專利名稱：智能型多功率節(jié)能拖動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于油井抽油機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種智能型多功率節(jié)能拖動裝置，適用于油井抽油機，為抽油機的運行提供動力拖動的一種智能化、多功率、節(jié)能型的裝置。
背景技術(shù)：
油田各采油廠油井目前大多采用常規(guī)游梁式抽油機，這種抽油機在抽油井負荷波動較大，存在平衡不足、平衡效果不好等情況。不僅嚴重影響曲柄連桿機構(gòu)、減速器及電動機的效率和壽命，同時也降低了抽油桿柱的可靠性。另外，還使抽油機的能耗加大，致使采油成本提高。特別是在油田開采后期，隨著地下石油儲量的減少，石油的產(chǎn)量降低(低產(chǎn)油井日產(chǎn)液量平均4T，有些甚至不足1T)，電費不斷上漲的趨勢，造成石油開采成本的不斷上升，直接影響了企業(yè)的經(jīng)濟效益。現(xiàn)在油田使用的游梁式抽油機是按油井滿負荷設(shè)計的，其抽油沖次較高，抽油泵填充系數(shù)低，空抽現(xiàn)象嚴重，電能能耗高。如繼續(xù)使用普通電機，勢必造成能源浪費，直接影響企業(yè)的經(jīng)濟效益。所以，在現(xiàn)有游梁式抽油機的基礎(chǔ)上進行節(jié)能增效改造，勢在必行。目前，市場上關(guān)于抽油機節(jié)能增效大致采用以下幾種1、間歇式運行方式，這種方式是用定時啟動運行、定時停機來控制抽油機，在一定基礎(chǔ)上能提高采油效率。但這種方式是以損失產(chǎn)量為代價的，最關(guān)鍵的是這種方式是自動啟動運行，存在不安全因素，在油田一般不允許使用。2、機械變速箱，這種方式是改裝變速箱來達到控制電機的轉(zhuǎn)速，改變抽油機的沖次，以達到節(jié)能增效的目的。這種方式有一定作用，但主要是這種方式對抽油機的機械部分改造變動大，節(jié)能潛力有限。3、星、三角轉(zhuǎn)換，這種方式僅具有Δ起動Y運行的單一功能，不能達到節(jié)能目的。這是因為當井下工況發(fā)生變化，造成Y運行嚴重過載時，其銅耗(有功損耗)將急劇增大并超過Δ運行的銅耗，即形成“倒節(jié)電”現(xiàn)象；當負載進一步加重時，就會造成“悶車”停抽，甚至發(fā)生燒毀電動機的事故。

發(fā)明內(nèi)容
針對游梁式抽油機電動機負載率過低，調(diào)沖困難的問題，發(fā)明人經(jīng)過多年的探索與實踐，研制出了可以克服上述問題的智能型多功率節(jié)能拖動裝置。
本實用新型采取的技術(shù)方案是由多功率高轉(zhuǎn)差率三相異步電動機和節(jié)能控制箱組成，所述電機采用雙繞組9個接頭，采用一體化結(jié)構(gòu)；控制箱下端通過電機出線座固定在電機上，上端通過扁鐵固定在電機吊環(huán)上；節(jié)能控制箱內(nèi)裝有安裝板，安裝板固定在箱體內(nèi)；安裝板上裝有智能型數(shù)字保護控制器、功率切換用接觸器和斷路器控制元件，各控制元件通過控制導線互相連接，電機繞組引出線通過電機出線座引入控制箱內(nèi)，與安裝板上的控制元件連接；控制箱下端安裝有控制按鈕，下端另開有出線孔。
本實用新型采用超高轉(zhuǎn)差多功率節(jié)能電機，特點是利用電動機的雙繞組9個接頭，采用不同的組合方式，使電機具備大、中、中低和低4個轉(zhuǎn)矩功率；啟動時采用大功率，啟動后自動檢測負荷功率，可降低額定功率，提高負載率和增加效率，從而達到節(jié)能目的；該產(chǎn)品可自動跟蹤抽油機負荷的變化，進行高功率—低功率－高功率雙向可逆自動轉(zhuǎn)換；抽油機在負荷較輕的情況下，高功率起動之后自動轉(zhuǎn)換為低功率運行；當?shù)凸β蔬\行過載時，自動轉(zhuǎn)換為高功率運行；當負荷變輕后，自動恢復到低功率運行。為了實現(xiàn)高功率—低功率—高功率兩種轉(zhuǎn)換，以及對抽油機帶沖擊性的周期交變負荷的復雜特性分析為基礎(chǔ)，研制了準確識別轉(zhuǎn)換類型的電路，以及為實現(xiàn)兩種不同類型的轉(zhuǎn)換所必需的不同時序和時程的控制的智能型控制器。本實用新型還具有多種保護功能，保障抽油機安全運行。
