CN2876374Y - 智能型多功率节能拖动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为油井抽油机技术领域，提供一种智能型多功率节能拖动装置，其由多功率高转差率三相异步电动机和节能控制箱组成，采用一体化结构；控制箱下端通过电机出线座固定在电机上；节能控制箱内装有安装板，安装板固定在箱体内；安装板上装有智能型数字保护控制器、功率切换用接触器和断路器控制元件，各控制元件通过控制导线互相连接，控制箱下端安装有控制按钮，下端另开有出线孔。由于采取了上述技术方案，与现有技术相比，本实用新型具有安装方便、结构牢固、增加抽液能力，避免空抽现象，降低单位采液量能耗、降低抽油机维护费用，延长抽油机使用寿命、完善的保护功能、可有效降低能耗，同时可提高功率因数，降低无功损耗的优点。

Description

智能型多功率节能拖动装置

技术领域

本实用新型属于油井抽油机技术领域，具体涉及一种智能型多功率节能拖动装置，适用于油井抽油机，为抽油机的运行提供动力拖动的一种智能化、多功率、节能型的装置。

背景技术

油田各采油厂油井目前大多采用常规游梁式抽油机，这种抽油机在抽油井负荷波动较大，存在平衡不足、平衡效果不好等情况。不仅严重影响曲柄连杆机构、减速器及电动机的效率和寿命，同时也降低了抽油杆柱的可靠性。另外，还使抽油机的能耗加大，致使采油成本提高。特别是在油田开采后期，随着地下石油储量的减少，石油的产量降低(低产油井日产液量平均4T，有些甚至不足1T)，电费不断上涨的趋势，造成石油开采成本的不断上升，直接影响了企业的经济效益。现在油田使用的游梁式抽油机是按油井满负荷设计的，其抽油冲次较高，抽油泵填充系数低，空抽现象严重，电能能耗高。如继续使用普通电机，势必造成能源浪费，直接影响企业的经济效益。所以，在现有游梁式抽油机的基础上进行节能增效改造，势在必行。目前，市场上关于抽油机节能增效大致采用以下几种：1、间歇式运行方式，这种方式是用定时启动运行、定时停机来控制抽油机，在一定基础上能提高采油效率。但这种方式是以损失产量为代价的，最关键的是这种方式是自动启动运行，存在不安全因素，在油田一般不允许使用。2、机械变速箱，这种方式是改装变速箱来达到控制电机的转速，改变抽油机的冲次，以达到节能增效的目的。这种方式有一定作用，但主要是这种方式对抽油机的机械部分改造变动大，节能潜力有限。3、星、三角转换，这种方式仅具有Δ起动Y运行的单一功能，不能达到节能目的。这是因为当井下工况发生变化，造成Y运行严重过载时，其铜耗(有功损耗)将急剧增大并超过Δ运行的铜耗，即形成“倒节电”现象；当负载进一步加重时，就会造成“闷车”停抽，甚至发生烧毁电动机的事故。

发明内容

针对游梁式抽油机电动机负载率过低，调冲困难的问题，发明人经过多年的探索与实践，研制出了可以克服上述问题的智能型多功率节能拖动装置。

本实用新型采取的技术方案是由多功率高转差率三相异步电动机和节能控制箱组成，所述电机采用双绕组9个接头，采用一体化结构；控制箱下端通过电机出线座固定在电机上，上端通过扁铁固定在电机吊环上；节能控制箱内装有安装板，安装板固定在箱体内；安装板上装有智能型数字保护控制器、功率切换用接触器和断路器控制元件，各控制元件通过控制导线互相连接，电机绕组引出线通过电机出线座引入控制箱内，与安装板上的控制元件连接；控制箱下端安装有控制按钮，下端另开有出线孔。

本实用新型采用超高转差多功率节能电机，特点是利用电动机的双绕组9个接头，采用不同的组合方式，使电机具备大、中、中低和低4个转矩功率；启动时采用大功率，启动后自动检测负荷功率，可降低额定功率，提高负载率和增加效率，从而达到节能目的；该产品可自动跟踪抽油机负荷的变化，进行高功率—低功率－高功率双向可逆自动转换；抽油机在负荷较轻的情况下，高功率起动之后自动转换为低功率运行；当低功率运行过载时，自动转换为高功率运行；当负荷变轻后，自动恢复到低功率运行。为了实现高功率—低功率—高功率两种转换，以及对抽油机带冲击性的周期交变负荷的复杂特性分析为基础，研制了准确识别转换类型的电路，以及为实现两种不同类型的转换所必需的不同时序和时程的控制的智能型控制器。本实用新型还具有多种保护功能，保障抽油机安全运行。

