抽油機專用變頻器的製作方法
2023-04-30 00:45:36 1
專利名稱：抽油機專用變頻器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種變頻調速裝置，具體地說，是一種油田用抽油機專用變頻器。
背景技術：
我國的油田絕大部分要靠注水來壓油入井，靠抽油機把油從地層中提升上來。以水換油、以電換油是目前我國油田的現狀。如何提高採油效率，降低採出液的噸液能耗，提高產量，使抽油機的參數更好的適應地上、地下工況，使現場抽油機調節更為方便，成為業內人士的焦點。
目前，在油田抽油機設備中，遊梁式抽油機使用方便、可靠，是目前油田採油生產中的主要設備，應用最為普遍，數量也最多。遊梁式抽油機的工作過程為用電機帶動減速機，減速機帶動皮帶輪，皮帶輪帶動兩個很重的鋼質滑塊作旋轉往復運動，依靠槓桿的作用，將抽油杆提上放下，而將油帶出地面進入輸油管道中或儲油罐中，完成抽油過程。
抽油機電機的負荷是一周期性脈動負荷，并迭加有瞬間的衝擊。為了減小抽油機上下衝程負荷的波動，一般都配有平衡塊。為了保證足夠大的啟動轉矩，抽油機電機正常運行時負荷率很低，一般都是在低負荷率運行，45KW的實際用功也就是30KW左右，而且造成功率因數低，相對也效率低，電能浪費大。
因此，在設計選配抽油機電機時，普遍的做法是令其抽取量大於實際負荷。它所帶來的新問題是當抽油機排量過剩時，抽油機的運行會出現無功抽取，出現空抽或泵空狀態，過剩的抽油能力令抽油機的無功抽取時間增加，造成油井開採的電費成本居高不下，能源浪費十分嚴重。因此，抽油機的節能潛力非常巨大。
節能包括兩個方面(1)從電動機本身考慮，提高電動機的負荷率和效率；(2)從系統考慮，改用變頻器電動機的機械特性，使機、杆、泵整個系統達到較好的配合，提高系統效率。
(3)從竊電方面也可以客觀的節約一部分能源，也就是說從直流供電到變頻輸出的電源家庭是無法使用的。兩者比較，後者的節能潛力比前者大得多。在遊梁式抽油機上應用變頻調速技術不僅使機、杆、泵整個系統達到較好的配合，自動化程度提高，降低工人的勞動強度，減少工作量，而且節能效果明顯，綜合效益顯著。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種油田用抽油機專用變頻器，可以根據油井的實際情況，改變抽油機的衝程頻次，達到上、下衝程間的平穩過渡。用以克服上述已有技術的不足。
本發明採用了以下技術方案。
一種抽油機專用變頻器，主要包括整流濾波電路，CPU，IGBT模塊，濾波電路，回饋電路和正玄波濾波電路，其特徵是分別與CPU連接的若干只觸發極通過保護二極體連接回饋電路，觸發極還通過濾波電路連接電動機；回饋電路通過正玄波濾波電路連接電網；整流濾波電路通過限流電阻、供電接線器連接IGBT模塊。
所述觸發極為十二隻。
供電接線器與IGBT模塊之間還連接有直流濾波器。
所述的IGBT模塊為並聯的三組。
本發明的積極效果在於具有遠程直流供電降低線損和竊電的特點。針對抽油機載荷的特殊性和野外工作特點，把制動電路改為回饋電路，把倒發的電能回饋給電網，從而實現了節電效果又能使變頻器可靠工作，把97％的再生電能回饋電網，有效減少能源消耗。
根據抽油機是交變工作載荷的特點，可以根據油井的實際情況，改變抽油機的衝程頻次，達到上、下衝程間的平穩過渡。變頻器本身具有抽油機所需的各種保護功能及相應的放電回饋電路，而且風機可以有溫度自動控制，延長了風機的使用壽命，也節約相應的能源消耗。
可根據井下供液，任意調整轉速提高泵充滿係數及排量係數，達到節能、增產、無級調速的效果。
採用頻率調節抽油機的衝程頻次行程的速度，達到節電又增產的目的。
能動態調整抽油機的轉速，可無級調節抽油機衝次，從而調整泵的充滿度，提高抽取效率，增加原油產量，減少了電機功率，實現了節能目的。
由於採用變頻調速技術，輸出不同頻率的電源，從而使電動機衝程轉速可快可慢，可無級調節抽油機衝程速比。可以提高原油在泵的充滿度；而適當提高效率，則可以減少在提升過程中的漏失係數，有效地提高單位時間內的原油產量。
使用效果方面，由於專用變頻器對抽油機進行控制，較傳統抽油機，優越性體現在以下幾個方面(1)對抽油機實行軟啟動，啟動電流大幅度降低，避免了對電動機、減速器和抽油機產生過大的機械衝擊，延長了設備的使用壽命。
(2)提高了電動機的功率因數，功率因數由原來的0.3～0.5上升到0.98。
(3)通用性強。能夠滿足不同油井多種工況的要求。根據油井實際供油能力，動態調整抽油機的頻率，既達到了節能目的，又提高了原油產量。
(4)變頻器具有過壓、欠壓、過載、短路、缺相及失速等多項保護功能，更精確可靠地保護了電機。
(5)能夠在有效的調節範圍內無級調節抽油機的衝程。
(6)操作簡單方便。所有參數調節均可通過面板設定，用戶易於掌握，比通用變頻器的操作更直觀。
圖1是本發明的主電路原理圖。
圖2是經變壓器輸出整流後經電纜輸出給用電器的原理圖。
具體實施例方式
