[发明专利]一种抽油机负载转矩模型建立方法和仿真系统

权利要求书

1.一种抽油机负载转矩模型建立方法，其特征在于，包括如下步骤：

根据实测抽油机的参数和电动机的参数建抽油机载荷-位移示功图；

根据示功图建立悬点位置与悬点质量的关系，所述悬点位置与悬点质量的关系按以下步骤得到：

由平衡块初始位置角度和抽油机的冲程得悬点初始位置；

由抽油机的冲次得到悬点运动周期；

由悬点运动的周期和抽油机的冲程得到悬点平均运动速度；

由电动机的额定转速推算悬点运动速度的比例系数；

由电动机当前的转速，得到悬点当前运动速度大小；

由悬点的初始位置和悬点的当前运动速度，计算出悬点经过的冲程距离总和；

由抽油机的表示抽油机的冲程和悬点经过的冲程距离总和以正弦函数模拟悬点运动过程的位移大小；

由载荷-位移示功图和悬点运动位移大小，得到与位移相对应的载荷质量大小；

建立悬点速度和悬点位置关系；

根据悬点位置对应的悬点质量与悬点速度确定悬点做功功率；

根据悬点位置对应的平衡块位置关系及平衡块质量确定平衡块的功率；

根据平衡块的功率、悬点的功率和电动机的角速度建立抽油机负载转矩模型。

2.如权利要求1所述的抽油机负载转矩模型建立方法，其特征在于，所述悬点运动过程的位移大小如下式所示：

其中，S_f表示悬点运动过程的位移大小，CH表示抽油机的冲程；S表示悬点经过的冲程距离总和。

3.如权利要求1所述的抽油机负载转矩模型建立方法，其特征在于，所述建立悬点速度和悬点位置关系如下式所示：

其中，v_f表示悬点的速度，S_f表示抽油机悬点位移；CH表示抽油机的冲程；S表示悬点经过的冲程距离总和，表示悬点位移的导数，v表示悬点位移速度标量大小。

4.如权利要求1所述的抽油机负载转矩模型建立方法，其特征在于，所述悬点做功功率如下式所示：

其中，P_f表示悬点的功率，F表示悬点的载荷质量，CH表示抽油机的冲程，S表示悬点经过的冲程距离总和，v_f表示悬点速度矢量大小，v表示悬点速度标量大小。

5.如权利要求1所述的抽油机负载转矩模型建立方法，其特征在于，平衡块的功率按以下方式得到：

由悬点位置推导出平衡块重力所在位置的高度；

根据平衡块重力所在高度计算得到平衡块的重力势能；

对平衡块势能求导得平衡块做功功率；

平衡块的做功功率如式下式所示：

其中，P_G表示平衡块的功率，表示平衡块的势能的导数,M表示平衡块质量，g表示重力加速度，R表示平衡块运动半径，CH表示抽油机的冲程；S表示悬点经过的冲程距离总和，v表示悬点速度标量大小。

6.如权利要求1所述的抽油机负载转矩模型建立方法，其特征在于，抽油机负载转矩模型如下式所示：

其中，P_f表示悬点载荷做功功率，P_G表示平衡块做功功率，Ω表示抽油机电动机角速度，T_m表示负载转矩，F表示悬点的载荷质量，S表示悬点经过的冲程距离总和，CH表示抽油机的冲程，M为平衡块质量，g为重力加速度，R表示平衡块重心所在位置的半径，K表示电动机转速与悬点速度标量的比例关系。

7.如权利要求1所述的抽油机负载转矩模型建立方法，其特征在于，还包括通过电力系统仿真软件或抽油机负载转矩仿真系统对所述抽油机负载转矩模型验证的步骤。

8.如权利要求7所述的抽油机负载转矩模型建立方法，其特征在于，所述通过电力系统仿真软件对所述抽油机负载转矩模型验证的步骤包括：

利用抽油机负载转矩模型进行仿真，如果仿真曲线与实际曲线不符，修改参数直到符合实际情况。

9.一种验证权利要求1-5任意一项所述抽油机负载转矩模型的抽油机负载转矩仿真系统，其特征在于包括：

工控机、可编程逻辑控制器PLC、变频器、负载电动机和抽油机电动机；

所述可编程逻辑控制器PLC分别与所述工控机、所述变频器连接，所述变频器和所述负载电动机连接；所述抽油机电动机和所述负载电动机同轴连接；

所述可编程逻辑控制器PLC中载入所述抽油机负载转矩模型，所述PLC控制器控制所述负载电动机形成负荷转矩，模拟抽油机负载。