多功能抽油電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)控制方法及控制器的制造方法
【專利說明】多功能抽油電動(dòng)機(jī)節(jié)能保護(hù)控制方法及控制器
[0001]
所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種專門用于油田抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的節(jié)能安全保護(hù)方法及控制器，屬于異步電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003]
電動(dòng)機(jī)是油田的重要?jiǎng)恿υO(shè)備，僅抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)和注水栗電動(dòng)機(jī)就占據(jù)了油田生產(chǎn)耗電總量60%以上。為了減少電動(dòng)機(jī)的電能損耗，人們采用各種各樣的節(jié)能控制措施，抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的節(jié)電技術(shù)主要有兩大類:一是開發(fā)不同類型的抽油節(jié)能電機(jī)，如超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)、三相永磁同步電機(jī)、高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩雙定子結(jié)構(gòu)電機(jī)和電磁調(diào)速電機(jī)等。但由于資金投入太大，在許多油田用節(jié)能電機(jī)取代普通交流異步電機(jī)尚無(wú)法全面推廣，大多數(shù)仍舊沿用普通交流異步電機(jī)。二是使用交流異步電機(jī)節(jié)能配電箱，采用改變定子繞組的接法可以改變電機(jī)電壓，但電機(jī)只能得到固定電壓，節(jié)電效果并不太理想。其中常見的節(jié)能控制措施有:電動(dòng)機(jī)調(diào)壓、電動(dòng)機(jī)三角-星接線方式切換、采用雙功率電動(dòng)機(jī)跟蹤負(fù)載的變動(dòng)、對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，對(duì)于一些特定的以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的負(fù)載往往還要進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的間歇運(yùn)行控制。這些控制方式的實(shí)現(xiàn)絕大部分都需要安裝專用的分離式的保護(hù)控制裝置或儀表。在一個(gè)電動(dòng)機(jī)控制柜中需要安裝多個(gè)控制設(shè)備，使電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)備煩多、接線復(fù)雜、控制邏輯難以配合，造成投資增加、可靠性降低。
[0004]例如:在具有無(wú)功補(bǔ)償?shù)碾妱?dòng)機(jī)控制柜中一般裝有電容器、交流接觸器、電流互感器、電機(jī)保護(hù)器、無(wú)功補(bǔ)償控制器、電度表。并且電容補(bǔ)償控制器沒有電容器保護(hù)功能和防諧振控制功能。在具有諧波污染的系統(tǒng)中，經(jīng)常出現(xiàn)補(bǔ)償電容器或電動(dòng)機(jī)被諧振過電壓擊穿的現(xiàn)象。
[0005]現(xiàn)有的電動(dòng)機(jī)控制裝置都是通過電動(dòng)機(jī)電壓、電流的測(cè)量分析實(shí)現(xiàn)其控制功能的。不同功能的控制裝置有其不同的信號(hào)測(cè)量范圍，目前電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置大都是采用帶有鐵磁材料的電流傳感器進(jìn)行電流的測(cè)量。帶有鐵磁材料的電流傳感器在測(cè)量電流較小時(shí)，磁滯現(xiàn)象會(huì)使測(cè)量靈敏度降低，無(wú)功補(bǔ)償需要測(cè)量小電流，電機(jī)保護(hù)需要測(cè)量大電流。在測(cè)量電流大較時(shí)磁路飽和會(huì)使測(cè)量線性度變差，造成控制失靈。
[0006]基于以上的情況，目前還沒有一種簡(jiǎn)單可靠的控制方法和多功能控制裝置可以一次性解決抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的節(jié)電和安全運(yùn)行的諸多問題，使普通交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的抽油機(jī)可以在無(wú)人監(jiān)控的情況下安全高效運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種可以一次性解決抽油電動(dòng)機(jī)的節(jié)電和安全運(yùn)行的諸多問題，使普通交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的抽油機(jī)可以在無(wú)人監(jiān)控的情況下，安全高效運(yùn)行的多功能油田抽油電動(dòng)機(jī)的節(jié)能保護(hù)控制方法及控制器。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)特征是:
設(shè)計(jì)了一種寬范圍電流測(cè)量電路以及裝置內(nèi)置的傳感器和單片機(jī)電路，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)電壓、電流的測(cè)量?？刂破饔脝纹瑱C(jī)電路實(shí)現(xiàn)電流、電壓信號(hào)的采集與分析，利用采集到的三相電流、電壓信號(hào)，裝置可以計(jì)算出電動(dòng)機(jī)負(fù)載的有功功率、無(wú)功功率、用電量、功率因數(shù)等多個(gè)控制參數(shù)，可以用不同的子程序模塊實(shí)現(xiàn)不同的控制功能。本發(fā)明提共了幾種常用的控制功能，主要有:(I)電動(dòng)機(jī)短路保護(hù)、電動(dòng)機(jī)過電流保護(hù)、電動(dòng)機(jī)缺相保護(hù)、電動(dòng)機(jī)過電壓保護(hù)、接觸器接點(diǎn)粘連保護(hù)、電容器諧波保護(hù)、電容器不平衡保護(hù)、電容器過電壓保護(hù)，