由于不同时序和时程的设计，在任何情况下均不会发生低功率—高功率频繁转换问题；当发生故障，该智能控制器还具有保护功能，能够准确显示故障类型，便于迅速排除故障，恢复运行。由指示灯显示故障类型，包括过载、缺相、三相不平衡、过热及堵转，可实时显示电机三相电流、平均电流。由于本实用新型采取了上述技术方案，与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：1、采用电机控制箱一体化结构，安装方便、结构牢固；2、电机转速低，可增加抽油泵填充系数，增加抽液能力，避免空抽现象，降低单位采液量能耗，与其他装置相比，节电率达30-40％；3、高转差电机，启动转矩大，装置具有软的机械特性，可降低驴头最大负荷，降低抽油杆弹性应变和减速齿轮疲劳效应，改善了抽油机运行状况，降低抽油机维护费用，延长抽油机使用寿命；4、有完善的保护功能。过载、堵转、缺相、电机过热等有可靠的保护；5、用多功率电机，可自动根据油井负荷切换高、低不同功率，即满足抽油机的高启动转矩的要求，又避免正常运行中的“大马拉小车”的问题，可有效降低能耗，同时可提高功率因数，降低无功损耗。

附图说明

下面结合附图及实例，对本实用新型的结构做进一步说明

图1是本实用新型的结构示意图

图2是本实用新型控制箱的内部结构示意图

图3是本实用新型的系统原理图

图4是本实用新型的电路原理图

图5是本实用新型智能型数字保护控制器的结构示意图

图6是本实用新型智能型数字保护控制器的内部结构示意图

图7是本实用新型智能型数字保护控制器的系统原理图

具体实施方式

参看图1、图2、图3、图4，本实用新型是由多功率高转差率三相异步电动机1和节能控制箱2组成，所述电机1采用双绕组9个接头，采用不同的组合方式，使电机具备大、中、中低和低4个转矩功率，采用一体化结构；控制箱2下端通过电机出线座6固定在电机1上，上端通过扁铁固定在电机吊环上；具有安装方便，接线少，结构牢固等特点；节能控制箱2内装有安装板3，安装板3固定在箱体1内；安装板3上装有智能型数字保护控制器4，功率切换用接触器7、8，断路器5等控制元件，各控制元件通过控制导线互相连接，电机绕组引出线通过电机出线座6引入控制箱1内，与安装板上的控制元件连接；控制箱下端安装有控制按钮，下端另开有出线孔，以便电源线引入控制箱内；三相电源联接在断路器5的进线端子上，断路器5的出线端通过电缆线穿过三个电流互感器，再联接到高、低功率接触器上，高功率接触器7的出线端通过电机引出线与电机的高功率绕组相联接，低功率接触器8的出线端通过电机引出线与电机的低功率绕组相联接；三相电流互感器通过二次控制线与数字保护控制器联接，数字保护控制器通过电流互感器检测电机的三相电流，经控制器内部电路及软件的处理，判断确定电机工作在高或者低功率上；数字保护控制器内部的继电器通过控制线与高、低功率接触器联接，控制接触器的工作状态。

参看图5、图6、图7，本实用新型智能型数字保护控制器的外壳9采用阻燃ABS工程塑料，壳体9由前壳体和后盖组成，壳体面板设有显示窗口及按键，以提供用户操作界面；后盖上设有外引接线端子，分别提供控制器电源和控制信号输出；壳体9上有三个穿线孔10，现场安装时电机引接线穿过此孔；所述智能型数字保护控制器水平安装后，后盖在前壳体下方，可有效避免雨水流入控制器内，即控制器有防水功能；所述智能型数字保护控制器内部设有三个电流互感器11和一块线路板12；互感器11套在三个穿线孔10上，通过导线与线路板连接；线路板12上由电源变压器13、中央处理器14、仪表放大器15、A/D检测芯片16、存储器17和显示电路18元件组成；线路板12通过导线与后盖上的接线端子连接；电机电流通过三相电流互感器转换为小信号的电流信号，与电流互感器连接的仪表放大器对电流信号进行处理后，送给与仪表放大器相连接的A/D检测芯片16，通过A/D转换后，原来的模拟信号转换为数字信号，再送入与A/D检测芯片相连接的中央处理器(CPU)；CPU接收到来自A/D检测芯片的数字电流、电压信号后，经内部的程序和硬件电路处理；一方面将检测的数据传送给与之相连接的显示电路，提供人机界面，供用户读取数据；另一方面CPU内的程序根据检测的数据确定电机的工作状态，相应的发送信号给与之相连接的电机保护控制单元19和电加热控制单元20；电机保护控制单元19控制电机的运行，电加热控制单元20控制井下电加热器的运行；数据存储器与CPU连接，负责存放用户设定的各种参数，即使掉电也能保证设定数据不丢失。

