CN2125733U - 一种游梁式抽油机的数控动力装置 - Google Patents

Abstract

一种游梁式抽油机的数控动力装置。它有定子、 稀土永磁材料制造的转子等，其特征在于：在定子线 圈，有一端与供电交流电网相连，另一端接有可变频 电源变换器的接有双掷开关，在电网中接有电网频率 相位取样装置，有标准工业控制介面，在其中插测量 适配模块、控制适配模块，有可以和其它设备共用的 中央控制计算机，通过串口与标准工业控制介面相 连。使用中央控制计算机测控可变频电源变换器的 变频起动，起动容易，入网切换方便。

Description

一种游梁式抽油机的数控动力装置，它适用于做游梁式抽油机等的驱动动力装置，应用于各处不能自喷而需要抽取的油田，属于一种具有电动机和发电机双重功能的电机。

在石油开采中，大部分的油井是不能自喷的油井，需要使用抽取设备把石油及油水混合液从油井下抽提上来。在油田中使用最多的是各种形式的抽油机。这些抽油机通过使油井下的活塞上下往复运动，达到抽油的目的。在这些抽油机中，使用最多的游梁式抽油机，他通过采用电动机驱动一套减速机构和一套曲柄连杆机构把电动机的等速旋转减速后变成游杆的上下往复运动，从而带动活塞的上下运动。由于活塞等具有较大的质量，在被提升时有较大的位能变化。这时电机做的功不仅被一些其它耗散力所消耗，而且还有一部分功（有时是一大部分功），被活塞等以自身的位能形式存贮。在活塞下降时，又把所存贮的位能释放出来。由于驱动游梁式抽油机的普通电动机不具备电动机与发电机的双重功能，因而活塞下降时所释放的能量不能吸收。这样游梁式抽油机的系统效率很低，一般只有17％左右。使用变工况电动机，也只能是使提升的半个周期中效率提高，而总的系统效率提高并不多。为提高系统效率，吸收活塞等下降时所释放的位能，现在的游梁式抽油机多采用配重的方法。这种方法虽然可以吸收活塞下降时所释放的位能，并在提升时反过来对活塞等做功。但是，由于各个油井的参数不同，因而所需的配重也不相同。就是同一口油井，随着地质参数的变化，所需的抽油机配重也会发生变化。同时，游梁式抽油机的配重量较大，调整困难。而游梁式抽油机的配重情况好坏对系统效率影响很大，因此在实际使用中由于配重不好而效率不高。

本实用新型的目的是发明一种游梁式抽油机使用的动力装置，它是一种数控变频起动的稀土永磁电机。在工作时，具有交流同步电机的性质，在交流电网供电的条件下，可以把由于活塞下降时释放的位能变化为电能反向传输给电网，大大提高整个系统的总效率，不受配重好坏的影响。同时，在该电机启动时，能使用变频同步的起动方法起动。

本实用新型如附图1所示，它有定子1、定子线圈2、电机壳体3，转子4，转子4为稀土永磁材料制造的转子，其特征在于：在定子线圈2的端口接有双掷开关5，双掷开关5的一端与供电交流电网相连，另一端接有可变频电源变换器6，在交流电网中接有电网频率相位取样装置7，有标准工业控制介面8，在其中插有与电网频率相位取样装置7相连的测量适配模块9、与可变频电源变换器6相连并对其进行控制的控制适配模块10和与双掷开关5相连并对其控制的控制适配模块11，有可以和其它设备共用的中央控制计算机12，中央控制计算机12通过标准串行通讯接口与标准工业控制介面8相连。

