[实用新型]用于抽油机节能的串级调速装置

说明书

本实用新型属于电机节能领域，涉及一种适合于游梁抽油机节能的绕线式三相异步电动机串级调速装置。

目前，游梁式抽油机是油田上使用的主要采油设备，但其驱动电机普遍存在“大马拉小车”的情况。电机的运行效率不高，功率因数很低，造成电机，尤其是电网能耗增加。另外，现在普遍使用的是Y系列异步电机，这种电机运行在硬的机械特性上，这与交变的负载特性不相匹配，这也是造成抽油机系统效率不高的重要原因之一。

本实用新型的目的是设计一种适合于游梁抽油机节能的绕线式异步电动机串级调速装置。这种装置可使电机起动电流小，起动转矩高，从而降低电机容量，解决“大马拉小车”的问题。同时根据负载变化调节电机转速，改善电机与负载的配合，提高系统效率，达到节能的目的。

本实用新型的目的是这样实现的，这种串级调速装置主要由三相桥式整流电路、三相逆变电路和逆变变压器构成主电路，从转子滑环引出的三相交流电首先经过三相桥整流，然后在直流侧正极端串接一个电抗器，后面接由六个IGBT组成的三相桥式逆变电路，逆变电路的输出接一个三相变压器，三相变压器的输出接三相电源，其特征是可控开关和起动电阻串联后跨接在与三相整流桥连接的直流侧。电机输入端有3个电流互感器，电流互感器通过整流电路连接到单片机的A/D接口，转子输出端有一个电流互感器，它通过整形电路接到单片机，电压互感器输入端与电源连接，其输出端与相位判别电路连接，相位判别电路接单片机，可控开关的控制端与单片机连接，单片机还与驱动电路连接，经过驱动电路，控制三相桥式逆变电路中的IGBT的开通或关断，使转子的电能经过变压器回馈电网。

本实用新型采用单片机来控制逆变电路和控制开关，而控制开关串联起动电阻后跨接在直流侧，单片机可以根据电机定子电流、转子电流和定子电压相位信号发出控制指令，再经过驱动电路，控制三相桥式逆变电路，使转子的电能经过变压器回馈电网，从而，实现自动调速，又没有造成电能的损耗。

以下结合附图，对本实用新型作进一步的描述：

图1是用于抽油机节能的串级调速装置的结构原理图。

图2是依据本实用新型所提出的串级调速装置的控制部分的电路原理图。

图3是本实用新型的控制程序框图。

由图可见，用于抽油机节能的串级调速装置，由三相整流桥4、电阻R和开关7、电抗器5、由六个IGBT组成的三相逆变电路6构成主电路，由单片机13组成控制电路，由驱动电路11(如M57962)驱动IGBT的开通或关断。电源12是由电源变压器、整流桥和稳压集成电路组成的多路直流电源，可为单片机13和驱动电路11等提供直流电源。接在电机电源端的电流互感器1将电流信号传递给整流电路9，整流后的电流信号送给单片机13的A/D转换接口。电流互感器16与整形电路8(比较器等)连接，根据转子电流信号的频率，就可以得到电机的转速，整形电路8与单片机13连接。电压互感器17与相位判别电路10连接，相位判别电路10与单片机13连接，单片机13根据电压相位来控制逆变电路6的逆变角。手动控制板15(即手动按钮)是人机接口，操作人员可以通过它向单片机输入开机、关机等命令。显示器14(数码管等)是人机界面，它将电机的工作状态等信息显示出来。变压器3的输入端与逆变电路6的输出端连接，其输出端与三相电源连接，起到电源电压与转子回电压相匹配的作用，对高次谐波也起到一定的滤波作用。

本实用新型的控制过程是，启动时，单片机首先令逆变电路中所有的IGBT都关断，令起动电阻上的开关闭合，然后再令电源电路中的交流接触器闭合。电机上电后启动，当转速达到额定转速的70％左右，单片机控制逆变电路开始逆变，并且令电阻上的开关断开。调速的控制规则是，负载轻时，转速高，负载重时转速低，使电机具有软的机械特性。调速范围约在1.5以内。当负载变化使电机处于发电状态时，虽然转子电流方向改变，但三相整流后面的电流方向不变。因此，仍采用逆变控制方式。发电的能量是经过定子、转子和逆变电路回馈电网的。另外，通过电流互感采集的电流信号，可以实现对电机的保护。

本实用新型的优点是①起动电流小，起动转矩高，可以降低电机容量，解决了“大马拉小车”的问题。②根据负载自动调速，使电机具有软的机械特性。即负载轻时转速高，负载重时，转速下降，从而提高系统效率。③调速过程中，转子转差功率回馈电网，使得电机和调速装置的整体效率高。另外，负载使得电机处于发电状态时，既使电机转速超过同步转速，仍能实现回馈制动。④采用超前控制逆变角，可使本串级调速装置整体功率因数达到0.9以上。