由于不同時序和時程的設(shè)計，在任何情況下均不會發(fā)生低功率—高功率頻繁轉(zhuǎn)換問題；當發(fā)生故障，該智能控制器還具有保護功能，能夠準確顯示故障類型，便于迅速排除故障，恢復運行。由指示燈顯示故障類型，包括過載、缺相、三相不平衡、過熱及堵轉(zhuǎn)，可實時顯示電機三相電流、平均電流。由于本實用新型采取了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點1、采用電機控制箱一體化結(jié)構(gòu)，安裝方便、結(jié)構(gòu)牢固；2、電機轉(zhuǎn)速低，可增加抽油泵填充系數(shù)，增加抽液能力，避免空抽現(xiàn)象，降低單位采液量能耗，與其他裝置相比，節(jié)電率達30-40％；3、高轉(zhuǎn)差電機，啟動轉(zhuǎn)矩大，裝置具有軟的機械特性，可降低驢頭最大負荷，降低抽油桿彈性應變和減速齒輪疲勞效應，改善了抽油機運行狀況，降低抽油機維護費用，延長抽油機使用壽命；4、有完善的保護功能。過載、堵轉(zhuǎn)、缺相、電機過熱等有可靠的保護；5、用多功率電機，可自動根據(jù)油井負荷切換高、低不同功率，即滿足抽油機的高啟動轉(zhuǎn)矩的要求，又避免正常運行中的“大馬拉小車”的問題，可有效降低能耗，同時可提高功率因數(shù)，降低無功損耗。
以下結(jié)合附圖及實例，對本實用新型的結(jié)構(gòu)做進一步說明

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖圖2是本實用新型控制箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖圖3是本實用新型的系統(tǒng)原理圖圖4是本實用新型的電路原理圖圖5是本實用新型智能型數(shù)字保護控制器的結(jié)構(gòu)示意圖圖6是本實用新型智能型數(shù)字保護控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖圖7是本實用新型智能型數(shù)字保護控制器的系統(tǒng)原理圖
具體實施方式
參看圖1、圖2、圖3、圖4，本實用新型是由多功率高轉(zhuǎn)差率三相異步電動機1和節(jié)能控制箱2組成，所述電機1采用雙繞組9個接頭，采用不同的組合方式，使電機具備大、中、中低和低4個轉(zhuǎn)矩功率，采用一體化結(jié)構(gòu)；控制箱2下端通過電機出線座6固定在電機1上，上端通過扁鐵固定在電機吊環(huán)上；具有安裝方便，接線少，結(jié)構(gòu)牢固等特點；節(jié)能控制箱2內(nèi)裝有安裝板3，安裝板3固定在箱體1內(nèi)；安裝板3上裝有智能型數(shù)字保護控制器4，功率切換用接觸器7、8，斷路器5等控制元件，各控制元件通過控制導線互相連接，電機繞組引出線通過電機出線座6引入控制箱1內(nèi)，與安裝板上的控制元件連接；控制箱下端安裝有控制按鈕，下端另開有出線孔，以便電源線引入控制箱內(nèi)；三相電源聯(lián)接在斷路器5的進線端子上，斷路器5的出線端通過電纜線穿過三個電流互感器，再聯(lián)接到高、低功率接觸器上，高功率接觸器7的出線端通過電機引出線與電機的高功率繞組相聯(lián)接，低功率接觸器8的出線端通過電機引出線與電機的低功率繞組相聯(lián)接；三相電流互感器通過二次控制線與數(shù)字保護控制器聯(lián)接，數(shù)字保護控制器通過電流互感器檢測電機的三相電流，經(jīng)控制器內(nèi)部電路及軟件的處理，判斷確定電機工作在高或者低功率上；數(shù)字保護控制器內(nèi)部的繼電器通過控制線與高、低功率接觸器聯(lián)接，控制接觸器的工作狀態(tài)。
