制模块的CPU选用DSP。

回馈PWM核心控制模块的CPU选用DSP。

本实用新型节能控制装置的优点，

1.可依据抽油机的工况和油井的实际供液能力，动态调整抽取速度，节约电能，增加原油产量。

2.采用无级调速，调节合适的冲次，在满足泵效的情况下，电能消耗最小。同时，不需停产调节速度，提高了生产效率。

3.可根据抽油机的特殊工况，将转速控制分为上冲程转速控制和下冲程转速控制，上冲程提高电动机转速，下冲程降低电动机转速，减少漏失，提高泵效。

4.将直流无刷电机在调速过程中产生的再生电能实时回馈电网，达到最大程度的节能。

附图说明

图1是本实用新型节能控制装置一种实施例的结构示意图；

图2是本实用新型节能控制装置的工作流程图。

图中，1.节能管理单元，2.直流无刷电动机变频驱动单元，3.直流无刷电动机回馈节能单元，4.存储模块，5.母线，6.电源总线，7.键盘，8.数据/控制总线，9.计算机/PDA，10.抽油机相关冲程传感器，11.直流无刷电机，12.电网，13.母线电压检测模块。

其中，2-1.电源管理模块，2-2.核心DSP控制模块，2-3.反电动势采集模块，2-4.功率驱动模块，3-1.母线电压及电网参数检测模块，3-2.回馈PWM核心控制模块，3-3.回馈PWM功率驱动模块，3-4.调理模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型节能控制装置一种实施例的结构，如图1所示。该装置分别与外部设置的抽油机相关冲程传感器10、直流无刷电机11和电网12相连接。节能控制装置包括节能管理单元1，节能管理单元1通过数据/控制总线8分别与存储模块4、直流无刷电动机变频驱动单元2和直流无刷电动机回馈节能单元3相连接，节能管理单元1与键盘7连接，节能管理单元1通过RS232/485标准数据传输接口与计算机/PDA9相连，直流无刷电动机变频驱动单元2分别通过数据/控制总线8、母线5和电源总线6与直流无刷电动机回馈节能单元3相连接；直流无刷电动机变频驱动单元2和直流无刷电动机回馈节能单元3分别与母线电压检测模块13相连接。

直流无刷电动机变频驱动单元2包括电源管理模块2-1，电源管理模块2-1分别与核心DSP控制模块2-2和反电动势采集模块2-3相连接，核心DSP控制模块2-2和反电动势采集模块2-3分别与功率驱动模块2-4连接，电源管理模块2-1还与功率驱动模块2-4连接，核心DSP控制模块2-2还与反电动势采集模块2-3连接。

直流无刷电动机回馈节能单元3包括母线电压及电网参数检测模块3-1，母线电压及电网参数检测模块3-1分别与回馈PWM核心控制模块3-2和回馈PWM功率驱动模块3-3连接，回馈PWM核心控制模块3-2和回馈PWM功率驱动模块3-3分别与调理模块3-4连接，母线电压及电网参数检测模块3-1还与调理模块3-4相连接，回馈PWM核心控制模块3-2还与回馈PWM功率驱动模块3-3连接。

回馈PWM核心控制模块3-2与核心DSP控制模块2-2的CPU采用DSP。

本实用新型节能控制装置分别与抽油机相关冲程传感器10、直流无刷电机11和电网12相连接。

本实用新型控制节能装置通过键盘7或计算机/PDA4，将依据抽油机工作特点设定的控制参数输入节能管理单元1，该控制参数包括加减速曲线、上冲程冲次、下冲程冲次和直流无刷电动机回馈节能单元2的启动条件。

直流无刷电动机变频驱动单元2，根据直流无刷电动机的工作特性，对其进行驱动控制。其中，电源管理模块2-1的输入电压为380V，根据系统各部分所需，输出相应的电压，如输送到母线5的电压为540V。核心DSP控制模块2-2采集系统的相关参数，并对采集的参数进行分析、处理，生成所需的控制信号。功率驱动模块2-4对电动机进行功率驱动。反电动势采集模块2-3采集电动机的反电动势，经过调理后传输到核心DSP控制模块2-2，辅助完成直流无刷电机的换向控制。

