CN2904462Y - 抽油机专用调压节能电源 - Google Patents

Abstract

一种采用新型调压转换开关及其专用程序控制器的抽油机专用调压节能电源，它主要由变压器、新型调压转换开关、程序控制器、以及两个监控器等组成，其特征是：变压器的一次侧设有星角转换开关和无载调压分接开关，其二次侧能输出380V与480V两组电源，新型调压转换开关的两个接触器分别与两组电源相连，两个监控器是程序控制器的传感器件，它们套装在新型调压转换开关输出侧的电源线上，其监控的阀值可以预置，程序控制器根据两个监控器输入的判断指令，按照预置的程序，控制新型调压转换开关为电动机提供启动与运行的电能，从而使电动机驱动抽油机节能、安全地运行。

Description

抽油机专用调压节能电源

所属技术领域

本实用新型涉及交流调压及其控制的技术领域，尤其是一种抽油机专用调压节能电源。

背景技术

目前，电费支出已占原油生产成本的42％，其中抽油机电耗所占比例高达30％以上。因此，有关抽油机的节能产品层出不穷。例如：现有的抽油机调压电源，普遍采用常规的油浸式变压器，其二次侧能提供两组不同电压的电源，采用双电源投切开关，在启动抽油机时，如果正常动力电启动困难，则把负载电动机投切到高于动力电的电源端，经增压启动后，再把负载电动机切换到正常动力电源端，抽油机则进入正常的运行状态。实践证明，该类调压电源与常规电源相比，其变压器装机容量可缩减30％，节能降耗的效果比较显著。然而，现有调压电源产品的主控转换开关故障率高，主控触头极易发生烧熔和粘连，轻则停电停井，重则烧毁变压器而株连电网。目前，常规的双电源转换开关产品主要有三种类型，第一种是双列复合触头高效开关组成的转换开关，其价格高，而且还须外加辅助保护器件。第二种类型是由两个空气断路器组成的转换开关，其体积较大，投、切速度在1.5s以上，动作迟缓，其滑扣再锁机构易出故障，价格也较高。第三种类型是由两个接触器组成的转换开关，其成本低，可实现电气、机械的互锁，接触器在电磁力的作用下，触头闭合的速度高达20--60ms，但是由于其触头在分断时，仅靠弹簧的涨力，速度慢，且分断能力差。上述三种双电源转换开关均由电机或电磁系统驱动机械互锁，从而实现“分-合”、“合-分”的两种逻辑状态，虽然有的产品标有“分-分”功能，但是只能脱扣断路，并不能实现真正的逻辑控制，而转换开关“分-分”的逻辑功能，对抽油机电源调压的安全控制是十分必要的。

发明内容

实验证明，电源调压与双电源转换在技术上具有很大的差异，例如，双电源转换开关应用于负载与常用电源和备用电源之间的快速转换，从而确保连续地向负载用户供电。而调压转换开关则应用于负载与同一电源不同电压之间的切换，在电压转换的过程中，有的负载允许间断性地切断和接通电源，例如：抽油机调压电源的负载电动机如果在高速旋转的状态下进行转换，其自发电电动势与电源电压以及变压器感应电动势叠加而产生的过电压与过电流，极易使转换开关的触头瞬间电弧、烧熔，如果在对上述负载实施调压的过程中采用程序控制，避开瞬间的过电压与过电流峰值，就能有效地保护调压转换开关的安全。为此研制电源调压专用的转换开关和与之配套的控制系统，使电源调压实现程序控制，从而克服上述现有产品的技术弊端。

本实用新型提供一种抽油机专用调压节能电源，它采用发明人自主开发的新型调压转换开关以及配套专用的程序控制器，对变压器二次侧输出的380V与480V两组电源实施程序控制，确保抽油机节能、高效的安全运行。

要解决的技术问题

要研制新型调压转换开关和与之配套的程序控制器，解决调压转换开关触头电弧、烧熔的问题，实现对抽油机的节能与安全供电。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案

1、提高新型调压转换开关“闭合”与“分断”时的速度，而不是提高转换过程的速度，使新型调压转换开关的安全性与可靠性都得到实质性的提高。2、设置“分-分”的逻辑功能，实现调压转换过程中的程序控制，从而精确避开瞬间过电压与过电流的峰值，确保调压转换开关触头的运行安全。