參看圖5、圖6、圖7，本實用新型智能型數(shù)字保護控制器的外殼9采用阻燃ABS工程塑料，殼體9由前殼體和后蓋組成，殼體面板設(shè)有顯示窗口及按鍵，以提供用戶操作界面；后蓋上設(shè)有外引接線端子，分別提供控制器電源和控制信號輸出；殼體9上有三個穿線孔10，現(xiàn)場安裝時電機引接線穿過此孔；所述智能型數(shù)字保護控制器水平安裝后，后蓋在前殼體下方，可有效避免雨水流入控制器內(nèi)，即控制器有防水功能；所述智能型數(shù)字保護控制器內(nèi)部設(shè)有三個電流互感器11和一塊線路板12；互感器11套在三個穿線孔10上，通過導線與線路板連接；線路板12上由電源變壓器13、中央處理器14、儀表放大器15、A/D檢測芯片16、存儲器17和顯示電路18元件組成；線路板12通過導線與后蓋上的接線端子連接；電機電流通過三相電流互感器轉(zhuǎn)換為小信號的電流信號，與電流互感器連接的儀表放大器對電流信號進行處理后，送給與儀表放大器相連接的A/D檢測芯片16，通過A/D轉(zhuǎn)換后，原來的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再送入與A/D檢測芯片相連接的中央處理器(CPU)；CPU接收到來自A/D檢測芯片的數(shù)字電流、電壓信號后，經(jīng)內(nèi)部的程序和硬件電路處理；一方面將檢測的數(shù)據(jù)傳送給與之相連接的顯示電路，提供人機界面，供用戶讀取數(shù)據(jù)；另一方面CPU內(nèi)的程序根據(jù)檢測的數(shù)據(jù)確定電機的工作狀態(tài)，相應的發(fā)送信號給與之相連接的電機保護控制單元19和電加熱控制單元20；電機保護控制單元19控制電機的運行，電加熱控制單元20控制井下電加熱器的運行；數(shù)據(jù)存儲器與CPU連接，負責存放用戶設(shè)定的各種參數(shù)，即使掉電也能保證設(shè)定數(shù)據(jù)不丟失。
本實用新型智能型數(shù)字保護控制器的工作原理如下電機的電流信號及電壓必須有高精度的傳感器采集，在經(jīng)過專用運算放大器放大到合適的電壓信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送入給中央處理器；在這一系列的處理中要保證各個環(huán)節(jié)的處理精度，這樣才能準確的檢測電機的電流和電壓，為自動控制電加熱提供可靠的數(shù)據(jù)；為保證信號的準確，采用高精度的進口芯片；中央處理器(CPU)，它實際上是個微型電腦，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換芯片來的電流數(shù)字信號在CPU中經(jīng)專門設(shè)計的軟件計算、處理，來自動控制電加熱的工作與否，實現(xiàn)最佳的、智能化的控制，即保證抽油機的可靠運行，又實現(xiàn)最佳的節(jié)能效果；同時，CPU可根據(jù)電流的大小對電機的過載、堵轉(zhuǎn)、缺相等全面的保護；數(shù)據(jù)存儲器，它可保存設(shè)置的各項參數(shù)，如電機的額定電流、加熱控制的上、下限功率等系列參數(shù)，即使掉電也不會丟失數(shù)據(jù)；執(zhí)行控制單元，由CPU來的控制信號，經(jīng)可靠的繼電器，控制電機的運行、停止，電加熱的運行與否；顯示電路，提供人機界面，顯示各種數(shù)據(jù)。
本實用新型的工作原理如下電機的功率(W)和電機的轉(zhuǎn)速(N)及輸出轉(zhuǎn)矩(T)之間的數(shù)學關(guān)系是W＝N*T，也就是說在電機功率一定的條件下，降低轉(zhuǎn)速可以提供電機的輸出轉(zhuǎn)矩，由此，本實用新型采用高轉(zhuǎn)差電機，在啟動負荷較重的情況下，電機速度下降比普通電機大，能輸出更高的轉(zhuǎn)矩，同時，可有效的減少對抽油機的機械沖擊，延長設(shè)備的使用壽命；當然采用高轉(zhuǎn)差電機提供啟動轉(zhuǎn)矩畢竟有限，為此本實用新型采用多功率電機用于抽油機，用電機的高功率啟動，運行時轉(zhuǎn)換到低功率，低功率時，電機的負載率高，功率因數(shù)高，效率也高；可有效降低電機的有功功耗(即電表的讀數(shù)的下降)及無功功耗(有效減少線損，提高設(shè)備的使用效率)，直接達到節(jié)能目的。同時，為了避免空抽現(xiàn)象，增加抽油泵填充系數(shù)，增加抽液能力，降低單位采液量能耗，進一步節(jié)能增效?？