CN201499132U - 抽油机专用变频节能控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种抽油机专用变频节能控制装置，包括机柜，机柜的上方设有散热口；变频器可拆卸安装在机柜内并通过单片机控制系统进行控制，变频器的上下两端设有风机；单片机控制系统设置在变频器中；制动单元与所述变频器电连接；制动电阻设置在所述变频器的上方并与制动单元连接在一起；隔板设置在制动电阻与变频器之间，隔板上设有风机。本实用新型可实现输出频率的连续自动调节，使抽油机的驱动电机处于最佳工作状态，减少了烧坏电缆接头和闸刀的问题，且未对产量未造成影响，提高了产液量，起到了调参效果的同时提高了泵效，降低了电力消耗，减少了无功功率，提高了线路的负载能力。

Description

抽油机专用变频节能控制装置

技术领域

本实用新型涉及抽油机技术领域，尤其涉及一种抽油机专用变频节能控制装置。

背景技术

目前，在石油开采中，电费支出约占吨油生产成本的三分之一，而抽油机作为油田最基本的设备，其节能降耗已显得更加重要。现在通常使用游梁式及皮带式抽油机，由于其具有较好的经济性和运动性能，所以得到越来越多的使用，但是仍存在诸多的问题：

(1)由于油井地下油层和供液量波动不稳，加之抽油机起动负荷很重，使得选配电机容量过大，然而抽油机在运行过程中，其驱动电机绝大多数都工作于“大马拉小车”的运行状态，负载率很低，致使电机的工作效率和功率因数都非常低，实际有功功率很小，而无功功率很大。

(2)抽油机选配电机容量较大的原因，除了抽油机起动负荷重之外，还有一重要原因就是现用电机在常规工频供电时起动转矩小，而起动电流却很大，在起动过程中对电网冲击很大，电压大幅下跌，同时会降低电机的寿命。

(3)抽油机的驱动电机若不附加专门的转速控制环节，无法实现冲次的连续平滑调节。然而，随着井下供液量的变化，为保证抽油泵的充满度，需要对抽油机冲次进行连续调节，甚至对其上、下冲程速度进行分别连续调节，这是提高抽油机采收率、提高原油产量和节能降耗的最有效措施。

(4)游梁式抽油机在上、下冲程切换和下冲程运行过程中，抽油泵总是时常呈现为位能性负载，导致驱动电机频频进入倒发电回馈制动状态，尽管通过对平衡配重块的适当调节，可以使电机的倒发电降低，但是由于油井工况变化较大，加之实际实施对平衡配重块的机械调整受现场诸多条件的限制，要达到完全平衡几乎是不可能的。这种不平衡馈能一方面会对电网带来冲击波动，影响其他负载，另一方面电机的电动状态和发电状态的频繁切换，也增加了电机的无谓损耗。上述四个方面的问题，都统一贯穿一个电能消耗的核心问题，油田生产的能耗是一个综合的系统耗能过程，难以在局部的节能改造中真正见效，如需要真正降低吨液耗电量，一方面要配备性能优越、可靠性高的控制装置，另一方面造价低廉便于大面积推广使用。

另外，现有的节能控制装置一般采用机柜，风机设置在机柜的底部，这样在工作时杂物随着风容易进入机柜内部，从而影响机柜内部零部件的寿命，且现有的节能控制装置通风效果不好，无法良好的散热。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可实现输出频率的连续自动调节，使抽油机的驱动电机处于最佳工作状态，能源利用率高，散热性能良好，可延长零部件的使用寿命，且节能效果明显的抽油机专用变频节能控制装置。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：抽油机专用变频节能控制装置，包括机柜，所述机柜的上方设有散热口；变频器，所述变频器可拆卸安装在所述机柜内并通过所述单片机控制系统进行控制，所述变频器的上下两端设有变频器散热风机；单片机控制系统，所述单片机控制系统设置在变频器中；制动单元，所述制动单元与所述变频器电连接；制动电阻，所述制动电阻设置在所述变频器的上方并与所述制动单元连接在一起；隔板，所述隔板设置在所述制动电阻与所述变频器之间，所述隔板上设有风机。

