CN201616793U - 一种抽油机电动机节能控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种抽油机电动机节能控制系统，通过将断续供电和星三角变换相结合的技术进一步与无功补偿技术方案有机结合起来，构成了一个协调控制的一体化节能系统，从而能够根据系统实际运行中负载的变化和单位时间内冲次的多少，从系统提供的星接运行与无功补偿相结合、星接运行模式下的断续供电与无功补偿相结合、角接运行与无功补偿相结合以及角接运行模式下的断续供电和无功补偿相结合的节能控制方式中，自动选择最适合的节能运行方式，从而有效提高了抽油机电动机的功率因数，解决了现有技术中平均功率因数偏低的问题。

Description

一种抽油机电动机节能控制系统

技术领域

本实用新型涉及电动机节能控制技术领域，尤其涉及一种抽油机电动机节能控制系统。

背景技术

抽油机电动机的抽油泵安装于抽油井中，通常位于地面下数百米深，甚至一、两千米深的位置，抽油泵与地面上驱动机构之间通过钢质的细长杆(抽油杆)连接。一般来说，长度一千米的抽油杆的重量达到4-5吨，抽油杆完成一个工作冲程，即完成一个向上再向下的工作循环，可以抽出几公斤液体。

抽油杆上升的过程中，抽油机电动机需要很大的功率，而抽油杆下降的过程中，根本不需要抽油机电动机驱动，仅仅靠抽油杆的自重就会加速向下运动，并且带动抽油机电动机的转子也相应地加速运动。当抽油机电动机的转速超过电动机同步速后，抽油机电动机就进入发电机工作状态。抽油机电动机工作于发电机工况时，自身需要消耗更多的有功功率和无功功率，而剩余的输送到电网的功率又会在线路与变压器上产生能耗。

可见，抽油机电动机的一个工作循环中存在一个需要消耗电功率的时间段与一个不需要消耗电功率的时间段。抽油机电动机断续供电的原理是根据抽油机电动机在一个冲程中实际消耗功率的变化情况对抽油机电动机进行通电与断电的控制。在抽油机电动机需要功率时，让抽油机电动机通电运行，在抽油机电动机不需要功率时，让抽油机电动机断电运行。抽油机断电运行是靠自身的重力势能释放及机构的惯性继续运行。

现有技术中，抽油机电动机的节能控制主要是断续供电与星三角变换相结合。

但是，在实际的应用当中，因为抽油机的启动困难，为了保证顺利启动，安装的电动机额定功率很大。例如，所安装的电动机的额定功率是45千瓦，而上冲程的最大功率是15～20千瓦，下冲程的功率为-1～-5千瓦，一个完整的冲程的平均功率往往只有8～10千瓦。因而即使采用这种断续供电与星三角变换相结合的节能控制方法，其平均功率因数一般也只有0.5-0.7左右，仍然不能满足抽油机电动机的节能运行要求。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种抽油机电动机节能控制方法和系统，以解决现有技术中平均功率因数偏低的问题。技术方案如下：

本实用新型提供一种抽油机电动机节能控制系统，应用于抽油机电动机的三相定子绕组上，包括：

第一判断单元，判断所述抽油机电动机是否适合星接；

第一动作单元，当所述第一判断单元的判断结果为是时，将所述抽油机电动机的三相定子绕组转换为星接，且将与所述三相定子绕组并联的电容器转换为星接；

第二判断单元，当所述第一动作单元动作完成后，判断所述抽油机电动机是否适合星接断续供电；

第二动作单元，当所述第二判断单元的判断结果为是时，将所述抽油机电动机进行星接断续供电；

第三判断单元，当所述第二动作单元的动作完成后，判断所述抽油机电动机是否应该角接；

第三动作单元，当所述第三判断单元的判断结果为是时，将所述抽油机电动机的三相定子绕组转换为角接，且将与所述三相定子绕组并联的电容器转换为角接；

第四判断单元，当所述第三动作单元的动作完成后，判断所述抽油机电动机是否适合角接断续供电；

第四动作单元，当所述第四判断单元的判断结果为是时，将所述抽油机电动机进行角接断续供电；

第五判断单元，当所述第四动作单元的动作完成后，判断所述抽油机电动机是否适合星接；

第五动作单元，当所述第五判断单元的判断结果为是时，由第一动作单元将所述抽油机电动机的三相定子绕组转换为星接，且将与所述三相定子绕组并联的电容器转换为星接；当所述第五判断单元的判断结果为否时，由第四判断单元继续判断所述抽油机电动机是否适合角接断续供电。

