專利名稱：用于抽油機的繞線式節(jié)能電機及控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種游梁抽油機的驅(qū)動電機及控制裝置。
目前，游梁抽油機是油田上用的主要采油設(shè)備，但游梁抽油機的起動扭矩大，平衡效果差。由于抽吸工況的變化，在一個沖程內(nèi)載荷變化較大，這些因素決定了在選用抽油機電機時必須留有一定的余量，而電機在實際運行時，多數(shù)情況下其負載率為50～60％，有的甚至低于50％。這樣電機的效率和功率因素都降低，造成能耗的增如。
本發(fā)明的目的是設(shè)計一種用于抽油機的繞線式節(jié)能電機及控制裝置，在實際生產(chǎn)中，使電機有較高的效率和功率因素，起到節(jié)能的目的。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，由電機定子、轉(zhuǎn)子和控制裝置組成繞線式節(jié)能電機及其控制裝置。在電機的定子上設(shè)計有兩個可以并聯(lián)使用的Y型繞組，兩個繞組的功率分別設(shè)為P1和P2，其功率之間的關(guān)系為P1/(P1+P2)＝P2/P1＝0.618～0.7，兩個繞組共有一個轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)滑環(huán)接三相整流橋，整流后接起動電阻，與電阻并聯(lián)有電力電子開關(guān)器件?？刂蒲b置由電流互感器，交流接觸器、單片機和位移傳感器等構(gòu)成，在兩個定子繞組電源進線上，分別連接有交流接觸器，進線都穿過電流互感器；單片機的輸出接口與兩個交流接觸器線圈的繼電器開關(guān)連通單片機電源由整流穩(wěn)壓電源提供，單片機給電力電子開關(guān)器件T1和T2提供控制信號。單片機實時監(jiān)測電機的電壓和電流，將檢測和計算的參數(shù)通過接口送數(shù)碼顯示單元。
本發(fā)明由于將繞線式電機的定子繞組設(shè)計為兩個功率按一定比例分配，又可以并聯(lián)使用的Y型繞組，兩個繞組的中點連接在一起，兩套繞組可以分別接入電源，也可以并聯(lián)后接入電源；轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)滑環(huán)后接三相橋式整流電路，整流后接兩個串聯(lián)起動電阻，采用單片機控制交流接觸器選擇不同的繞組運行，使電機有三種功率與不同工況下的負載相匹配，提高了電機的效率；單片機控制電力電子開關(guān)通斷，使電機在抽油機換向時減速，以提高泵效率，從而達到系統(tǒng)節(jié)能的目的。單片機還可以實現(xiàn)對電機的監(jiān)控、保護、以及對用電量的計算和顯示。
附圖
是依據(jù)本發(fā)明所提供的用于抽油機的繞線式節(jié)能電機及控制裝置的電路原理圖。
圖中，1-雙繞組式異步電動機，2-電流互感器，3-電流信號整流電路，4-整流穩(wěn)壓電源，5-單片機(如8096)，6-位移傳感器，7-轉(zhuǎn)子繞組整流電橋，8-手動控盤，9-數(shù)碼顯示器，R1和R2為大功率電阻，T1和T2為電力電子開關(guān)器件(如GTR或IGBT等)，D1、C1、R3、R4組成T1的du/dt保護電路，D2、C 2、R5、R6組成T2的du/dt保護電路。
下面結(jié)合附圖來詳細描述本發(fā)明所提供的用于抽油機的繞線式節(jié)能電機及其控制裝置的具體工作過程。
起動時，單片機5先令KM1和KM2線圈支路上的開關(guān)閉合，再向T1發(fā)送脈寬調(diào)制信號，起動電流可以控制在額定電流的2倍以內(nèi)，而且起動轉(zhuǎn)矩高，起動電流減少到額定電流的1.4倍左右時，令T1開通，再向T2發(fā)脈寬調(diào)制脈沖，使R2逐漸切除，當(dāng)電流接近額定電流時，令T2也開通。這樣起動過程較平穩(wěn)，還可以控制起動時間。起動后，單片機根據(jù)電流互感器采集的電流判斷，如果總負載率低于60％，即可斷去P2繞組，P1繞組單獨運行；如果總負載率低于40％，可斷去P1繞組，P2繞組單獨運行。在運行過程中，根據(jù)負載情況，另一個繞組隨時可以投入運行。在運行時，單片機從位移傳感器6取得位移信號，在抽油機換向時，通過向T2發(fā)送脈寬調(diào)制脈沖可以使電機適當(dāng)?shù)販p速，減緩換向沖擊，還可以提高泵的充滿系數(shù)，提高泵效率。