本实用新型智能型数字保护控制器的工作原理如下：电机的电流信号及电压必须有高精度的传感器采集，在经过专用运算放大器放大到合适的电压信号，经A/D转换器转换为数字信号，送入给中央处理器；在这一系列的处理中要保证各个环节的处理精度，这样才能准确的检测电机的电流和电压，为自动控制电加热提供可靠的数据；为保证信号的准确，采用高精度的进口芯片；中央处理器(CPU)，它实际上是个微型电脑，经A/D转换芯片来的电流数字信号在CPU中经专门设计的软件计算、处理，来自动控制电加热的工作与否，实现最佳的、智能化的控制，即保证抽油机的可靠运行，又实现最佳的节能效果；同时，CPU可根据电流的大小对电机的过载、堵转、缺相等全面的保护；数据存储器，它可保存设置的各项参数，如电机的额定电流、加热控制的上、下限功率等系列参数，即使掉电也不会丢失数据；执行控制单元，由CPU来的控制信号，经可靠的继电器，控制电机的运行、停止，电加热的运行与否；显示电路，提供人机界面，显示各种数据。

本实用新型的工作原理如下：电机的功率(W)和电机的转速(N)及输出转矩(T)之间的数学关系是W＝N*T，也就是说在电机功率一定的条件下，降低转速可以提供电机的输出转矩，由此，本实用新型采用高转差电机，在启动负荷较重的情况下，电机速度下降比普通电机大，能输出更高的转矩，同时，可有效的减少对抽油机的机械冲击，延长设备的使用寿命；当然采用高转差电机提供启动转矩毕竟有限，为此本实用新型采用多功率电机用于抽油机，用电机的高功率启动，运行时转换到低功率，低功率时，电机的负载率高，功率因数高，效率也高；可有效降低电机的有功功耗(即电表的读数的下降)及无功功耗(有效减少线损，提高设备的使用效率)，直接达到节能目的。同时，为了避免空抽现象，增加抽油泵填充系数，增加抽液能力，降低单位采液量能耗，进一步节能增效。控制箱，控制箱负责电机启动、运行、功率转换、保护等控制功能。具体控制原理如下：电机高功率启动，启动十几秒后，微电脑芯片(16位单片机)根据采集的电机电流的大小结合电机的多个功率的额定电流，经计算比较以及延时后确定是否转换到低功率上若负荷较重，则不转换，运行在高功率上，在此以后，微电脑芯片不停；检测电流，进行高功率运行下的电机保护(具体有缺相、过载、堵转等)，过载采用反时限方式，同时不断判断是否要转换到低功率上；如果达到转换的条件，经延时后自动转换到低功率上运行，电机处于低功率节能运行状态，以达到节能目的，又满足抽油机运行的要求。在低功率时，进行低功率挡的电机保护，可有效的保护电机运行在高、低功率上。在低功率上运行时，如井下负荷较重，电机过载，经延时判断后，根据过载倍数的大小，确定是否要转换到高功率，还是停机保护，过载倍数大时(如电机堵转)，直接停机保护(此时不可再转换到高功率，即使转换到高功率电机也有可能过载。)，过载倍数小时，转换到高功率上；这样既有效保护电机，又避免无效的停机、停井。

Claims (2)

1、一种智能型多功率节能拖动装置，其特征在于是由多功率高转差率三相异步电动机和节能控制箱组成，所述电机采用双绕组9个接头，采用一体化结构；控制箱下端通过电机出线座固定在电机上，上端通过扁铁固定在电机吊环上；节能控制箱内装有安装板，安装板固定在箱体内；安装板上装有智能型数字保护控制器、功率切换用接触器和断路器控制元件，各控制元件通过控制导线互相连接，电机绕组引出线通过电机出线座引入控制箱内，与安装板上的控制元件连接；控制箱下端安装有控制按钮，下端另开有出线孔。

2、根据权利要求1所述的智能型多功率节能拖动装置，其特征在于所述智能型节能保护控制器的壳体由前壳体和后盖组成，壳体面板设有显示窗口及按键，后盖上设有外引接线端子，壳体上有三个穿线孔；壳体内设有三个电流互感器和一块线路板；互感器套在三个穿线孔上，通过导线与线路板连接；线路板由电源变压器、中央处理器、仪表放大器、A/D检测芯片、存储器和显示电路元件组成；线路板通过导线与后盖上的接线端子连接；通过互感器、仪表放大器、A/D检测芯片检测电机的三相电流、三相电压，再通过中央处理器的软件计算、处理，实现电机功率的自动切换以及电加热的智能化控制，电加热的控制采用功率检测方式。

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