解决上述问题的具体方法是：(1)采用一牵引电磁铁和杠杆来驱动转换开关的两个接触器，既能实现机械互锁，提高接触器触头的分断速度，又能实现“分-分”的逻辑；(2)利用两个接触器各自的辅助触头，设置电气互锁；(3)采用中间继电器、时间继电器等电控器件，设计、组装新型调压转换开关专用配套的抗干扰、能预置、性能稳定可靠的简易程序控制器，把新型调压转换开关及程序控制器与变压器连接，即可组合成抽油机专用调压节能电源。

本发明的有益效果是：使抽油机调压节能电源的控制，实现安全化、智能化。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

附图1是抽油机专用调压节能电源的电路原理示意图。

附图2是新型调压转换开关的结构、原理示意图。

附图3是新型调压转换开关“合-分”逻辑状态的原理示意图。

附图4是新型调压转换开关“分-合”逻辑状态的原理示意图。

附图5是新型调压转换开关“分-分”逻辑状态的原理示意图。

附图6是抽油机专用节能电源的程序控制器电路逻辑图。

在附图中，1.变压器，2.星角转换开关，3.无载调压分接开关，4a.接触器，4b.接触器，5.新型调压转换开关，6.程序控制器，7.控制柜，8.电动机，9.抽油机，10a.监控器，10b.监控器，11.牵引电磁铁，12.轴，13.凹槽，14.缓冲胶垫，15.动挡片，16.支撑架，17.底座，18.支点轴，19.压簧，20.杠杆，21.上衔铁罩，22.拉杆，23.涨簧，24.粘接胶，25.定磁极，26.衔铁。

具体实施方式

抽油机专用调压节能电源的电路原理见附图1所示，它主要由变压器(1)、新型调压转换开关(5)、程序控制器(6)以及监控器(10a)、监控器(10b)等组成，其特征是：变压器(1)的一次侧设有星角转换开关(2)和无载调压分接开关(3)，其二次侧能输出380V与480V两组电源，新型调压转换开关(5)的接触器(4a)、接触器(4b)分别与两组电源相连。监控器(10a)、监控器(10b)是程序控制器(6)的传感器件，它们套装在新型调压转换开关(5)输出侧的电源线上，其监控的阀值可以预置，程序控制器(6)根据监控器(10a)、(10b)输入的判断指令，按照预置的程序，控制新型调压转换开关(5)为电动机(8)提供启动与运行的电能，从而使电动机(6)驱动抽油机(9)节能、安全地运行。

新型调压转换开关(5)的结构原理见附图2所示，它主要由接触器(4a)、接触器(4b)、牵引电磁铁(11)、支撑架(16)、杠杆(20)、拉杆(22)等组成，其特征是：牵引电磁铁(11)由粘接胶(24)固定在接触器(4a)与接触器(4b)之间，接触器(4a)、接触器(4b)以及支撑架(16)均固定在底座(17)上，杠杆(20)左、右两端分别装入接触器(4a)和接触器(4b)各自的上衔铁罩(21)的凹槽(13)中，杠杆(20)中心点的轴孔与支撑架(16)上部轴孔相对并由支点轴(18)穿入定位，两个拉杆(22)上分别套装压簧(19)，其上面套装着动挡片(15)，两拉杆(22)分别穿过杠杆(20)支点两侧的孔，其上端部的孔与衔铁(26)下横端部的两孔相对并由两个轴(12)穿入定位，衔铁(26)上套装涨簧(23)，增、减缓冲胶垫(14)的厚度，可调节衔铁(26)的行程。

以下，结合附图3、4、5，说明其工作原理：当程序控制器(6)指令接触器(4a)闭合、接触器(4b)分断，既“合-分”逻辑状态时，见附图3所示，接触器(4a)的上衔铁罩(21)在其下磁极的电磁吸力下，以极快的速度向下位移，而使其触头高速闭合，与此同时，杠杆(20)逆时针转动，其右端带动接触器(4b)的上衔铁罩(21)以极快的速度向上位移，而使其触头高速分断。当程序控制器(6)指令接触器(4a)分断、接触器(4b)闭合，既“分-合”逻辑状态时，见附图4所示，接触器(4b)的上衔铁罩(21)在其下磁极的电磁吸力下，以极快的速度向下位移，而使其触头高速闭合，与此同时，杠杆(20)顺时针转动，其左端带动接触器(4a)的上衔铁罩(21)以极快的速度向上位移，而使其触头高速分断。当程序控制器(6)指令接触器(4a)和接触器(4b)都分断，既“分-分”逻辑状态时，见附图5所示，实现“分-分”逻辑状态的技术关键就是要解决待分断接触器触头的高速分断问题，而设置牵引电磁铁(11)，使其与待分断的接触器同步启动，其吸合与释放的时间应能预置设定，当牵引电磁铁(11)的衔铁(26)被其定磁极(25)瞬间的电磁力吸引而向上位移时，两个拉杆(22)随之上提，由于压簧(19)的作用，无论杠杆(20)的哪端在下位，都会被快速提起，从而使待分断接触器的触头高速分断，而原已处在分断的接触器在杠杆(20)、拉杆(22)以及压簧(19)与动挡片(15)的作用下，仍然能保持分断的状态。