(2)電動(dòng)機(jī)用電量計(jì)量、電氣參數(shù)運(yùn)行監(jiān)視，(3)電動(dòng)機(jī)晃電自起動(dòng)控制，(4)無(wú)功功率跟蹤補(bǔ)償、電動(dòng)機(jī)繞組有功功率跟蹤切換控制。將多種獨(dú)立的控制裝置的功能集于一體，簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)的二次接線，降低系統(tǒng)的整體造價(jià)，達(dá)到各種控制功能集成配合互補(bǔ)，提高系統(tǒng)工作的可靠性;本發(fā)明實(shí)現(xiàn)電流寬范圍測(cè)量所采用的技術(shù)方案是在監(jiān)控裝置本身有三根固定的銅排穿過裝置殼體，銅排既是裝置三相電源的接入點(diǎn)，又是被控制設(shè)備三相電流的測(cè)量線。利用銅排和裝置內(nèi)置的線性霍爾元件組成了寬范圍的電流測(cè)量電路。三根銅排一端接電源，另一端連接用電負(fù)載的主控器件的電源進(jìn)線端;主控器件有:異步電動(dòng)機(jī)、交流接接觸器、控制補(bǔ)償電容用的三相固態(tài)繼電器。本綜合控制器的二次控制端子可以直接連接各種交流接觸器的二次的控制線和三相固態(tài)繼電器的控制線不需要再接其他中間器件。二次控制端子內(nèi)部有兩種輸出控制方式，一種是繼電器常開接點(diǎn)控制方式，用于控制不頻繁操作的交流接觸器。另一種是經(jīng)光電器件隔離的直流接控制方式，用于控制需要快速頻繁操作的三相固態(tài)繼電器。
[0009 ] —種多功能油田抽油電動(dòng)機(jī)的節(jié)能保護(hù)控制器，包括，殼體、一次接線端子、二次接線端子，所述殼體內(nèi)設(shè)置電路板，所述電路板上設(shè)置有檢測(cè)控制電路；
所述檢測(cè)控制電路包括電流傳感電路、電壓傳感電路，單片機(jī)、鍵盤顯示電路和電源模塊以及光電隔離芯片、繼電器隔離驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，
所述電流傳感電路包括線性霍爾元件、導(dǎo)磁材料和固定件，所述線性霍爾元件對(duì)應(yīng)各一次接線端子相應(yīng)固定在電路板上方，其測(cè)量平面與一次接線端子中電流所形成的磁場(chǎng)方向垂直，與相鄰一次接線端子中電流所形成的磁場(chǎng)方向平行;所述一次接線端子平行的設(shè)置在電路板下方，所述固定件用于將一次接線端子可拆卸的固定在電路板下方;所述導(dǎo)磁材料環(huán)繞設(shè)置在一次接線端子中段上，并固定于電路板下方。
[0010]所述一次接線端子的固定銅排為中部寬度小于其兩端端部寬度的異形結(jié)構(gòu)，該異形結(jié)構(gòu)有效的集中了環(huán)繞銅排的感應(yīng)磁場(chǎng);感應(yīng)磁場(chǎng)中設(shè)置線性霍爾元件，且在異形結(jié)構(gòu)固定銅排中段下方加裝了導(dǎo)磁材料聚磁。
[0011]所述檢測(cè)控制電路直接連接至外部主控制器件，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)保護(hù)、電動(dòng)機(jī)繞組切換、無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償、晃電自啟動(dòng)控制以及用電量計(jì)量。
[0012]所述的外部主控制器件包括主控開關(guān)KM1、用于三角-星接線方式切換的開關(guān)KM2、KM3以及至少兩組三相固態(tài)繼電器分別聯(lián)接的電容器組Cl、C2。
[0013]所述電路板為印刷電路板，固定在殼體內(nèi)。
[0014]所述一次接線端子為平行排布的銅排，所述銅排的中部寬度小于其兩端端部寬度，且銅排兩端上還設(shè)置有與固定件配合的孔洞。
[0015]所述導(dǎo)磁材料為聚磁環(huán)，采用“U”形鐵氧體制成。
[0016]多功能油田抽油電動(dòng)機(jī)的節(jié)能保護(hù)控制器為一套裝置，能同時(shí)具有電動(dòng)機(jī)的保護(hù)、有功節(jié)能、無(wú)功補(bǔ)償控制功能，各個(gè)功能既能單獨(dú)使用，又可以組合使用；電動(dòng)機(jī)保護(hù)與電容器保護(hù)相對(duì)獨(dú)立，電容器設(shè)有諧波保護(hù)、過電壓保護(hù)、不平衡保護(hù)；電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后再投入補(bǔ)償電容器，電動(dòng)機(jī)跳閘時(shí)同時(shí)切除補(bǔ)償電容器，電容器故障或發(fā)生諧振時(shí)可快速切除電容器。
[00?7] —種多功能油田抽油電動(dòng)機(jī)的節(jié)能保護(hù)控制方法，其特征是包括以下步驟:
a、啟動(dòng)電機(jī)時(shí)控制器接通交流接觸器KMl、KM2，電機(jī)繞組三角形接線全功率起動(dòng)運(yùn)行，運(yùn)行穩(wěn)定后控制器檢測(cè)無(wú)功功率值，開啟相應(yīng)三相固態(tài)繼電器，將電容器接入進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償；
b、節(jié)能模式切換，控制器檢測(cè)到有功功率小于電動(dòng)機(jī)額定功率1/3時(shí)，先斷開三相固態(tài)繼電器切除電容器，再斷開交流接觸器KM2，由電機(jī)粘連保護(hù)確認(rèn)電流為零后接通交流接觸器KM3，電動(dòng)機(jī)繞組星形接線低功率運(yùn)行，運(yùn)行穩(wěn)定后控制器檢測(cè)無(wú)功功率值，開啟相應(yīng)三相固態(tài)繼電器，將電容器接入進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償；
C、抽油機(jī)負(fù)載增加時(shí)，控制器檢測(cè)到有功功率大于電動(dòng)機(jī)額定功率1/3時(shí)