專利名稱：抽油機拖動裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種拖動油田抽油機的電力傳動系統，尤其是涉及按照抽油機曲柄軸的轉矩變化間歇給三相交流電動機供電，消除倒拉損耗，以及大幅度降低抽油機脈動轉矩峰值，降低能耗的節(jié)能抽油機拖動裝置。
背景技術：
現在所使用的各種常規(guī)游粱式抽油機，其結構簡單且具有優(yōu)良的軟換向功能，可靠性高、維修方便、適應野外現場環(huán)境等優(yōu)點。在采油機械中占有舉足輕重的地位，在今后相當長的時間內，仍然是油田的主要采油設備。但是，由于其機械傳動和換向系統使用曲柄軸和四連桿機構，以及將平衡重設置在曲柄上，使其難以達到全平衡等因素，致使抽油機的負載特性，形成一種頻繁且峰值轉矩很高的，非正弦正負劇烈脈動負載，從使三相交流電動機超載運行的正向轉矩峰值到曲柄軸出現負轉矩的時間僅有I到2秒鐘，在這個過程中，三相交流電動機要經由超載、輕載、空載和制動的運行工況，使三相交流電動機處于浪費電能的遠離高效區(qū)運行。為能承受高峰值轉矩的動力傳遞，抽油機的齒輪減速箱、換向機構等動力傳動機件都設計得非常笨重，為能使這種重型設備順利啟動和通過高峰轉矩點，迫使三相交流電動機的配套功率成倍增加，達到實際運行時平均所需功率的3-4倍，有些抽油機配用的三相交流電動機其名牌額定功率甚至達到了實際運行時平均所需功率的十二倍左右，從而又引發(fā)出三相交流電動機在拖過高峰轉矩點后，很快出現向抽油機輸出過剩能量，使傳動系統的往復運動部件超速.一方面引起井下柱塞泵抽吸不滿，形成半滿撈現象，使泵難以發(fā)揮應有的功效，另一方面超速的同時又使大質量的往復運動部件加速度的幅值增高，慣性負載進一步增加，致使在上沖程、下沖程的尾端出現倒拉三相交流電動機，產生制動轉矩，消耗掉系統的剩余動能，使得實際運行的三相交流電動機平均力能指標大幅度下降，功率因數低于O. 4，平均效率在55%左右。長期以來，各國 業(yè)界都在努力尋求克服上述缺點和不足的有效解決辦法，可到目前為止，還沒能有效解決這一技術難題。

發(fā)明內容
為了克服現有抽油機拖動裝置的缺點和不足，本發(fā)明提供一種抽油機拖動裝置，由三相交流電動機殼體、定子鐵芯、三相繞組、鼠籠轉子、轉子軸、端蓋、軸承盒、軸承、風扇、風罩、啟動和運行的轉換電路組成，其特征在于三相交流電動機的三相繞組尾端串聯有由轉速傳感器和微處理器控制的、使其在每個沖程中都按照曲柄軸的轉矩變化間歇向三相繞組供電的二或三相交流半導體開關。本發(fā)明抽油機拖動裝置的三相交流電動機，是用高功率的△接線完成抽油機的重載啟動程序后，轉換到三分之一功率的Y接線運行，當三相交流電動機處于輕載并向空載過渡時，關斷半導體開關、停止向三相繞組供電、使三相交流電動機無損耗，當抽油機的曲柄軸出現負轉矩、倒拉三相交流電動機時，向設置在三相交流電動機后軸伸上的慣性飛輪儲能，當曲柄軸出現轉矩脈動峰值使轉速下降時，飛輪放出動能協助三相交流電動機拖過高峰轉矩，飛輪有削峰填谷、平滑脈動轉矩的功能。抽油機拖動裝置中啟動和運行的轉換電路有串聯在三相交流電源與三相交流電動機三相繞組首端之間的三相交流斷路器(I)、串聯在三相繞組尾端與首端之間、構成三相繞組△接線啟動的三相交流接觸器(5)、一個三相輸入端電聯接在三相交流繞組尾端、其輸出端三相短路的三相交流固態(tài)繼電器(7)，并聯在三相交流固態(tài)繼電器輸入端的一組三相壓敏電阻出)、三相交流固態(tài)繼電器(7)的控制電路端子與微處理器的輸出信號端子電聯接。