在新型调压转换开关(5)“合-分”、“分-合”、“分-分”逻辑状态转换的过程中，杠杆(20)的机械互锁，能杜绝“合-合”逻辑状态的产生，既：杜绝接触器(4a)与接触器(4b)的同时闭合。新型调压转换开关(5)“合-分”、“分-合”、“分-分”的三种逻辑功能，为实现本实用新型的程序控制，提供了必要的先决条件。

抽油机专用节能电源的程序控制器(6)见附图6所示，S1、S2、S3、S4、S5是时间继电器，J1、J2是中间继电器，D是牵引电磁铁(11)的电磁线圈，KG是一个具有中间断开位置的双向隔离开关，K1是监控器(10a)的执行继电器，K2是监控器(10b)的缓释执行继电器，QA是程序控制器(6)电源的自动保护开关。

以下结合附图1、附图6详细说明。程序控制器(6)主要由中间继电器J1、J2，时间继电器S1、S2、S3、S4、S5组成，其特征是：D左端连接S1-1，右端连接电源；S1左端连接K2-1与S1-1，右端与电源相连；J1左端连接J1-1、S5-1，右端连接4b-1；S2左端连接K1-1，右端连接4b-1；J2左端连接J2-2、K2-2的C端，右端连接4a-1；S3左端连接J2-1，右端连接4a-1；S4左端连接S3-1、S4-1，右端连接4a-1；S5左端连接S1-3，右端连接4a-1；K1、K2的左、右两端连接电源4b-1左端连接J1、S2、4a；右端连接电源；4a-1左端连接4b、J2、S3、S4、S5，右端连接电源；S1-1左端连接S1、K2-1，右端连接D；K2-1左端连接电源，右端连接S1、S1-1；J1-1与S5-1并联，左端连接电源，右端连接J1；J1-2与S2-1并联，左端连接电源，右端连接K1-1、K2-2与KG的b端、4a；K1-1左端连接J1-2、S2-1、K2-2与KG的b端、4a，右端连接S2；K2-2与KG的a端连接电源，b端连接J1-2、S2-1、K1-1、4a，K2-2的c端连接J2-2、J2，KG的c端连接S4-1、4b；S4-1左端连接S3-1、S4，右端连接KG的c端、4b；J2-2左端连接电源，右端连接K2-2的c端、J2；S1-2左端连接电源，右端连接J2-1、S3-2；S3-1左端连接电源，右端连接S4-1、S4；S3-2左端连接电源，右端连接S1-2、J2-1；J2-1左端连接S1-2、S3-2，右端连接S3；S4-2左端连接电源，右端连接S5；QA的上端连接负载，下端连接附图1中的X、Y两端。

以下结合附图6说明程序控制器(6)实施例的电路逻辑及其控制原理。程序控制器(6)的预置控制程序是：(A)启动→“判断”→“电流在设定值范围内”→锁定→运行；(B)启动→“判断”→“电流超设定值”→“磁力分断4a”→延时→“4b闭合”→延时→“磁力分断4b”→延时→“4a闭合”→锁定→转入正常运行。为保护安全，在整个控制过程中，每一程序都采取电气与机械互锁。

新型调压转换开关(5)的接触器(4a)、接触器(4b)、程序控制器(6)以及监控器(10a)、监控器、(10b)的电源直接连接在接触器(4a)左侧变压器(1)输出的380V电源的X、Y端，见附图1所示，只要变压器(1)一次侧有高压接入，它们就得到电源而时刻处于待工作状态。