刂葡?，控制箱負責電機啟動、運行、功率轉(zhuǎn)換、保護等控制功能。具體控制原理如下電機高功率啟動，啟動十幾秒后，微電腦芯片(16位單片機)根據(jù)采集的電機電流的大小結(jié)合電機的多個功率的額定電流，經(jīng)計算比較以及延時后確定是否轉(zhuǎn)換到低功率上若負荷較重，則不轉(zhuǎn)換，運行在高功率上，在此以后，微電腦芯片不停；檢測電流，進行高功率運行下的電機保護(具體有缺相、過載、堵轉(zhuǎn)等)，過載采用反時限方式，同時不斷判斷是否要轉(zhuǎn)換到低功率上；如果達到轉(zhuǎn)換的條件，經(jīng)延時后自動轉(zhuǎn)換到低功率上運行，電機處于低功率節(jié)能運行狀態(tài)，以達到節(jié)能目的，又滿足抽油機運行的要求。在低功率時，進行低功率擋的電機保護，可有效的保護電機運行在高、低功率上。在低功率上運行時，如井下負荷較重，電機過載，經(jīng)延時判斷后，根據(jù)過載倍數(shù)的大小，確定是否要轉(zhuǎn)換到高功率，還是停機保護，過載倍數(shù)大時(如電機堵轉(zhuǎn))，直接停機保護(此時不可再轉(zhuǎn)換到高功率，即使轉(zhuǎn)換到高功率電機也有可能過載。)，過載倍數(shù)小時，轉(zhuǎn)換到高功率上；這樣既有效保護電機，又避免無效的停機、停井。
權(quán)利要求1.一種智能型多功率節(jié)能拖動裝置，其特征在于是由多功率高轉(zhuǎn)差率三相異步電動機和節(jié)能控制箱組成，所述電機采用雙繞組9個接頭，采用一體化結(jié)構(gòu)；控制箱下端通過電機出線座固定在電機上，上端通過扁鐵固定在電機吊環(huán)上；節(jié)能控制箱內(nèi)裝有安裝板，安裝板固定在箱體內(nèi)；安裝板上裝有智能型數(shù)字保護控制器、功率切換用接觸器和斷路器控制元件，各控制元件通過控制導線互相連接，電機繞組引出線通過電機出線座引入控制箱內(nèi)，與安裝板上的控制元件連接；控制箱下端安裝有控制按鈕，下端另開有出線孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能型多功率節(jié)能拖動裝置，其特征在于所述智能型節(jié)能保護控制器的殼體由前殼體和后蓋組成，殼體面板設(shè)有顯示窗口及按鍵，后蓋上設(shè)有外引接線端子，殼體上有三個穿線孔；殼體內(nèi)設(shè)有三個電流互感器和一塊線路板；互感器套在三個穿線孔上，通過導線與線路板連接；線路板由電源變壓器、中央處理器、儀表放大器、A/D檢測芯片、存儲器和顯示電路元件組成；線路板通過導線與后蓋上的接線端子連接；通過互感器、儀表放大器、A/D檢測芯片檢測電機的三相電流、三相電壓，再通過中央處理器的軟件計算、處理，實現(xiàn)電機功率的自動切換以及電加熱的智能化控制，電加熱的控制采用功率檢測方式。
專利摘要本實用新型為油井抽油機技術(shù)領(lǐng)域，提供一種智能型多功率節(jié)能拖動裝置，其由多功率高轉(zhuǎn)差率三相異步電動機和節(jié)能控制箱組成，采用一體化結(jié)構(gòu)；控制箱下端通過電機出線座固定在電機上；節(jié)能控制箱內(nèi)裝有安裝板，安裝板固定在箱體內(nèi)；安裝板上裝有智能型數(shù)字保護控制器、功率切換用接觸器和斷路器控制元件，各控制元件通過控制導線互相連接，控制箱下端安裝有控制按鈕，下端另開有出線孔。由于采取了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有安裝方便、結(jié)構(gòu)牢固、增加抽液能力，避免空抽現(xiàn)象，降低單位采液量能耗、降低抽油機維護費用，延長抽油機使用壽命、完善的保護功能、可有效降低能耗，同時可提高功率因數(shù)，降低無功損耗的優(yōu)點。
文檔編號H02P25/16GK2876374SQ20062002996
公開日2007年3月7日 申請日期2006年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月26日
發(fā)明者宋元禮, 喬書勇 申請人:河南油田亞盛電器有限責任公司