三相直線馬達驅動潛油泵的油田採油裝置的自動控制裝置的製作方法
2023-05-12 23:18:31
專利名稱：三相直線馬達驅動潛油泵的油田採油裝置的自動控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種自動控制裝置，特別是涉及一種三相直線馬 達驅動潛油泵的油田採油裝置的自動控制裝置。
背景技術：
當前最普遍的人工升舉石油開採抽取的裝置為遊梁式採油裝置， 而遊梁式採油裝置是將潛油泵置入油井中而在地面上以旋轉式馬達帶 動連接於潛油泵的抽油杆使潛油泵上下運行而將油井中液體抽取到地 面上。現有的潛油泵皆是設成在地面上由人工調整控制潛油泵的衝數， 細言之油井中的液面深度會因地質構造造成液體流通到油井中的流 速經常變化使潛油泵在液面下的深度，也就是潛油泵的沉沒度，隨之 經常變化，現有的控制方式皆是以人工現場偵測油井中液面深度，從 而計算出潛油泵的沉沒度，而根據潛油泵沉沒度的偵測結果對遊梁式 抽油裝置做衝數調整以達到較佳抽油狀態。然而對遊梁式抽油裝置做 衝數調整時需停機因而減少產油量，並且調整工作繁雜，而且衝數的 改變受遊梁式抽油機級數設計的限制只能做級數改變，無法做無級數 連續衝數調整。先前所發明的三相直線馬達驅動潛油泵的油田採油裝
置(美國專利US 7316270)主要由三相直線馬達和雙作用泵組成，三相 直線馬達和雙作用泵在液面下而由三相馬達驅動雙作用泵將井中液體 經由輸油管抽汲至地面。採用此三相直線馬達驅動潛油泵的油田採油 裝置允許通過自動控制系統依井況變化自動有效的管理直線馬達的運 行，連續式無級調整抽油快慢，甚至暫時停止抽油，以達到最大的抽 油經濟效果並避免直線馬達和雙作用泵因沉沒度太小而受損。
發明內容
本實用新型的主要目的是提供一種三相直線馬達驅動潛油泵的油 田採油裝置的自動控制裝置，其將驅動潛油泵的油田採油裝置中的三
相直線馬達連設一電力自動控制的電路裝置，並設有油井液面深度偵 測裝置，而得自動測知油井液面深度，並控制直線馬達在液面下較深 時抽油速度較快，直線馬達在液面下較淺時抽油速度較慢，以達到油 深時增進抽油效率，油淺時防止空抽造成損壞直線馬達的功效。
為達到上述目的，本實用新型提供一種三相直線馬達驅動潛油泵 的油田採油裝置的自動控制裝置，其設成三相直線馬達連設有直線馬 達電源供應電路，直線馬達電源供應電路具有三相整流器、充電電阻、 濾波器、絕緣柵雙極電晶體供給直線馬達電源，並設有微電腦處理器、 絕緣柵雙極電晶體驅動電路、電流偵測電路、液面深度偵測器、功能 設定及狀態顯示電路、電路電源供應電路；其絕緣柵雙極電晶體驅動
電路連接微電腦處理器、直線馬達電源供應電路的絕緣柵雙極電晶體，
而得控制直線馬達啟動、運行速度、停止；其電流偵測電路連接於微 電腦處理器、直線馬達電源供應電路前的比流器，而得測知直線馬達 運行時的電流值，並將此電流值訊號提供給微電腦處理器做為直線馬 達過電流保護的依據；其液面深度偵測器是連接於微電腦處理器，得 測知油井中液面的深度，並提供油井中液面深度信號給微電腦處理器 做為控制直線馬達的依據；其功能設定及狀態顯示電路是連接於微電 腦處理器，而得設定系統功能參數並顯示系統狀態，其電路電源供應 電路則提供整體電路的電源。
上述的三相直線馬達驅動潛油泵的油田採油裝置的自動控制裝置 中，直線馬達電源供應電路是數個二極體構成三相整流器、數個電阻 及電容器構成濾波器、三組絕緣柵雙極電晶體，各絕緣柵雙極電晶體 是由二開關晶體及數個電阻、電容、二極體構成，三相整流器得將三 相交流電整流呈直流電，三組絕緣柵雙極電晶體得控制直線馬達電源 的啟動、上下運行速度、停止。