本实用新型在待工作状态，动电动机(8)未接入，故该电源的输出电路无电流，监控器(10a)、监控器、(10b)的执行继电器K1、K2均处于释放状态，K2-2的a-b接通接触器(4a)的电源，接触器(4a)闭合而输出380V的电源。S2-1、J1-2、K1-1使S2断电，S5-1、J1-1使J1断电，由于接触器(4a)与接触器(4b)的副触头联接成电路互锁，4a-1分断而使接触器(4b)、J2、S3、S4、S5断电。上述电器元件的逻辑组合，使抽油机专用调压节能电源处于待工作状态。

在本实用新型实施例中，抽油机(9)是CYJ-10型游梁式抽油机，电动机(8)采用30KW的YTCY250M1-6型稀土永磁同步电动机，因此要根据电动机(8)和抽油机(9)负荷的具体参数，对程序控制器(6)中的时间继电器进行时间设定，预制置数据如下：S1设定为1秒、S2设定为10秒、S3设定为3秒、S4设定为30秒、S5设定为4秒，监控器(10a)的阀值设定为25A，监控器(10b)的阀值设定为400A。

当通过控制柜(7)启动电动机(8)时，抽油机专用调压节能电源为电动机(8)提供380V的交流电源，监控器(10a)检测到电路电流的变化达25A时，其执行继电器吸合，K1-1闭合，接通S2的电源回路，这时电动机(8)的启动电流随着抽油机(9)启动以及井下几千米深地质及油层因素的变化，可能出现两种状态：第一种状态是电动机(8)的启动电流在监控器(10b)预置的400A以内的范围内(0～399A)，故其K2-2的a-b保持接通，接触器(4a)保持闭合状态，S2由于K1-1导通而开始计时，当启动时间达到10秒，S2-1闭合，使S2与接触器(4a)自保，抽油机专用调压节能电源保持380V的输出，而使电动机(8)驱动抽油机(9)轻松启动后，进入正常运行。由于4a-1与4b-1电路互锁，所以J2、S3、S4、S5以及接触器(4b)的电源都被分断，而监控器(10a)因电路中的电流远远超过其25A的阀值，所以保持，其K1-1闭合，使S2计时完毕后处于保持状态，监控器(10b)虽然处于监控的工作状态，但是由于其它相关电控器件电源的断路，所以不可能改变程序控制器(6)工作状态。第二种状态是电动机(8)的启动电流超过超过监控器(10b)的预置，达到或超过400A时，故其执行继电器吸合，K2-2的a-b断而a-c导通，此时接触器(4a)断电，监控器(10a)的执行继电器K1，监控器(10b)的缓释执行继电器K2，都因电路暂时的断电而释放，K2-1导通使牵引电磁铁(11)的D通电吸合，使接触器(4a)高速分断，S1计时至1秒时，S1-1切断D的电源，牵引电磁铁(11)释放，此时的接触器(4b)仍处于分断状态。在K2-2的a-b断，a-c通的瞬间，由于K2具有缓释的功能，所以能在电路暂短断电的状态下K2-2的a-c能可靠地导通一下，这瞬间的导通，使J2得电，J2-2闭合使J2自保，J2-1、S1-2闭合，S3得电计时至3秒时，S3-2导通而使S3自保，S3-1导通，接触器(4b)得电而吸合，S4开始计时，此时的抽油机专用调压节能电源输出480V的供电，使电动机(8)输出高转矩来启动抽油机(9)，当S4计时至30秒钟时，S4-1分断接触器(4b)的电源，由于电路中断电流，K2-1再次接D、S1电源，D吸合带动接触器(4b)高速分断，S1计时至1秒时，S1-1断开D的电源，S4-2导通使S5计时，当其计至4秒时S5-1闭合，J1吸合由J1-1导通自保，此时J1-2闭合，使S2、接触器(4a)得电吸合而输出380V的供电，至此电动机(8)驱动抽油机(9)转入正常运行。KG是一个具有中间断开位置的双向隔离手动开关，KG的a-b接通位，输出380V的电源，KG的a-c接通位，输出480V的电源，当KG的a置中间位时，本实用新型为零输出。

在本实用新型实施例中，变压器(1)选用二次侧具有380V与480V两组电压输出的30KVA S9系列油浸式电力变压器，新型调压转换开关(5)的接触器(4a)与接触器(4b)采用CJX2型，牵引电磁铁(11)采用AN-20型，底座(17)选用普通金属板，支撑架(16)、拉杆(22)选用A3钢料加工，杠杆(20)用45#钢制造。为避免程序控制器(6)遭受电力切换过程中所产生的强磁场干扰，确保程序的高度稳定，编程电控器件不采用集成或电子元件，而全部采用正规的中间继电器与时间继电器产品组装，S1、S2、S3、S4、S5采用ST3PA-B系列小型精密时间继电器，J1、J2采用JTX型中间继电器，监控器(10a)，监控器(10b)采用两个市场上现有的JD-501型智能电动机保护器产品，QA采用380V/5A的自动保护开关，本实用新型附图1中竖虚线左侧的所有器件都与变压器(1)隔离地组装为一体。