采用本發(fā)明所提供的用于抽油機的繞線式節(jié)能電機及其控制裝置，其優(yōu)點是，(1)電機定子上有兩個可以并聯(lián)的Y型繞組，功率按一定的比例分配，可以組成三個功率P1、P2和P1+P2，在重載時，兩個繞組都投入運行，中載時，P1繞組投入運行，輕載時，P2繞組投入運行，即在不同的負載范圍內(nèi)，電機有不同的功率與之匹配，使得電機的負載率總是處于0.7～1.0之間，在這個負載率范圍內(nèi)，電機的效率和功率因素都較高，從而達到電機本身節(jié)能目的；(2)在換向點處，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子繞組所串電阻，適當(dāng)減速，減緩抽油機系統(tǒng)的沖擊，提高泵效率，實現(xiàn)提高系統(tǒng)效率，從而達到系統(tǒng)節(jié)能的目的；(3)在抽油機換向時，電機的機械特性變軟，減緩抽油機系統(tǒng)沖擊，改善機、桿、泵的配合，可延長修井作業(yè)的周期；(4)采用繞線轉(zhuǎn)子串電阻起動，起動電流大大減小，減小了起動電流對電網(wǎng)的沖擊，同時起動轉(zhuǎn)矩提高，選擇電機時，功率可以適當(dāng)下降；(5)由于采用單片機控制，可以方便地實現(xiàn)過載(過流)、短路、過壓、斷相的保護，可以計算功率、功率因素和電功，并顯示這些參數(shù)。本發(fā)明不僅適用于游梁式抽油機，也適用于鏈條式抽油機。
權(quán)利要求
1.一種用于抽油機的繞線式節(jié)能電機及控制裝置，由電機定子、轉(zhuǎn)子和控制系統(tǒng)組成，其特征在于，將電機的定子設(shè)計有兩個可以并聯(lián)使用的Y型繞組，兩個繞組的功率分別設(shè)為P1和P2，則P1/(P1+P2)≈P2/P1＝0.618-0.7，兩個定子繞組共有一個轉(zhuǎn)子；控制系統(tǒng)由電流互感器、交流接觸器、單片機和位移傳感器等構(gòu)成、在兩個繞組電源進線上，分別連接有交流接觸器、進線都穿過電流互感器；單片機的輸出接口與兩個交流接觸器線圈的繼電器開關(guān)連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于抽油機的繞線式節(jié)能電機及控制裝置，其特征在于，所說的轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)滑環(huán)后接三相橋式整流電路，整流后接兩個串聯(lián)的大功率電阻R1、R2，電阻上并聯(lián)兩個電力電子開關(guān)T1、T2，由二極管、電容器、電阻串聯(lián)構(gòu)成電力電子開關(guān)T1和T2的du/dt保護電路。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于抽油機的繞線式節(jié)能電機及控制裝置。節(jié)能電機的定子設(shè)計有兩個可以并聯(lián)使用的Y型繞組,兩個繞組的功率按一定的比例分配,兩個繞組的中點連接在一起,共有一個轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子繞組經(jīng)滑環(huán)后接三相橋式整流電路,整流后接兩個串聯(lián)起動電阻,電阻上并聯(lián)有電力電子開關(guān);控制裝置由電流互感器、交流接觸器、單片機和位移傳感器等組成,采用單片機控制交流接觸器選擇不同的繞組運行,使電機有三種功率與不同工況下的負載相匹配,提高了電機的效率,單片機控制電力電子開關(guān)的通斷,使電機在抽油機換向時減速,以提高泵效率,從而達到系統(tǒng)節(jié)能的目的。
文檔編號H02K17/02GK1188340SQ97105630
公開日1998年7月22日 申請日期1997年1月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月15日
發(fā)明者白連平, 楊艷, 馬文忠, 康忠健 申請人:石油大學(xué)(華東)