上述的三相直線馬達驅動潛油泵的油田採油裝置的自動控制裝置 中，該絕緣柵雙極電晶體驅動電路，是由三組的正反器、光藕合晶體、 絕緣柵雙極電晶體驅動器、及數個電阻所構成，其連接於三相直線馬 達的絕緣柵雙極電晶體，而得控制絕緣柵雙極電晶體的導通與斷路， 進而控制直線馬達的運行、停止、及運行速度。
上述的三相直線馬達驅動潛油泵的油田採油裝置的自動控制裝置
中，該電流偵測電路是由三組的放大器、數個電阻、電容、可調電阻 所構成，其連接於直線馬達電源供應電路前的比流器，而得測知直線 馬達運行時的電流大小提供給微電腦處理器。
上述的三相直線馬達驅動潛油泵的油田採油裝置的自動控制裝置
中，功能設定及狀態顯示電路可採用LED顯示燈或LCD顯示屏，採 用LED顯示時是具有LED顯示燈、數個電阻，二極體，按鍵、及晶 體管所構成，而得由按鍵輸入設定所需控制的信號，並由LED顯示系 統狀態而採用LCD顯示屏是具有LCD顯示屏、數個電阻、數個按鍵 所構成，而得由按鍵輸入設定所需控制的訊號，並由LCD顯示系統狀 態；功能設定及狀態顯示電路亦可採用LED和LCD並用。
上述的三相直線馬達驅動潛油泵的油田採油裝置的自動控制裝置 中，設有溫度偵測器、蜂鳴器、光電驅動繼電器電路，光電驅動繼電 器電路一端連接於微電腦處理器，另一端連接於散熱風扇、充電電阻 旁路電磁開關、主電磁開關由微電腦處理器控制散熱風扇、充電電阻 開關、主電磁開關。
本實用新型的有益效果是本實用新型具有"油井中油量多時自動 控制增快直線馬達運行速度加速抽油速度、油量較少時直線馬達呈慢 速"、"油井中油量不足時，停止直線馬達運行，而得保護直線馬達"、"油 井中油量恢復足夠時，自動啟動直線馬達運行回復抽油"等功效，達到 極佳的實用性與增進功效。
圖l是本實用新型結構方塊圖2是本實用新型直線馬達電源供應電路的線路結構圖； 圖3是本實用新型驅動電路的線路結構圖； 圖4是本實用新型電流偵測電路的線路結構圖； 圖5是本實用新型電路電源供應電路的線路結構圖； 圖6是本實用新型光電驅動電路的線路結構圖； 圖7是本實用新型採用LED顯示的功能設定及狀態顯示電路的線 路結構圖8是本實用新型採用LCD顯示的功能設定及狀態顯示電路的線路結構圖。
主要元件符號說明-20直線馬達電源供應電路
21三相整流器 22充電電阻 23濾波器 30微電腦處理器 40絕緣柵雙極電晶體驅動電路 50電流偵測電路 60電路電源供應電路 70溫度偵測器 80蜂鳴器
90光電驅動繼電器電路 91充電電阻旁路電磁開關 100功能設定及狀態顯示電路 110液面深度偵測器 Ul、 U2、 U3光敏電晶體 U4、 U5、 U6、 U7、 U8穩壓晶體 DR1、 DR2、 DR3絕緣柵雙極電晶體驅動器 IGBT1、 IGBT2、 IGBT3絕緣柵雙極電晶體
具體實施方式
請參閱圖1至圖8，設成驅動潛油泵的直線馬達M連設有一自動控 制裝置包含有直線馬達電源供應電路20具有三相整流器21、充電電 阻22、濾波器23、絕緣柵雙極電晶體IGBT1、 IGBT2、 IGBT3供給直 線馬達M電源，並設有微電腦處理器30、絕緣柵雙極電晶體驅動電路 40、電流偵測電路50、液面深度偵測器110、功能設定及狀態顯示電 路IOO、電路電源供應電路60;其絕緣柵雙極電晶體驅動電路40連接 於微電腦處理器30與直線馬達電源供應電路20的絕緣柵雙極電晶體 IGBT1、 IGBT2、 IGBT3之間，而得控制直線馬達M啟動、上下運行 速度、停止；其電流偵測電路50連接於微電腦處理器30與直線馬達
