[发明专利]游梁式抽油机智能节电调速控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及游梁式抽油机，尤其是涉及游梁式抽油机智能节电调速控制装置。

背景技术

目前，在石油开采中使用的抽油机多为游梁式抽油机。游梁式抽油机的工作过程为：在工作电动机带动下曲柄做圆周运动，驴头做上下往复运动驱动抽油杆上下运动。曲柄转动一周，驴头提升一次，其动力来自工作电动机带动的两个重量很大的钢质配重块。当配重块提升时将抽油杆送入井中，配重块下降时抽油杆带动井底的活塞上行，将井里的原油提升至井口。上述过程中，抽油杆上冲程运行时，电动机和处在高位的配重块需克服抽油载荷做功将原油抽出；在下冲程时驴头及抽油杆迅速下降，此时电动机不做功。但在下冲程时，由于电动机转速将超过同步转速使电动机处于发电运行状态，所以游梁式抽油机的电动机负荷是一种周期性脉动交变负荷,实际工况中还伴有不规则的瞬间冲击反拖载荷情况；因此电动机在设计时往往要留有较大的容量裕度，这就造成电动机正常运行时负荷率很低，一般在20%－30%。低负荷率和反拖发电就会带来功率因数低、电能浪费大、效率低等一系列不利因素，从而造成开采石油过程中的电能浪费。

为解决上述问题，目前多采用电磁调速电机作为驱动电机，或采用变频器调速的方法。但电磁调速电机的效率最高时只能达到60%，能效比很低，再加上游梁式抽油机所需要的启动扭矩大，因此综合效率不足20%。而使用变频器调速时，由于游梁式抽油机的四连杆机构存在抽油机反拖电动机运转的情况，频繁出现电动机运行在第四象限发电现象，发出的电能电压高、时间短无法利用；并且频繁的小功率发电所产生高次谐波对电网污染很大，没有使用价值，而且四象限变频器造价昂贵。

发明内容

本发明目的在于提供一种游梁式抽油机智能节电调速控制装置。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的游梁式抽油机智能节电调速控制装置，它包括由数字信号处理器构成的电流环、速度环控制电路和位置环、力矩环控制电路，以及串联在工作电机电源输入端的功率输出驱动模块，用于检测工作电机转速的转速传感器；所述电流环、速度环控制电路与位置环、力矩环控制电路通信连接；所述功率输出驱动模块信号输出端与电流环、速度环控制电路信号输入端电连接；所述转速传感器信号输出端分别与电流环、速度环控制电路和位置环、力矩环控制电路信号输入端电连接；在电流环、速度环控制电路信号输入端电连接有用于检测工作电机电流的电流霍尔传感器。

在所述数字信号处理器的电源输入端电连接有稳压电源；在数字信号处理器的数据输入端电连接有键盘输入模块。

本发明优点在于不需要改造现有游梁式抽油机的机械结构，釆用功率比原来小1-2倍的恒功率交流异步电动机就可以让抽油机进行工作；采用专用的32位可编程DSP芯片为核心组成的伺服系统，使得交流异步电动机工作时的电流、力矩、速度、位置处于四闭环系统中。在抽油机启动时，利用PowerFlexⅡ力矩控制系统，精确控制转矩，最大转矩可达电机额定转矩的二至三倍。抽油机启动后，根据油井油量的实际工况，利用力矩跟随、速度控制选取适当的转动速度。抽油机正常转动后，利用电流、位置控制系统实时跟踪油井负荷的变化，提前鉴别空抽的发生，实时改变交流异步电动机的转速，以此达到电动机与抽油机的最佳匹配。通过对电动机的输出力矩跟随，用软件实现电子超越离合器配合抽油机的平衡块储能，从根本上解决了抽油机下行时抽油机反拖电动机发电现象，提高了抽油机的工作效率，从而改善了电动机的运行条件，减少了电机的发热、振动、噪音和铁磁损耗，起到很好的节能降耗效果。

附图说明

图1是本发明的电路结构原理图。

图2是本发明的控制过程流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的游梁式抽油机智能节电调速控制装置，它包括由数字信号处理器6构成的电流环、速度环控制电路和位置环、力矩环控制电路，以及串联在工作电机1电源输入端的功率输出驱动模块2，用于检测工作电机1转速的转速传感器3；在所述数字信号处理器6的电源输入端电连接有稳压电源，在数字信号处理器6的数据输入端电连接有键盘输入模块；所述电流环、速度环控制电路与位置环、力矩环控制电路通信连接；所述功率输出驱动模块2信号输出端与电流环、速度环控制电路信号输入端电连接；所述转速传感器3信号输出端分别与电流环、速度环控制电路和位置环、力矩环控制电路信号输入端电连接；在电流环、速度环控制电路信号输入端电连接有用于检测工作电机1电流的电流霍尔传感器4、5；

本发明工作原理如下：

如图1、2所示，所述由数字信号处理器6构成的电流环、速度环控制电路和位置环、力矩环控制电路，用来组成交流伺服系统，实时监测工作电机1的轴扭矩，在工作电机1轴扭矩逐步减小即将为零时截止控制器的力矩电流输出，停止工作电机1的力矩电流，仅提供弱磁场电流，维持工作电机1的基本励磁以提高工作电机1力矩电流投入时的快速响应时间，消除冲击电流。此时工作电机1为自由状态，抽油机的驴头带着配重块和工作电机1自由加速运行。工作电机1因为没有力矩电流而在空转，大量的势能转换成旋转惯性动能存储在配重块中。当抽油机运行需要提供动力时，配重块中的旋转惯性动能开始释放，随着释放量的不断增加，工作电机1的轴转速不断降低。当工作电机1的轴转速接近设定的预置速度时本控制器开始跟踪计算工作电机1的轴转速和转子角度，以决定控制器重新投入额定励磁电流和力矩电流时需要输出的频率、电角度和幅值。跟踪完成同步后，控制器对工作电机1励磁，输出力矩电流，工作电机1开始出力做功。因此，当抽油机在需要做功时用电做功，在不需要做功时停止用电，将势能存储在平衡块中，解决了反拖发电问题。并且由于驴头和抽油杆的势能对平衡块的旋转动能的相互转换，大大提高了电能利用率。