當三相交流電動機處于輕載并向空載過渡時，停止向三相繞組供電，消除三相交流電動機的電氣損耗，實現節(jié)約電能。其從屬特征是1、在三相交流電動機轉子軸后軸伸與風罩之間有慣性儲能飛輪。2、電動機啟動和運行的轉換電路是由一個三相交流斷路器(I)、一個三相交流接觸器(5)、一個三相交流固態(tài)繼電器(7)、一組三相壓敏電阻(6)、一個三相多功能保護器、檢測三相交流電動機轉速的接近開關(8)和微處理器組成。3、后端蓋(9)向三相交流電動機殼體內伸進，并與風罩是整體件。4、轉速傳感器使用接近開關，接近開關的檢測頭與轉子軸前軸伸外圓之間有固定在轉子軸上的編碼環(huán)。5、軸承盒外側有固定在軸承盒上測量三相交流電動機轉數的接近開關。6、間歇向三相繞組供電的交流半導體開關串聯在電動機三相繞組的首端。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖1是本抽油機拖動裝置主電路接線圖。圖2是抽油機拖動裝置中在轉子軸后軸伸裝有大轉動慣量飛輪，在前端蓋裝有接近開關的三相交流電動機半個外形圖與半個縱剖面構造圖。圖3是抽油機拖動裝置中三相繞組的Λ接線啟動與轉換到Y接線并按照曲柄軸扭矩正負脈動幅值間歇供電運行的控制電路圖。圖4是第二個實施例電動機三相繞組的Λ接線啟動與轉換到Y接線并受控間歇供電運行的控制電路圖。圖中1、三相交流斷路器，2、三相繞組的6根引出線接線柱，3、三相交流電動機接線盒，4、三相交流接觸器接線端子，5、三相交流接觸器，6、壓敏電阻，7、三相交流固態(tài)繼電器，8、接近開關，9、三相交流電動機端蓋，10、鼠籠轉子，11、三相交流電動機的三相繞組，12、滾珠軸承，13、風扇，14、儲能飛輪，15、飛輪軸套壓蓋，16、風罩，17、三相交流電源的B相，18、停機按鈕，19、單相斷路器，20、啟動按鈕，21、三相交流接觸器(5)上的常開觸點，22、中間繼電器(28)的觸點，23、延時繼電器，24、延時繼電器內的觸點，25、整流器(34)的直流負極，26.中間繼電器(28)內的觸點，27、三相交流固態(tài)繼電器(7)的直流控制信號正負極端子，28.中間繼電器，29.三相交流接觸器上的常閉觸點，30、控制固態(tài)繼電器(7)導通和關斷用的j2信號繼電器，31.抽油機啟動后運行 到接近空載時，使繞組由Λ接線轉換為Y接線運行的jl控制信號繼電器，32、中間繼電器(28)內的觸點，33.整流器(34)的直流輸出正極，34、24V單相整流器、35、變壓器24V交流繞組接線端子，36、接三相電源的A相37、控制三相交流固態(tài)繼電器(7)使其導通的jl控制信號繼電器，38、控制三相交流固態(tài)繼電器(7)使其關斷的j2信號繼電器，39、供電電網停電后再來電時，自行啟動抽油機的KK開關，40、軸承盒，41、轉子軸。
具體實施例方式在圖2中接近開關(8)固定安裝在前端蓋軸承盒(40)外側，并在接近開關(8)的檢測頭與轉子軸(41)外圓表面對應的位置加工一個或兩個寬度為二倍檢測頭直徑的軸向溝槽或較淺的圓孔，在三相交流電動機后端蓋外側的轉子軸后軸伸上，用防轉動的平鍵固定安裝帶有風扇(13)的慣性儲能飛輪(14)，并用螺釘將飛輪軸套壓蓋(15)固定在轉子軸的后端面，然后將風罩安裝在二相交流電動機殼體后端或后端蓋上。在圖1中，三相交流斷路器(I)，三相交流電動機接線盒(3)內部的6根引出線接線柱(2)、三相交流接觸器(5)、壓敏電阻(6)、三相交流固態(tài)繼電器(7)按圖1的主電路回路電聯接。在圖3中，停機按鈕(18)、啟動按鈕(20)、三相交流接觸器(5)中的電磁線圈、中間繼電器(28)的觸點順序電聯接，首端接到三相交流斷路器⑴的B相(17)，尾端接地線，在啟動按鈕兩端并聯三相交流接觸器常開觸點(21)和延時繼電器(23)及自啟動用的觸點