R電阻 VR可調電阻 D 二極體 C電容
Ql、 Q2開關晶體 M直線馬達 TQ1、 TQ2正反器 Q3、 Q4光藕合晶體 OPl、 0P2放大器 CT比流器 Q5電晶體 S按鍵
RL1、 RL2、 RL3繼電器 Tl、 T2變壓器
電源供應電路20前的比流器CT之間，而得測知直線馬達M運行時的 電流值,並將此電流值信號提供給微電腦處理器30做為直線馬達M過 電流保護的依據；其液面深度偵測器110是連接於微電腦處理器30， 得測知油井中液面的深度，並提供液面深度信號給微電腦處理器30做 為控制直線馬達M運行狀態的依據；其功能設定及狀態顯示電路100 系連接於微電腦處理器30，而得設定系統功能參數並顯示功能設定與 運行狀態，其電路電源供應電路60則提供整體電路的電源；另，設有 溫度偵測器70、蜂鳴器80、光電驅動繼電器電路90,此光電驅動繼電 器電路卯 一端連接於微電腦處理器30而另一端連接於散熱風扇、充 電電阻旁路電磁開關、主電磁開關，溫度偵測器70得測知絕緣柵雙極 電晶體的溫度，當絕緣柵雙極電晶體的溫度偏高時微電腦處理器30會 啟動連接於散熱風扇的繼電器以啟動散熱風扇增強散熱效果，如果散 熱風扇還無法得到所需的散熱效果則微電腦處理器30會進而啟動連接 於主電磁開關的繼電器以關閉主電磁開關而停止直線馬達運行並同時 啟動連接於蜂鳴器80的繼電器以啟動蜂鳴器80發出警告聲。充電電 阻旁路電磁開關由光電驅動繼電器電路卯中的控制充電電阻旁路繼電 器控制，當直線馬達電源開啟時微電腦處理器30會通過光電驅動繼電 器電路90中的控制充電電阻旁路繼電器關掉充電電阻旁路開關使整流 器輸出的直流電經過充電電阻22再輸入濾波器23以減緩濾波器23中 電容器的充電速度，電容器約充電60%後微電腦處理器30會通過光電 驅動繼電器電路90中的控制充電電阻旁路繼電器打開充電電阻旁路開 關使整流器輸出的直流電不再經過充電電阻22而直接通到濾波器23。 整流器輸出的直流電經過充電電阻時微電腦處理器30不會啟動絕緣柵 雙極電晶體驅動電路40因此濾波器23中的電容器經過充電電阻充電 時直線馬達不會啟動。
本實用新型的直線馬達電源供應電路20的線路結構，可實施呈如 圖2所示，具有數個二極體D構成三相整流器21、充電電阻22、數個 電阻R及電容C構成濾波器23、三組絕緣柵雙極電晶體IGBT1、IGBT2、 IGBT3，各絕緣柵雙極電晶體是由二開關晶體Q1、 Q2及數個電阻R、 電容C、 二極體D構成，三相整流器21得將三相交流電整流呈直流電， 三組絕緣柵雙極電晶體IGBT1、 IGBT2、 IGBT3得控制直線馬達M電
源的斷路、導通。在電源開啟時充電電阻22可以減緩濾波器23中電 容器的充電速度，當電容器充電約60%後整流器21輸出的直流電不再 經過充電電阻22而經過旁路直接通到濾波器23。
本實用新型的絕緣柵雙極電晶體驅動電路40的線路結構，可實施 如圖3所示，是由三組的正反器TQ1、 TQ2、光藕合晶體Q3、 Q4、絕 緣柵雙極電晶體驅動器DR1、 DR2、 DR3及數個電阻R和電容C所構 成，其連接於直線馬達M的三相絕緣柵雙極電晶體IGBT1、 IGBT2、 IGBT2，而得控制絕緣柵雙極電晶體導通、斷路，進而控制直線馬達的 啟動、運行速度、停止。
本實用新型的電流偵測電路50的線路結構，可實施呈如圖4所示， 是由三組的放大器OPl、 0P2、數個電阻R、電容C，可調電阻VR 所構成，其連接於直線馬達電源供應電路20前電源的比流器CT，而 得測知直線馬達M運行時的電流大小，提供給微電腦處理器30做過 載保護的依據。