作为一种改进，所述变频器包括逆变电路以及与所述逆变电路电连接的整流滤波电路，在逆变电路功率模块的控制极连接有驱动电路，所述驱动电路电连接有倒发电耗能处理回路，所述倒发电耗能处理回路与所述制动单元电连接，所述驱动电路的前端与单片机控制系统连接。

采用了上述技术方案后，本实用新型取得的有益效果是：通过单片机控制系统与变频技术相结合，最为适合交流电机对抽油机的驱动匹配，调节抽油机的冲次，使上下冲程转速范围拓宽，有效的控制电机实现高速和低速的转换，实现了平滑无极调速，起到抽油机的软启动、软停止，从而避免抽油机的机械冲击，延长了抽油机的检泵周期，降低了作业费用和皮带等材料的消耗；通过在制动电阻与变频器之间设置隔板，然后在隔板上设置风机，这样可以使隔板上方的制动电阻和隔板下方的变频器分隔开，从而使制动电阻散发的热量不易进入变频器内等零部件中，便于散热。本实用新型可实现输出频率的连续自动调节，使抽油机的驱动电机处于最佳工作状态，从而减少烧坏电缆接头和闸刀的问题，且未对产量造成影响，提高了产液量，起到了调参效果的同时提高了泵效，降低了电力消耗，减少了无功电流，提高了线路的负载能力，从而对油田的推广具有较高的经济效益。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的原理图；

图3是本实用新型变频器的电路原理图；

图中：1.机柜；2.隔板；3.变频器；4.制动单元；5.制动电阻；6.隔板散热风机；7.散热口；8.变频器散热风机；9.过滤网；10.百叶窗；11.整流电路；12.倒发电耗能处理回路；13.逆变电路。

具体实施方式

如图1和图2所示，抽油机专用变频节能控制装置，包括机柜1、单片机控制系统、变频器3、制动单元4和制动电阻5。其中在机柜1的上方设有散热口7，这个散热口7设置在机柜1的顶盖上，它比机柜1的柜体宽大，能防止雨雪进入；散热口7上设有过滤网9，防止飞虫进入而影响工作。

在机柜1的下方设有百叶窗10，通过这种结构可以增大空气进入机柜1内，提高散热效果，另外，在靠近百叶窗10的柜体内部不安排任何元器件，防止雨雪从侧面进去，对元器件造成影响。

单片机控制系统设置在变频器3中，通过单片机控制系统可参数读取，控制电机软启动；然后通过单片机的两个定时器配合工作，产生SPWM控制信号；再依据检测电路提供的直流侧电流值，实时计算电机的负载率，并依据负载率的大小，改变SPWM控制开关信号的调制规律，实现抽油机电机工作电压对负载变化的动态跟踪。另外，还可以控制耗能单元的开通和关断，对抽油机的倒发电能量及时处理。

上述的制动单元4与所述变频器3电连接，制动电阻5设置在所述变频器3的上方并与所述制动单元4连接在一起，通过这种结构可实现输出频率的连续自动调节，使抽油机的驱动电机处于最佳工作状态。由于变频对电动机的启动电流小，启动转矩大，软启动平稳，从而使抽油机对电动机的额定功率要求减小，而且电动机效率和功率因数提高，电耗降低，通过变频技术也可改善电动机的工作电压和电流波形，使转矩没有脉动，从而减少电动机的损耗。