附图1为本实用新型的结构示意图。

本实用新型在正常工作时，双掷开关5被控与交流电网接通。由定子1、定子线圈2，电机壳体3，稀土永磁材料制造的永磁转子4构成了一台稀土永磁转子交流同步电机。它具有普通交流同步电机所具有的优点。在转子4由于活塞运动阻力和重力作用而有变慢的趋势时，由交流电网供电做功，使活塞吸收电机所提供的能量。而当转子4由于活塞向下运动释放位能而使转子4有转快的趋势时，又通过交流电网吸收这一部分电能，达到电动机／发电机双功能的目的。而本实用新型在起动时，双掷开关5被控与可变频电源变换器6相连。可和其它设备共有的中央控制计算机12在起动指令的触发下，进入起动程序。中央控制计算机12首先通过标准串行通讯接口发出选通与可变频电源变换器6相连并对其进行控制的控制适配模块10的地址选通信号。标准工业控制介面8根据地址选通信号的值选通控制适配模块10。在控制适配模块10被选通后，中央控制计算机12根据预先设定的起动要求，定时给出一串不同时刻所对应转子转速所需的变频交流电的频率数值，由控制适配模块10变为可变频电源变换器6所需要的输入值，从而按要求提升可变频电源变换器6的输出频率，使电机以同步方式起动。在中央控制计算机12的控制下，电机转子4达到一转速后，中央控制计算机12通过定时扫描中断的方式，发出选通与电网频率相位取样装置7相连的测量适配模块9的地址选通信号。标准工业控制介面8根据地址选通信号值选通相应的测量适配模块9，该测量适配模块9被选通后，把由取样装置8测得的电网频率与相位值经数字转换后返送回中央控制计算机12中。中央控制计算机12把测量数据与现在可变频电源变换器6输出锁定值进行比较。当结果满足并网条件时，中央控制计算机12通过标准串行通讯接口发出选通与双掷开关5相连并对其进行控制的控制适配模块11。标准工业控制介面8在收到地选信号后，选通控制适配模块11。控制适配模块11被选通后，中央控制计算机12发出切换命令，由控制适配模块11接收锁存后触发双掷开关5换向，使定子线圈的输入切换到电网，完成起动程序。如果当中央控制计算机12比较后不满足并网条件，但频率值所差很小时，采用等待相位漂移的方法。中央控制计算机循环采集电网频率相位值，并不断比较，直到达到并网条件。而当中央控制计算机12比较后得出电网频率值与可变频电源变换器6的输出频率有一定差别后，中央控制计算机12通过标准串行通讯接口发出选通控制适配模块10的地址选通信号。控制适配模块10被选通后，接收并锁存由中央控制计算机12发来的频率改变值，然后控制可变频电源变换器6改变输出频率。中央控制计算机12在完成上述改变可变频电源变换器6输出频率后，再次进入测量电网频率相位程序，直到满足并网条件，并网为止。

本实用新型使用稀土永磁材料制造的永磁转子交流同步电机。在工作中，当转子转速在活塞向下运动过程中有超过电网频率的同步转速的趋势时，转子磁场在定子线圈中产生的电动势反向拖动电网，把转子旋转的机械能转换为电能。只要电网有足够的容量，就可以在不改变电网周波参数的条件下把转换的电能吸收。可以把由于活塞下降时释放的位能变化为电能反向传输给电网，大大提高整个系统的总效率，不受配重好坏的影响。另外由于稀土材料制造的永磁转子有很大的剩余磁场强度和磁能积，因而有较好的同步电机性能，可以工作在大负荷下。使用可变频电源变换器的变频起动，起动容易，起动力很大，而且使用中央控制计算机测控进行起动后的入网切换，入网切换方便、简单，可实现完全自动化，无需操作人员参与。

本实用新型中的由定子、定子线圈2、电机壳体3、转子4组成的稀土永磁同步电机可以如专利号为CN91203427的稀土永磁电机，其转子4也可以使用如专利申请号为CN92104149的“一种鼠笼罩极式结构的永磁转子”。还可以使用如专利申请号为CN92104199的“一种鼠笼埋极式结构的永磁转子”。

本实用新型中的双掷开关5应选用电控开关，并根据电机容量选用开关形式，在小功率时，可以使用普通交流接触器，而在较大功率时，就应选用相应的空气开关或油开关。上述开关应考虑三相联动问题，如果大型开关不易用机械联动，应增加三相开关之间动作的电保险。

本实用新型中的电网频率相位取样装置7可以就是一个简单的电流互感器，也可以采用如中国专利申请号为CN90100002的专利申请形式或中国专利申请号为CN90100006的专利申请形式。

在本实用新型中，用来驱动电机转动的可变频电源变换器8可以使用日本富士公司的G5系列或G7系列逆变器，也可以使用如专利号为CN89209067的“一种大功率数控调压与交流装置”。

在本实用新型中，标准工业控制介面8可以选用美国ME公司（MECHATRONIC  EQUIPMENT  INC.）的I／O  32，或是美国OPTO  22公司的PB16AH。中央控制计算机12可以选用美国OPTO  22公司的LC4控制器，也可以选用美国ME公司的PCS－1工业过程控制工作站，还可以选用普通PC计算机。适配模块9可以采用OPTO  22公司的AD3或类似的A／D转换模块。适配模块10可选用OPTO  22公司的DF3或类似的D／F转换模块。适配模块11可选用OPTO  22公司的DK3或类似的开关量转换模块。

Claims (1)

1、一种游梁式抽油机的数控动力装置，它有定子1、定子线圈2、电机壳体3，转子4，转子4为稀土永磁材料制造的转子，其特征在于：在定子线圈2的端口接有双掷开关5，双掷开关5的一端与供电交流电网相连，另一端接有可变频电源变换器6，在交流电网中接有电网频率相位取样装置7，有标准工业控制介面8，在其中插有与电网频率相位取样装置7相连的测量适配模块9、与可变频电源变换器6相连并对其进行控制的控制适配模块10和与双掷开关5相连并对其控制的控制适配模块11，有可以和其它设备共用的中央控制计算机12，中央控制计算机12通过标准串行通讯接口与标准工业控制介面8相连。