本實用新型的電路電源供應電路60的線路結構，可實施呈如圖5 所示，系具有變壓器T1、 T2而設有三組由數個二極體D構成的橋式 整流、穩壓晶體，得供應整體電路的直流電源。
本實用新型的光電驅動繼電器電路90的線路結構，可實施呈如圖 6所示，是由三組光敏電晶體U1、 U2、 U3、繼電器RL1、 RL2、 RL3、 二極體D、電阻R、電容C所構成，得驅動散熱風扇旋轉幫助散熱、 控制充電電阻旁路電磁開關的導通、及控制主電磁開關。
本實用新型的功能設定及狀態顯示電路100的線路結構可採用 LED顯示如圖7所示或LCD顯示如圖8所示，圖7是具有LED顯示 燈、數個電阻R、 二極體D、按鍵S、及電晶體Q5所構成，而得由按 鍵S輸入設定所需控制的信號，並由LED顯示系統狀態。圖8是具有 LCD顯示屏、數個電阻R、數個按鍵S、及可調電阻VR所構成，而得 由按鍵S輸入設定所需控制的信號，並由LCD顯示系統狀態。功能設 定及狀態顯示電路亦可採用LED和LCD並用。
本實用新型的作用、功效是直線馬達M連結於潛油泵的上端， 直線馬達M上下運行時可連動潛油泵上下動作而抽油。而直線馬達M 的動作，是經由微電腦處理器30發出控制信號令絕緣柵雙極電晶體驅
動電路40動作，再使絕緣柵雙極電晶體IGBT1、 IGBT2、 IGBT3導通
令直線馬達M得到電源而運行。直線馬達M運行時，具有電流偵測電 路50隨時偵測直線馬達M的電流值、溫度偵測器70隨時監測絕緣柵 雙極電晶體的溫度、液面深度偵測器110隨時監測油井中液面深度。
液面深度偵測器110將測得的油井中液面深度提供給微電腦處理 器30，由微電腦處理器30依直線馬達在油井中深度自動計算出直線馬 達在液面下的深度，亦即直線馬達的沉沒度。如果沉沒度很大時微電 腦處理器30可以使直線馬達運行速度加快而使潛油泵增快抽油速度， 如此可得增進採油效率。當沉沒度變小時微電腦處理器30可以使直線 馬達運行速度減緩而使潛油泵減緩抽油速度以維持油井出油量與抽油 量的平衡，避免直線馬達因沉沒度太小而造成幹抽以致直線馬達受損。 如果油井出油量過慢直線馬達沉沒度低於所設定最小沉沒度時微電腦 處理器30會使直線馬達停止運行，當直線馬達沉沒度再度超過所設定 最小沉沒度時再自動啟動直線馬達進行抽油。
電流偵測電路50隨時監測直線馬達運行時電流大小並將信號傳給 微電腦處理器30。如果直線馬達運行電流超過所設定允許值時微電腦 處理器30會啟動過載保護功能而使直線馬達停止並起動蜂鳴器發出警 告信號。當溫度偵測器70測得絕緣柵雙極電晶體IGBT1、 IGBT2、 IGBT3溫度偏高時，微電腦處理器30會啟動散熱風扇以增強絕緣柵雙 極電晶體IGBT1、 IGBT2、 IGBT3的散熱效果，如果散熱風扇的運轉 還無法得到所需的散熱效果則微電腦處理器30會進而關閉主電磁開關 而停止直線馬達的運行並同時令蜂鳴器80發出警告聲。
由上述說明可知，本實用新型具有"油井中油量多時自動控制增快 直線馬達運行速度加速抽油速度、油量較少時直線馬達呈慢速"、"油 井中油量不足時，停止直線馬達運行，而得保護直線馬達"、"油井中 油量恢復足夠時，自動啟動直線馬達運行回復抽油"等功效，達到極佳 的實用性與增進功效。