由于变频器3可拆卸安装在所述机柜1内，这样在维修时可直接拆下变频器3进行维修，不影响工作，使用、维修方便。

如图2所示，所述的变频器3包括逆变电路以及与所述逆变电路电连接的整流滤波电路，在逆变电路功率模块的控制极连接有驱动电路，所述驱动电路电连接有倒发电耗能处理回路，所述倒发电耗能处理回路与所述制动单元4电连接，所述驱动电路的前端与单片机控制系统连接。通过这种结构可以调节抽油机的冲次，使上下冲程转速范围拓宽，有效的控制电机实现高速和低速的转换，实现了平滑无极调速，起到抽油机的软启动、软停止，从而避免抽油机的机械冲击，延长了抽油机的检泵周期，降低了作业费用和皮带等材料的消耗。当然，也可以在柜机1上设置手动切换控制按钮，这样可实现变频/工频的切换，使用方便。在工作时，可根据油井工况，通过单片机控制系统设定好适合的参数，使抽油杆慢提快放，增加柱塞泵充液时间，提高了泵效。另外，通过变频技术可提高高电网的侧功率因数，降低电网及变压器的线路电流，无功功率大为降低，从而使供电线路损耗和无功消耗大为减小，从而节约了成本。

如图3所示，其中，方框11为三相桥式二极管整流电路，对于共阴极组的3个二极管，阳极所接交流电压值最大的一个导通。而对于共阳极组的3个二极管，阴极所接交流电压值最低的一个导通。任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个二极管处于导通状态，起到对电路进行整流的作用。

方框12为倒发电耗能处理回路，通过判断倒发电发生的时刻，及时开通此回路的IGBT，让能量消耗在此回路的大功率电阻中。

方框13为SPWM逆变电路，采用的是双极性控制方式的电压型三相桥式逆变电路。此电路采用180°方波控制，通常称为180°导电型方波控制方式，即每个桥臂的导电角度为180°，同一相上、下两个桥臂交替导电，互补同短。3个半桥各自按照180°方波控制，但各控制方波在相位上依次相差120°。为了防止同一相上下两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电源的短路，采取“先断后通”的方法。即先给应断的器件关断信号，待其关断后留一定的时间裕量，然后再给应导通的器件发出开通信号，即在两者之间留一个短暂的死区时间。此电路输出所含谐波次数均为n＝6k±1，即不含偶次谐波(因为半波对称)，尤其不含3的整倍次谐波，从而大大减少输出电压中所含谐波，使输出电流接近正弦波，而对输出回路的基波功率因数没有影响。

如图1所示，隔板2设置在所述制动电阻5与所述变频器3之间，所述隔板2上设有隔板散热风机6，由于在变频器3的上下两端也设有变频器散热风机8，而且所述的变频器散热风机8与所述隔板散热风机6同轴设置，即从空间上看，变频器散热风机8与所述隔板散热风机6共用一个中心对称轴，这种结构可加大风量的强度，提高散热效果。

本实用新型不局限于上述具体实施方式，本领域的技术人员从上述启示出发，所想到的其它替换结构均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.抽油机专用变频节能控制装置，包括

机柜，所述机柜的上方设有散热口；其特征在于：

所述抽油机专用变频节能控制装置还包括

变频器，所述变频器可拆卸安装在所述机柜内并通过所述单片机控制系统进行控制，所述变频器的上下两端设有变频器散热风机；

单片机控制系统，所述单片机控制系统设置在变频器中；

制动单元，所述制动单元与所述变频器电连接；

制动电阻，所述制动电阻设置在所述变频器的上方并与所述制动单元连接在一起；

隔板，所述隔板设置在所述制动电阻与所述变频器之间，所述隔板上设有隔板散热风机。

2.根据权利要求1所述的抽油机专用变频节能控制装置，其特征在于：所述变频器包括逆变电路以及与所述逆变电路电连接的整流滤波电路，在逆变电路功率模块的控制极连接有驱动电路，所述驱动电路电连接有倒发电耗能处理回路，所述倒发电耗能处理回路与所述制动单元电连接，所述驱动电路的前端与单片机控制系统连接。

3.根据权利要求2所述的抽油机专用变频节能控制装置，其特征在于：所述散热口处设有过滤网。

4.根据权利要求3所述的抽油机专用变频节能控制装置，其特征在于：所述变频器散热风机与所述隔板散热风机同轴设置。

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