一種抽油機(jī)集控專用逆變控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于抽油機(jī)井的控制裝置，尤其是一種抽油機(jī)集控專用逆變控制
目.ο
【背景技術(shù)】
[0002]目前國內(nèi)有關(guān)抽油機(jī)及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的各種檢測(cè)與控制方式多種多樣，比如，以改善工藝、提高采收率為目的而為抽油機(jī)配備的逆變調(diào)速器、示功圖測(cè)試分析儀、滑差電機(jī)、變極調(diào)速；針對(duì)抽油機(jī)由于長期處于“大馬拉小車”狀態(tài)所致的功效低、功率因數(shù)低的問題，為了節(jié)能降耗而采用的節(jié)能控制電機(jī)、降壓節(jié)能和Λ/Υ接法控制，以及對(duì)抽油機(jī)通過間歇式控制來實(shí)現(xiàn)節(jié)能的所謂超級(jí)節(jié)能器等等。國外圍繞抽油機(jī)的控制主要采用比較完善的逆變調(diào)速裝置和與之配套的示功圖測(cè)試分析儀等，通過逆變調(diào)速器及多功能控制系統(tǒng)，既可以較好地滿足采油工藝的要求，又能達(dá)到有效的節(jié)能目的。在國內(nèi)各油田采用的逆變控制柜在以下幾方面有技術(shù)和性能上的差異和影響:首先，對(duì)于逆變環(huán)節(jié)的SPffM控制及調(diào)壓控制的算法不同，直接影響著實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)“大馬拉小車”狀態(tài)下的降壓節(jié)能效果。其次，逆變控制柜對(duì)抽油機(jī)的不平衡饋能通常有兩種不同的處理方式和配置組態(tài):一是在直流側(cè)接入剎車電阻耗能，電路簡單易行；二是交一直整流及濾波環(huán)節(jié)采用PWM可逆整流器將電機(jī)倒發(fā)電能量饋入電網(wǎng)，使不平衡饋能得以回收，避免能量的浪費(fèi)。后者技術(shù)難度較大，成本也較高。此外，由于所采用的技術(shù)手段不同，控制柜成本也各不相同，不過總體看來，逆變控制柜價(jià)格偏高，各采油廠難以接受，這也是逆變控制柜目前難以大面積廣泛應(yīng)用的主要原因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種抽油機(jī)集控專用逆變控制裝置，解決了現(xiàn)有設(shè)備功效差、成本高等問題，具有節(jié)能效率高，造價(jià)低，可對(duì)油井運(yùn)行情況實(shí)時(shí)監(jiān)控，完成油井不平衡饋能，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)施與保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案，一種抽油機(jī)集控專用逆變控制裝置，包括電力變換主電路、檢測(cè)與保護(hù)模塊、單片機(jī)控制模塊，所述電力變換主電路的輸入端與整流濾波裝置的輸出端相連接，所述電力變換主電路的輸出端與抽油機(jī)電機(jī)相連接，所述電力變換主電路將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，為抽油機(jī)電機(jī)提供交流電能，并吸收公共直流母線上的過電壓能量；所述檢測(cè)與保護(hù)模塊連接于電力變換主電路的檢測(cè)端，對(duì)抽油機(jī)的電機(jī)的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并將檢測(cè)信號(hào)傳輸給單片機(jī)控制模塊，所述單片機(jī)控制模塊連接于檢測(cè)與保護(hù)模塊，所述單片機(jī)控制模塊接收檢測(cè)信號(hào)，并根據(jù)該檢測(cè)信號(hào)判斷該抽油機(jī)的電機(jī)的工作狀態(tài)，以控制電力變換主電路提供的交流電能。
[0005]所述電力變換主電路包括直流母線輸入濾波電容、充電保護(hù)單元、SPffM逆變器和過壓吸收保護(hù)單元，所述直流母線輸入濾波電容將直流電能濾波，所述充電保護(hù)單元吸收因直流母線輸入濾波電容剛上電時(shí)的沖擊電流，所述SPffM逆變器將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，所述過壓吸收保護(hù)單元吸收公共直流母線上的過電壓能量。
[0006]所述該檢測(cè)與保護(hù)模塊在抽油機(jī)的電機(jī)出現(xiàn)異常情況下自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警。
[0007]所述單片機(jī)控制模塊應(yīng)用16位dsPIC30F系列DSP單片機(jī)及高頻PffM控制方式。
[0008]還包括驅(qū)動(dòng)模塊和不平衡饋能保護(hù)處理模塊，所述驅(qū)動(dòng)模塊的輸入端連接于該單片機(jī)控制模塊的輸出端，所述驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端與電力變換主電路的控制端相連接，以驅(qū)動(dòng)該電力變換主電路，并強(qiáng)弱電隔離以保護(hù)該電力變換主電路，所述不平衡饋能保護(hù)處理模塊同時(shí)連接于電力變換主電路的檢測(cè)端以及驅(qū)動(dòng)模塊，用以吸收該公共直流母線上的過電壓能量。
[0009]所述檢測(cè)與保護(hù)模塊檢測(cè)到公共直流母線上電壓過高時(shí)，將過電壓信號(hào)傳輸給單片機(jī)控制模塊，所述單片機(jī)控制模塊將過電壓信號(hào)傳輸給驅(qū)動(dòng)模塊，使不平衡饋能保護(hù)處理模塊在該驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)下吸收該公共直流母線上的過電壓能量。
[0010]所述當(dāng)不平衡饋能保護(hù)處理模塊吸收公共直流母線上的過電壓能量時(shí)，所述單片機(jī)控制模塊和該檢測(cè)與保護(hù)模塊進(jìn)行LED指示。
[0011]所述還包括運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊，該運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊連接于單片機(jī)控制模塊，并對(duì)該逆變終端控制器的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視、控制。