圖1中，分別與CPU2連接的十二隻觸發極通過保護二極體D7-D8連接回饋電路6，觸發極還通過濾波電路4連接電動機5；回饋電路6通過正玄波濾波電路7連接電網；整流濾波電路1通過限流電阻、供電接線器和直流濾波器L1連接並聯的三組IGBT模塊3。
本變頻器採用的CPU2為M37906，這種微處理器是三菱公司第四代三相異步電動機專用晶片，採用高性能矽柵CMOS工藝，具有四十二腳塑料表面粘貼(SSOP)和四十二腳塑窄腳雙列直插(SDIP)兩種封裝形式，提供FLASH晶片和掩膜ROM晶片兩種方式，其基本特點是防幹擾能力強工作穩定。
由D1-D6和IC組成整流濾波電路1，作為直流的母線供電。經過OUT+和OUT-分布到各個直流用電單元Q1-Q6做工。由Q7-Q12組成回饋電路6，及是回饋單元。由L2和C組成正玄波濾波電路7。R.S.T是工頻電壓380V輸入。CPU2是Q1-Q12的核心部位頻率控制。R是限流電阻同時保IGBT模塊3。K是母線供電接觸器。M是電動機5。
經整流濾波電路1整流濾波後連接直流濾波器L1和IGBT模塊3，輸出至濾波電路4，經過濾波電路4濾波後輸出給電動機5。
再經保護二極體D7-D輸入到回饋電路6，原理是當電動機失速後產生的電能通過回饋電路6和正玄波濾波電路7反饋給電網從而達到節電的目的。正玄波濾波電路7是把諧波濾除，目的是為了避免汙染電網，在CPU2的控制下使頻率和電網同步的情況下反饋到電網.同時還檢測過壓、欠壓、過流、過載並實施保護。
如圖2所示，經變壓器T輸出D整流後經電纜輸出給十路用電器。
為了保證生產的可靠性，各種油田生產機械在用動力驅動時，都留有一定的富餘量。電機不能在滿負荷下運行，除達到動力驅動要求外，多餘的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費，在油田抽油機運行時有四分之一的時間是處在發電狀態，本變頻器可把發的電回饋給電網，這時另一臺正處在用電狀態，十臺可以以互補的狀態工作這時的節電率是百分之二十.為了達到抽油的效率可降低頻率，因為在正常轉速下很多是空抽，所以，當電機轉速從N1變到N2時，其電機軸功率(P)的變化關係如下P2/P1＝(N2/N1)3，由此可見降低電機轉速可得到立方級的節能效果。
動態調整節能迅速適應負載變動，供給最大效率電壓。變頻調速器在軟體上設有5000次/秒的測控輸出功能，始終保持電機的輸出高效率運行。
通過變頻自身的V/F功能節電在保證電機輸出力矩的情況下，可自動調節V/F曲線。減少電機的輸出力矩，降低輸入電流，達到節能狀態。
變頻自帶軟啟動節能在電機全壓啟動時，由於電機的啟動力矩需要，要從電網吸收七倍的電機額定電流，而過大的啟動電流即浪費電力，對電網的電壓波動損害也很大，增加了線損和變損。採用軟啟動後，啟動電流可從0--電機額定電流，減少了啟動電流對電網的衝擊，節約了電能，也減少了啟動慣性對設備的大慣量的轉速衝擊，延長了設備的使用壽命。
提高功率因數節能電動機由定子繞組和轉子繞組通過電磁作用而產生力矩。繞組由於其感抗作用，對電網而言，阻抗特性呈感性，電機在運行時吸收大量的無功功率，造成功率因數很低。採用本發明後，由於其性能已變為AC--DC--AC，在整流濾波後，負載特性發生了變化。變頻調速器對電網的阻抗特性呈阻性，功率因數很高，減少了無功損耗。
權利要求
1.一種抽油機專用變頻器，主要包括整流濾波電路(1)，CPU(2)，IGBT模塊(3)，濾波電路(4)，回饋電路(6)和正玄波濾波電路(7)，其特徵是分別與CPU(2)連接的若干只觸發極通過保護二極體連接回饋電路(6)，觸發極還通過濾波電路(4)連接電動機(5)；回饋電路(6)通過正玄波濾波電路(7)連接電網；整流濾波電路(1)通過限流電阻、供電接線器連接IGBT模塊(3)。
2.如權利要求1所述的抽油機專用變頻器，其特徵是所述觸發極為十二隻。
3.如權利要求1或2所述的抽油機專用變頻器，其特徵是供電接線器與IGBT模塊(3)之間還連接有直流濾波器。
4.如權利要求1或2所述的抽油機專用變頻器，其特徵是所述的IGBT模塊(3)為並聯的三組。
全文摘要
本發明是一種抽油機專用變頻器，分別與CPU(2)連接的若干只觸發極通過保護二極體連接回饋電路(6)，觸發極還通過濾波電路(4)連接電動機(5)；回饋電路(6)通過正玄波濾波電路(7)連接電網；整流濾波電路(1)通過限流電阻、供電接線器連接IGBT模塊(3)。具有遠程直流供電降低線損和竊電的特點，從根本上改變了抽油機的運動特性和動力特性，使抽油機—抽油杆—抽油泵達到動態協調，使有杆抽油系統和油井供液系統達到動態協調。抽油機應用變頻器，既可以提高工效，增加採油量，又可以節約電能，保護電機及設備。
文檔編號H02P27/06GK101013880SQ200710013268
公開日2007年8月8日 申請日期2007年1月22日 優先權日2007年1月22日
發明者傅春曉, 王清富, 原玉勝 申請人:煙臺黃金電器有限公司