(24)，在需要停電后，來電時自啟動抽油機，就將單相斷路器(19)合閘。否則應斷開，切除自啟動電路延時繼電器(23)和觸點(24)。抽油機是一種重載啟動，輕載運行的設備，在正常運行時，其所需的平均運行功率只有配用的三相交流電動機功率的20% -30%，當拖動裝置把抽油機啟動到運行狀態(tài)，電動機的轉差率S小于1%時，jl信號繼電 器(31)吸合，中間繼電器(28)中的觸點(22)斷開，使三相交流接觸器(5)釋放，觸點(26)將三相交流固態(tài)繼電器(7)的觸發(fā)回路接通，將電動機繞組由Λ接線轉換成低功率的Y接線運行。由于在啟動過程中三相交流電動機向抽油機傳遞能量過剩，此刻抽油機出現加速運行狀態(tài)，待將啟動時儲存的過剩能量消耗掉，變成減速運行并使三相交流電動機轉差率S大于2%時,j2信號繼電器(30)吸合,使三相交流固態(tài)繼電器(7)導通,三相交流電動機在三分之一功率下用軟特性拖動抽油機和飛輪平穩(wěn)運行，待拖動到上沖程的60 % -70 %時，曲柄軸出現轉矩脈動峰值，使軟特性的三相交流電動機滑差增大，飛輪釋放出動能協助三相交流電動機拖過脈動峰值。
權利要求
1.一種抽油機拖動裝置，由三相交流電動機殼體、定子鐵芯、三相繞組、鼠籠轉子、轉子軸、端蓋、軸承盒、軸承、風扇、風罩、啟動和運行的轉換電路組成，其特征在于三相交流電動機的三相繞組尾端串聯有由轉速傳感器和微處理器控制的、使其在每個沖程中都按照曲柄軸的轉矩變化間歇向三相繞組供電的二或三相交流半導體開關。
2.根據權利要求1所述的抽油機拖動裝置，其特征在于在三相交流電動機轉子軸后軸伸與風罩之間有慣性儲能飛輪。
3.根據權利要求1所述的抽油機拖動裝置，其特征在于電動機啟動和運行的轉換電路是由一個三相交流斷路器(I)、一個三相交流接觸器(5)、一個三相交流固態(tài)繼電器(7)、 一組三相壓敏電阻(6)、一個三相多功能保護器、檢測三相交流電動機轉速的接近開關(8) 和微處理器組成。
4.根據權利要求1所述的抽油機拖動裝置，其特征在于后端蓋(9)向三相交流電動機殼體內伸進，并與風罩是整體件。
5.根據權利要求1所述的抽油機拖動裝置，其特征在于轉速傳感器使用接近開關，接近開關的檢測頭與轉子軸前軸伸外圓之間有固定在轉子軸上的編碼環(huán)。
6.根據權利要求1所述的抽油機拖動裝置，其特征在于軸承盒外側有固定在軸承盒上測量三相交流電動機轉速的接近開關。
7.根據權利要求1所述的抽油機拖動裝置，其特征在于間歇向三相繞組供電的交流半導體開關串聯在電動機三相繞組的首端。
全文摘要
一種抽油機節(jié)能拖動裝置，由三相交流電動機殼體、定子鐵芯、三相繞組、鼠籠轉子、及啟動和運行的轉換電路組成。其特征電動機的三相繞組尾端串聯有由轉速傳感器和微處理器控制的、使其在每個沖程中都按照曲柄軸轉矩變化、間歇向三相繞組供電的三相交流半導體開關。本抽油機拖動裝置的三相交流電動機，是用Δ接線完成抽油機啟動程序后，轉換到Y接線運行，當電動機處于輕載并向空載過渡時關斷半導體開關，使電動機不通電無損耗，當抽油機倒拉電動機時，向設置在電機后軸伸上的慣性飛輪儲能，當曲柄軸出現轉矩脈動峰值使轉速下降時，飛輪放出動能、協助電動機拖過高峰負載轉矩，飛輪能削峰填谷、平滑脈動轉矩，使抽油機節(jié)能。
文檔編號H02K7/02GK103051256SQ201210381209
公開日2013年4月17日 申請日期2012年9月19日 優(yōu)先權日2011年10月13日
發(fā)明者江允良 申請人:畢嚴富