[0012]所述運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊包括LED顯示窗口、控制鍵盤和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視燈，通過LED顯示窗口對(duì)該逆變終端控制器的工作狀態(tài)和運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)視，通過控制鍵盤選擇和設(shè)定該逆變終端控制器的運(yùn)行方式，所述運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視燈顯示各種運(yùn)行狀態(tài)。
[0013]所述LED顯示窗口還存儲(chǔ)該逆變終端控制器的故障信息；所述控制鍵盤包括逆變終端啟動(dòng)按鍵、停止按鍵、復(fù)位按鍵、正反轉(zhuǎn)按鍵、程序設(shè)置按鍵、數(shù)據(jù)設(shè)置按鍵、上下頻率調(diào)節(jié)按鍵和調(diào)頻按鍵。
[0014]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0015]1.結(jié)合抽油機(jī)載荷的周期性急劇變化特點(diǎn)，使用專用節(jié)能控制算法。通過檢測(cè)抽油機(jī)的當(dāng)前負(fù)載狀況和上、下沖程位置，經(jīng)過智能化統(tǒng)計(jì)分析判斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)上、下沖程頻率的優(yōu)化調(diào)節(jié)；
[0016]2.各控制柜終端的軟件開發(fā)，實(shí)現(xiàn)井口數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)傳通訊和逆變控制保護(hù)功能的有機(jī)結(jié)合，高度集成化為一體，由一套高性能單片機(jī)硬、軟件系統(tǒng)統(tǒng)一完成，既可靠穩(wěn)定又降低成本。
[0017]3.主要用于直流電逆變供抽油機(jī)電機(jī)使用，逆變控制裝置可用于400V-600V的輸入直流電使油井正常啟動(dòng)。逆變控制裝置帶有監(jiān)控軟硬件，可對(duì)該逆變終端控制器的運(yùn)行情況實(shí)時(shí)監(jiān)視、控制。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明逆變終端控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為圖1中的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視面板的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明及技術(shù)內(nèi)容，配合【附圖說明】如下，然而附圖僅提供參考與說明之用，并非用來對(duì)本發(fā)明加以限制。
[0021]如圖1所示，逆變終端控制器主要是將該直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，抽油機(jī)提供該交流電能，并對(duì)該逆變終端控制器的運(yùn)行情況實(shí)時(shí)監(jiān)視、控制。逆變終端控制器5包括電力變換主電路21、檢測(cè)與保護(hù)模塊22、單片機(jī)控制模塊23、驅(qū)動(dòng)模塊24、不平衡饋能保護(hù)處理模塊25和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模塊26五部分。電力變換主電路21的輸入端與整流濾波裝置4的輸出端相連接，電力變換主電路21的輸出端與抽油機(jī)6相連接，用于將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，并吸收直流側(cè)過電壓能量，電力變換主電路21部分采用第四代新型全控電力電子器件IGBT等快速模塊組成。電力變換主電路21主要由三個(gè)部分組成:一是直流母線輸入濾波電容及充電保護(hù)單元，群控系統(tǒng)的整流濾波裝置4使三相輸入電流相對(duì)于輸入電壓基本沒有相位滯后，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)較高，為SPffM逆變器提供直流電壓母線，該直流母線輸入濾波電容將該直流電能濾波，充電保護(hù)單元吸收因電容剛上電時(shí)的沖擊電流，保護(hù)電容及整流器，采用的是雙極性的SPffM控制三相橋式逆變電路，可以大大減少輸出電壓中所含諧波成份，使輸出電流接近正弦波，而對(duì)輸入網(wǎng)側(cè)回路的功率因數(shù)沒有影響，當(dāng)不平衡饋能保護(hù)處理模塊中電能未及時(shí)用完時(shí)，該過壓吸收保護(hù)單元吸收該公共直流母線上的過電壓能量。二是SPffM逆變器，采用的是雙極性PffM控制三相橋式逆變電路，可以大大減少輸出電壓中所含諧波成份，使輸出電流接近正弦波，而對(duì)輸入網(wǎng)側(cè)回路的功率因數(shù)沒有影響。三是過壓吸收保護(hù)單元，防止直流母線饋能比較集中時(shí)電壓過高，過壓吸收保護(hù)單元通過大功率IGBT功率模塊來實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制，該通斷控制邏輯信號(hào)的形成，是通過檢測(cè)與保護(hù)模塊22的邏輯判斷與單片機(jī)控制模塊23的特定控制算法來綜合完成的，主要作用是吸收直流側(cè)過電壓能量，防止由于不平衡饋能造成的過壓威脅，在過壓吸收保護(hù)單元投入工作期間，單片機(jī)控制模塊23和檢測(cè)與保護(hù)模塊22都會(huì)給出相應(yīng)的LED指示，當(dāng)不平衡饋能保護(hù)處理模塊不能將過電壓能量完全利用時(shí)，電壓升高，這時(shí)過壓吸收保護(hù)單元就會(huì)導(dǎo)通，吸收過壓。
[0022]檢測(cè)與保護(hù)模塊22連接于電力變換主電路21的檢測(cè)端，并對(duì)抽油機(jī)電機(jī)的電壓、電流、功率因數(shù)和功率等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，除實(shí)現(xiàn)對(duì)本裝置的保護(hù)之外，還可以完成對(duì)抽油機(jī)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，在電機(jī)出現(xiàn)過壓、過流、過載、缺相等異常情況下自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警。
[0023]單片機(jī)控制模塊23連接于檢測(cè)與保護(hù)模塊22，應(yīng)用了 16位dsPIC30F系