直流无刷电动机回馈节能单元3中的母线电压及电网参数检测模块3-1将检测到的母线5的电压和电网的参数输送给回馈PWM核心控制模块3-2，母线5的电压超过预设值时，回馈PWM核心控制模块3-2根据电网参数生成控制信号输送给回馈PWM功率驱动模块3-3，回馈PWM功率驱动模块3-3生成与电网参数相匹配的电流波形经调理模块3-4滤波调理，然后，回馈给电网。

本实用新型节能控制装置的工作流程，如图2所示。

启动装置，读入计算机/PDA9或键盘7预先输入的设定的节能参数，该参数包括加减速曲线、运行速度、是否分上下冲程和对应的速度与回馈启动电压，根据读入的节能参数完成直流无刷电动机的软启动，对抽油机当前的速度进行判断，得到反电动势，通过对相关参数的处理完成直流无刷电动机的当前状态控制，并输出PWM控制信号，判断回馈启动，如果实时回馈启动，则根据当前电网参数生成PWM控制信号，通过功率放大完成实时回馈。同时，检测并读取母线电压值。

母线电压读取后，判断该电压是否超过预设值，若没有超过预设值，则停止实时回馈，若超过预设值，则进行实时回馈驱动。接着，装置显示是否根据冲程调节目标速度，若是，读取安装于抽油机的相关冲程传感器产生的信号，根据该信号确定抽油机的速度，若不是，则根据预先设定的参数确定抽油机的速度。之后，依据用户是否设定，输入节能参数并存储该节能参数，然后，确定是否停止节能装置的运行，如果不需停止，则返回读取母线电压值，继续进行运行，如果需停止，则节能装置停止运行。

本实用新型节能控制装置，可将抽油机频繁调速过程中产生的再生电能回馈至电网，直接与380V电网驳接，经检测，再生电能回馈电网的效率为97％。

Claims (6)

1.一种抽油机大功率直流无刷电机的节能控制装置，其特征在于，包括节能管理单元(1)，节能管理单元(1)通过数据/控制总线(8)分别与存储模块(4)、直流无刷电动机变频驱动单元(2)和直流无刷电动机回馈节能单元(3)相连接，所述节能管理单元(1)与键盘(7)连接，直流无刷电动机变频驱动单元(2)分别通过数据/控制总线(8)、母线(5)和电源总线(6)与直流无刷电动机回馈节能单元(3)相连接，所述直流无刷电动机变频驱动单元(2)和直流无刷电动机回馈节能单元(3)分别与母线电压检测模块(13)连接。

2.根据权利要求1所述的节能控制装置，其特征在于，所述的节能管理单元(1)通过RS232/485标准数据接口与计算机/PDA(9)相连接。

3.根据权利要求1所述的节能控制装置，其特征在于，所述直流无刷电动机变频驱动单元(2)包括电源管理模块(2-1)，电源管理模块(2-1)分别与核心DSP控制模块(2-2)和反电动势采集模块(2-3)相连接，核心DSP控制模块(2-2)和反电动势采集模块(2-3)分别与功率驱动模块(2-4)连接，电源管理模块(2-1)还与功率驱动模块(2-4)连接，核心DSP控制模块(2-2)还与反电动势采集模块(2-3)连接。

4.根据权利要求1所述的节能控制装置，其特征在于，所述的直流无刷电动机回馈节能单元(3)包括母线电压及电网参数检测模块(3-1)，母线电压及电网参数检测模块(3-1)分别与回馈PWM核心控制模块(3-2)和回馈PWM功率驱动模块(3-3)连接，回馈PWM核心控制模块(3-2)和回馈PWM功率驱动模块(3-3)分别与调理模块(3-4)连接，母线电压及电网参数检测模块(3-1)还与调理模块(3-4)相连接，回馈PWM核心控制模块(3-2)还与回馈PWM功率驱动模块(3-3)连接。

5.根据权利要求3所述的节能控制装置，其特征在于，所述核心DSP控制模块(2-2)的CPU选用DSP。

6.根据权利要求4所述的节能控制装置，其特征在于，所述回馈PWM核心控制模块(3-2)的CPU选用DSP。

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