优选地，所述第一动作单元包括：

第一断电子单元，当有功功率的最大值与额定功率的比值小于预定阀值时，先断开电容器与三相定子绕组的连接，再断开三相定子绕组与电源的连接；

第一通电子单元，当所述抽油机电动机的转速与旋转磁场同步转速的差值小于预定阀值时，将抽油机电动机的三相定子绕组转换为星接，接通三相定子绕组的电源；将与三相定子绕组并联的电容器转换为星接，接通电容器与三相定子绕组的连接。

优选地，所述第二动作单元包括：

第二断电子单元，当所述有功功率的负功率或零功率的持续时长大于或等于预定时长时，先断开电容器与星接三相定子绕组的连接，再断开星接三相定子绕组的电源；

第二通电子单元，当所述抽油机电动机的转速与旋转磁场同步转速的差值小于预定阀值时，先接通星接三相定子绕组的电源；再接通电容器与星接三相定子绕组的连接。

优选地，所述第三动作单元包括：

第三断电子单元，当所述有功功率的最大值与额定功率的比值大于或等于预定阀值时，先断开电容器与三相定子绕组的连接，再断开三相定子绕组与电源的连接；

第三通电子单元，当所述抽油机电动机的转速与旋转磁场同步转速的差值小于预定阀值时，将抽油机电动机的三相定子绕组转换为角接，接通三相定子绕组的电源；将与三相定子绕组并联的电容器转换为角接，接通电容器与三相定子绕组的连接。

优选地，所述第四动作单元包括：

第四断电子单元，当所述有功功率的负功率或零功率的持续时长大于或等于预定时长时，先断开电容器与角接三相定子绕组的连接，再断开角接三相定子绕组的电源；

第四通电子单元，当所述抽油机电动机的转速与旋转磁场同步转速的差值小于预定阀值时，先接通角接三相定子绕组的电源；再接通电容器与角接三相定子绕组的连接。

优选地，所述电容器中的三相电容器与三相定子绕组的每相定子绕组分别并联。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：将断续供电和星三角变换相结合的技术进一步与无功补偿技术方案有机结合起来，构成了一个协调控制的一体化节能系统，从而能够根据实际运行中负载的变化和单位时间内冲次的多少选择最优的节能运行方式，有效提高了抽油机电动机的功率因数。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种抽油机电动机节能控制系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的第一动作单元的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的第二动作单元的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的第三动作单元的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的第四动作单元的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的抽油机电动机节能控制系统的电路结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的微机控制器控制的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

参见图1所示，本实用新型提供的抽油机电动机节能控制系统包括：

第一判断单元601，判断所述抽油机电动机是否适合星接；

第一动作单元602，当所述第一判断单元601的判断结果为是时，将所述抽油机电动机的三相定子绕组转换为星接，且将与所述三相定子绕组并联的电容器转换为星接；

第二判断单元603，当所述第一动作单元602动作完成后，判断所述抽油机电动机是否适合星接断续供电；

第二动作单元604，当所述第二判断单元603的判断结果为是时，将所述抽油机电动机进行星接断续供电；

第三判断单元605，当所述第二动作单元604的动作完成后，判断所述抽油机电动机是否应该角接；

第三动作单元606，当所述第三判断单元605的判断结果为是时，将所述抽油机电动机的三相定子绕组转换为角接，且将与所述三相定子绕组并联的电容器转换为角接；

第四判断单元607，当所述第三动作单元606的动作完成后，判断所述抽油机电动机是否适合角接断续供电；

第四动作单元608，当所述第四判断单元607的判断结果为是时，将所述抽油机电动机进行角接断续供电；

第五判断单元609，当所述第四动作单元608的动作完成后，判断所述抽油机电动机是否适合星接；

第五动作单元610，当所述第五判断单元609的判断结果为是时，由第一动作单元602将所述抽油机电动机的三相定子绕组转换为星接，且将与所述三相定子绕组并联的电容器转换为星接；当所述第五判断单元609的判断结果为否时，由第四判断单元607继续判断所述抽油机电动机是否适合角接断续供电。