權利要求1、一種三相直線馬達驅動潛油泵的油田採油裝置的自動控制裝置，其特徵在於設成三相直線馬達連設有直線馬達電源供應電路，直線馬達電源供應電路具有三相整流器、充電電阻、濾波器、絕緣柵雙極電晶體供給直線馬達電源，並設有微電腦處理器、絕緣柵雙極電晶體驅動電路、電流偵測電路、液面深度偵測器、功能設定及狀態顯示電路、電路電源供應電路；其絕緣柵雙極電晶體驅動電路連接微電腦處理器、直線馬達電源供應電路的絕緣柵雙極電晶體，而得控制直線馬達啟動、運行速度、停止；其電流偵測電路連接於微電腦處理器、直線馬達電源供應電路前的比流器，而得測知直線馬達運行時的電流值，並將此電流值訊號提供給微電腦處理器做為直線馬達過電流保護的依據；其液面深度偵測器是連接於微電腦處理器，得測知油井中液面的深度，並提供油井中液面深度信號給微電腦處理器做為控制直線馬達的依據；其功能設定及狀態顯示電路是連接於微電腦處理器，而得設定系統功能參數並顯示系統狀態，其電路電源供應電路則提供整體電路的電源。
2、 根據權利要求1所述的三相直線馬達驅動潛油泵的油田採油裝 置的自動控制裝置，其特徵在於直線馬達電源供應電路是數個二極 管構成三相整流器、數個電阻及電容器構成濾波器、三組絕緣柵雙極 電晶體，各絕緣柵雙極電晶體是由二開關晶體及數個電阻、電容、二 極管構成，三相整流器得將三相交流電整流呈直流電，三組絕緣柵雙 極電晶體得控制直線馬達電源的啟動、上下運行速度、停止。
3、 根據權利要求1所述的三相直線馬達驅動潛油泵的油田採油裝 置的自動控制裝置，其特徵在於該絕緣柵雙極電晶體驅動電路，是 由三組的正反器、光藕合晶體、絕緣柵雙極電晶體驅動器、及數個電 阻所構成，其連接於三相直線馬達的絕緣柵雙極電晶體，而得控制絕 緣柵雙極電晶體的導通與斷路，進而控制直線馬達的運行、停止、及 運行速度。
4、 根據權利要求1所述的三相直線馬達驅動潛油泵的油田採油裝 置的自動控制裝置，其特徵在於該電流偵測電路是由三組的放大器、 數個電阻、電容、可調電阻所構成，其連接於直線馬達電源供應電路 前的比流器，而得測知直線馬達運行時的電流大小提供給微電腦處理 器。
5、 根據權利要求1所述的三相直線馬達驅動潛油泵的油田採油裝 置的自動控制裝置，其特徵在於功能設定及狀態顯示電路可釆用LED顯示燈或LCD顯示屏，採用LED顯示時是具有LED顯示燈、數個電 阻，二極體，按鍵、及電晶體所構成，而得由按鍵輸入設定所需控制 的信號，並由LED顯示系統狀態而採用LCD顯示屏是具有LCD顯示 屏、數個電阻、數個按鍵所構成，而得由按鍵輸入設定所需控制的訊 號，並由LCD顯示系統狀態；功能設定及狀態顯示電路亦可採用LED 和LCD並用。
6、 根據權利要求1所述的三相直線馬達驅動潛油泵的油田採油裝 置的自動控制裝置，其特徵在於設有溫度偵測器、蜂鳴器、光電驅 動繼電器電路，光電驅動繼電器電路一端連接於微電腦處理器，另一 端連接於散熱風扇、充電電阻旁路電磁開關、主電磁開關由微電腦處 理器控制散熱風扇、充電電阻開關、主電磁開關。
專利摘要本實用新型公開了一種三相直線馬達驅動潛油泵的油田採油裝置的自動控制裝置，其提供一種可感應油井液面深度而自動控制潛油泵抽油速度的控制裝置；主要是驅動潛油泵的直線馬達連設有一控制系統包含直線馬達電源供應電路、微電腦處理器、絕緣柵雙極電晶體驅動電路、電流偵測電路、電路電源供應電路、溫度偵測器、光電驅動繼電器電路、功能設定及狀態顯示電路、液面深度偵測器，而得感知直線馬達在液面下較深時控制直線馬達上下運行較快抽油速度較快，直線馬達在液面下較淺時控制直線馬達上下運行較慢抽油速較慢，而得最佳抽油效果並避免空抽造成直線馬達的損壞。
文檔編號H02P27/00GK201176924SQ20082000165
公開日2009年1月7日 申請日期2008年1月29日 優先權日2008年1月29日
發明者江慶章, 沈貴賢 申請人:騏成科技股份有限公司