本实用新型实施例所述的抽油机专用调压节能电源，能为抽油机驱动电动机提供30--35KVA的动力电源。

Claims (3)

1、一种抽油机专用调压节能电源，它主要由变压器(1)、新型调压转换开关(5)、程序控制器(6)以及监控器(10a)、监控器(10b)等组成，其特征是：变压器(1)的一次侧设有星角转换开关(2)和无载调压分接开关(3)，其二次侧能输出380V与480V两组电源，新型调压转换开关(5)的接触器(4a)、接触器(4b)，分别与两组电源相连，监控器(10a)、监控器(10b)是程序控制器(6)的传感器件，它们套装在新型调压转换开关(5)输出侧的电源线上，其监控的阀值可以预置，程序控制器(6)根据监控器(10a)、监控器(10b)输入的判断指令，按照预置的程序，控制新型调压转换开关(5)为电动机(8)提供启动与运行的电能，从而使电动机(6)驱动抽油机(9)节能、安全地运行。

2、根据权利要求1所述的抽油机专用调压节能电源的新型调压转换开关(5)，主要由接触器(4a)、接触器(4b)、牵引电磁铁(11)、支撑架(16)、杠杆(20)、拉杆(22)等组成，其特征是：牵引电磁铁(11)由粘接胶(24)固定在接触器(4a)与接触器(4b)之间，接触器(4a)、接触器(4b)以及支撑架(16)均固定在底座(17)上，杠杆(20)左、右两端分别装入接触器(4a)和接触器(4b)各自的上衔铁罩(21)的凹槽(13)中，杠杆(20)中心点的轴孔与支撑架(16)上部轴孔相对并由支点轴(18)穿入定位，两个拉杆(22)上分别套装压簧(19)，其上面套装着动挡片(15)，两拉杆(22)分别穿过杠杆(20)支点两侧的孔，其上端部的孔与衔铁(26)下横端部的两孔相对并由两个轴(12)穿入定位，衔铁(26)上套装涨簧(23)，增、减缓冲胶垫(14)的厚度，可调节衔铁(26)的行程。

3、根据权利要求1所述的抽油机专用调压节能电源的程序控制器(6)主要由中间继电器J1、J2，时间继电器S1、S2、S3、S4、S5组成，其特征是：D左端连接S1-1，右端连接电源；S1左端连接K2-1与S1-1，右端与电源相连；J1左端连接J1-1、S5-1，右端连接4b-1；S2左端连接K1-1，右端连接4b-1；J2左端连接J2-2、K2-2的C端，右端连接4a-1；S3左端连接J2-1，右端连接4a-1；S4左端连接S3-1、S4-1，右端连接4a-1；S5左端连接S1-3，右端连接4a-1；K1、K2的左、右两端连接电源；4b-1左端连接J1、S2、4a；右端连接电源；4a-1左端连接4b、J2、S3、S4、S5，右端连接电源S1-1左端连接S1、K2-1，右端连接D；K2-1左端连接电源，右端连接S1、S1-1；J1-1与S5-1并联，左端连接电源，右端连接J1；J1-2与S2-1并联，左端连接电源，右端连接K1-1、K2-2与KG的b端、4a；K1-1左端连接J1-2、S2-1、K2-2与KG的b端、4a，右端连接S2；K2-2与KG的a端连接电源，b端连接J1-2、S2-1、K1-1、4a，K2-2的c端连接J2-2、J2，KG的c端连接S4-1、4b；S4-1左端连接S3-1、S4，右端连接KG的c端、4b；J2-2左端连接电源，右端连接K2-2的c端、J2；S1-2左端连接电源，右端连接J2-1、S3-2；S3-1左端连接电源，右端连接S4-1、S4；S3-2左端连接电源，右端连接S1-2、J2-1；J2-1左端连接S1-2、S3-2，右端连接S3；S4-2左端连接电源，右端连接S5；QA的上端连接负载，下端连接X、Y两端。

Images