参见图2所示，所述第一动作单元602可以包括：

第一断电子单元602a，当有功功率的最大值与额定功率的比值小于预定阀值时，先断开电容器与三相定子绕组的连接，再断开三相定子绕组与电源的连接；

第一通电子单元602b，当所述抽油机电动机的转速与旋转磁场同步转速的差值小于预定阀值时，将抽油机电动机的三相定子绕组转换为星接，接通三相定子绕组的电源；将与三相定子绕组并联的电容器转换为星接，接通电容器与三相定子绕组的连接。

参见图3所示，所述第二动作单元604可以包括：

第二断电子单元604a，当所述有功功率的负功率或零功率的持续时长大于或等于预定时长时，先断开电容器与星接三相定子绕组的连接，再断开星接三相定子绕组的电源；

第二通电子单元604b，当所述抽油机电动机的转速与旋转磁场同步转速的差值小于预定阀值时，先接通星接三相定子绕组的电源；再接通电容器与星接三相定子绕组的连接。

参见图4所示，所述第三动作单元606可以包括：

第三断电子单元606a，当所述有功功率的最大值与额定功率的比值大于或等于预定阀值时，先断开电容器与三相定子绕组的连接，再断开三相定子绕组与电源的连接；

第三通电子单元606b，当所述抽油机电动机的转速与旋转磁场同步转速的差值小于预定阀值时，将抽油机电动机的三相定子绕组转换为角接，接通三相定子绕组的电源；将与三相定子绕组并联的电容器转换为角接，接通电容器与三相定子绕组的连接。

参见图5所示，所述第四动作单元608可以包括：

第四断电子单元608a，当所述有功功率的负功率或零功率的持续时长大于或等于预定时长时，先断开电容器与角接三相定子绕组的连接，再断开角接三相定子绕组的电源。

第四通电子单元608b，当所述抽油机电动机的转速与旋转磁场同步转速的差值小于预定阀值时，先接通角接三相定子绕组的电源；再接通电容器与角接三相定子绕组的连接。

相应于以上的系统实施例，本实用新型还提供了实施本实用新型的电路示意图，应用于上述的方法和系统实施例中。

如图6所示，U、V和W是三相电源；QF1与QF2是断路器；KM1、KM2与KM3是微机控制的接触器；U1-U2、V1-V2、W1-W2依次是电动机A、B、C三相定子绕组的首尾端。此外，微机控制的固态继电器用于控制电容器的接通或者断开电源；图中的标示的晶闸管是由微机控制的三组反并联的晶闸管，用于在断续供电的情况下控制电动机的三相绕组接通或者断开电源，在接通时通过精确控制电源电压的相位，实现电压有小到大施加，实现电源的快速软投入。

由图中可以看出，当断路器QF2合上后，电容器就与电动机的各相绕组并联，且电容器的连接方式跟随电动机三相定子绕组的连接方式变化。此外，断路器QF2还与固态继电器配合，完成星角转换或断续供电过程中的通断电。具体的，断电时，先断开固态继电器，再断开QF2；通电时，先接通QF2，再接通固态继电器。

当KM1与KM2断开，KM3合上时，电动机三相定子绕组属于星接，于是就得到星接运行模式下断续供电与无功补偿结合的节能技术方案。显然，如果晶闸管总是导通的，就得到星接运行与无功补偿相结合的节能技术方案。

当KM1与KM3断开，KM2合上时，电动机三相定子绕组属于角接，于是得到角接运行模式下断续供电与无功补偿结合的节能技术方案。当然，如果晶闸管总是导通的，就得到角接运行与无功补偿相结合的节能技术方案。

此外，需要说明的是，本实用新型所提供的节能控制系统是一个由微机控制器控制的全自动系统。

参考图7所示，U1、V1和W1是三相电源的输入端，CTa、CTb和CTc是电流互感器，用于检测电动机三相电流，检测得到的电流输入信号直接输入微机控制器。PTa、PTb和PTc是电压互感器，用于检测电动机的三相电压，检测得到的电压输入信号直接输入微机控制器。微机控制器根据检测得到的电流值和电压值计算得到电动机的有功功率，再根据相关条件对系统进行控制。

KA1、KA2和KA3分别是用于控制KM1、KM2和KM3电磁线圈通断的开关。GO1、GO2和GO3分别是用于控制KA1、KA2和KA3的信号，当有输出信号时，通过分别控制KA1、KA2和KA3，分别使其各自对应的电磁线圈接通。G1、G2和G3是用于控制固态继电器通断的信号，有输出信号时导通。K1、K2和K3是控制晶闸管通断的信号，有输出信号时导通。gnd是电源地。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种抽油机电动机节能控制系统，其特征在于，应用于抽油机电动机的三相定子绕组上，包括：

第一判断单元，判断所述抽油机电动机是否适合星接；

第一动作单元，当所述第一判断单元的判断结果为是时，将所述抽油机电动机的三相定子绕组转换为星接，且将与所述三相定子绕组并联的电容器转换为星接；

第二判断单元，当所述第一动作单元动作完成后，判断所述抽油机电动机是否适合星接断续供电；

第二动作单元，当所述第二判断单元的判断结果为是时，将所述抽油机电动机进行星接断续供电；

第三判断单元，当所述第二动作单元的动作完成后，判断所述抽油机电动机是否应该角接；

第三动作单元，当所述第三判断单元的判断结果为是时，将所述抽油机电动机的三相定子绕组转换为角接，且将与所述三相定子绕组并联的电容器转换为角接；

第四判断单元，当所述第三动作单元的动作完成后，判断所述抽油机电动机是否适合角接断续供电；

第四动作单元，当所述第四判断单元的判断结果为是时，将所述抽油机电动机进行角接断续供电；

第五判断单元，当所述第四动作单元的动作完成后，判断所述抽油机电动机是否适合星接；

第五动作单元，当所述第五判断单元的判断结果为是时，由第一动作单元将所述抽油机电动机的三相定子绕组转换为星接，且将与所述三相定子绕组并联的电容器转换为星接；当所述第五判断单元的判断结果为否时，由第四判断单元继续判断所述抽油机电动机是否适合角接断续供电。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一动作单元包括：

第一断电子单元，当有功功率的最大值与额定功率的比值小于预定阀值时，先断开电容器与三相定子绕组的连接，再断开三相定子绕组与电源的连接；

第一通电子单元，当所述抽油机电动机的转速与旋转磁场同步转速的差值小于预定阀值时，将抽油机电动机的三相定子绕组转换为星接，接通三相定子绕组的电源；将与三相定子绕组并联的电容器转换为星接，接通电容器与三相定子绕组的连接。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二动作单元包括：

第二断电子单元，当所述有功功率的负功率或零功率的持续时长大于或等于预定时长时，先断开电容器与星接三相定子绕组的连接，再断开星接三相定子绕组的电源；

第二通电子单元，当所述抽油机电动机的转速与旋转磁场同步转速的差值小于预定阀值时，先接通星接三相定子绕组的电源；再接通电容器与星接三相定子绕组的连接。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第三动作单元包括：

第三断电子单元，当所述有功功率的最大值与额定功率的比值大于或等于预定阀值时，先断开电容器与三相定子绕组的连接，再断开三相定子绕组与电源的连接；

第三通电子单元，当所述抽油机电动机的转速与旋转磁场同步转速的差值小于预定阀值时，将抽油机电动机的三相定子绕组转换为角接，接通三相定子绕组的电源；将与三相定子绕组并联的电容器转换为角接，接通电容器与三相定子绕组的连接。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第四动作单元包括：

第四断电子单元，当所述有功功率的负功率或零功率的持续时长大于或等于预定时长时，先断开电容器与角接三相定子绕组的连接，再断开角接三相定子绕组的电源；

第四通电子单元，当所述抽油机电动机的转速与旋转磁场同步转速的差值小于预定阀值时，先接通角接三相定子绕组的电源；再接通电容器与角接三相定子绕组的连接。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的系统，其特征在于，所述电容器中的三相电容器与三相定子绕组的每相定子绕组分别并联。

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