专利名称：一种油田磕头机的变频器knkf节能系统的制作方法
技术领域：
一种油田磕头机的变频器KNKF节能系统技术领域[0001]本实用新型涉及油田磕头机和变频器节能系统，具体说是一种油田磕头机的变频器KNKF节能系统。
背景技术：
[0002]随着变频器技术的成熟与应用的推广，在油田磕头机上普遍采用变频器调速控制。变频器在磕头机上的应用，提高了工作效率，延长了磕头机的使用寿命，也具有一定的节能效果。但现有的变频磕头机节能效果并没有达到最佳，采用能量回馈型的变频器，回馈装置经常处于运行状态，对电网的谐波污染增加，线路损耗相应增大。特别是同一地点具有多台能量回馈的变频系统时，上述问题会变得更加突出。发明内容[0003]本实用新型所要解决的技术问题是解决上述问题，提供一种油田磕头机的变频器节能系统，采用一种控制器对两台或两台以上的磕头机速度及周期进行控制以达到节能的目的。[0004]所述油田磕头机的变频器节能系统，包括多台输出端连接电机的磕头机变频器，其特征是:该系统还包括KNKF控制器，从多台所述磕头机变频器的直流端子引出的变频器直流母线并入公共母线，公共母线连接KNKF控制器的直流母线电压检测端，每一台磕头机电机都设有监测磕头机工作状态的传感器，并将传感器信号分别传送给KNKF控制器。[0005]所述多台所述磕头机变频器的直流端子引出的变频器直流母线经过串接的保护熔断器和直流接触器KMZ并入公共母线。[0006]每一台磕头机变频器的直流端子所接直流接触器KMZ的直流接触器KMZ控制线包与该磕头机变频器自带的无故障输出开关KF串联后并接到控制电源上。[0007]每一台磕头机变频器的直流端子所接保护熔断器带有熔断监测触头开关KR，所述熔断监测触头开关KR串联到该变频器的直流接触器KMZ控制线包以及该磕头机变频器自带的无故障输出开关KF的串联回路中，起到遇故障切断该磕头机变频器的作用。[0008]每一台磕头机变频器占用中控系统KNKF控制器的一组控制通道，该组通道检测该台磕头机变频器的状态并与用户中控系统交换信息，KNKF控制器中该组控制通道的一个模拟输出端作为KNKF控制器速度给定信号输出端连接到该磕头机变频器模拟信号输入端二，作为该磕头机变频器的速度给定分量之一。[0009]各磕头机变频器的主速度给定由用户中控系统的模拟输出给定端口传给各变频器模拟信号输入端一。[0010]所述传感器是针对磕头机工作状态的低位传感器和高位传感器。[0011]本实用新型针对油田等在一个地方使用2台以上变频器的场合，多台设备协调工作能量互补，相比单台变频必须采用能耗制动方式要节省很多电能，而相对采用能量回馈方式要节省设备成本且节能效果会更加理想。并联多台变频器直流母线，相比共直流母线方式无需专用整流设备。故障出现时在线切除单台故障设备，提高了整体工作的可靠性。
图1是多台磕头机变频器KNKF节能系统线路示意图，图2是变频器直流母线并联的控制原理图，图3是本实用新型中KNKF控制器与系统连接线路示意图。图中:I—回馈制动单元，2—KNKF控制器，3—低位传感器，4一高位传感器，5—德头机电机，6—直流接触器KMZ，7—保护熔断器，8—德头机变频器，9一无故障输出开关KF，10—熔断监测触头开关KR，11 一直流接触器KMZ控制线包，12—公共母线，13—用户中控系统，14一变频器直流母线，15—交流供电线，16KNKF控制器速度给定信号输出端，17—变频器模拟信号输入端一，18一变频器模拟信号输入端二。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明:如图1中所示，所述油田磕头机的变频器节能系统，包括多台输出端连接电机5的磕头机变频器8，该系统还包括KNKF控制器2、回馈制动单元I，从多台所述磕头机变频器8的直流端子引出的变频器直流母线14经过串接的保护熔断器7和直流接触器KMZ6并入公共母线12，公共母线12还连接回馈制动单元I和KNKF控制器2的直流母线电压检测端，每台磕头机电机5都设有监测电机工作状态的低位传感器3和高位传感器4，并将传感器信号分别传送给KNKF控制器2，KNKF控制器2根据各台磕头机电机的工作状态和检测到的公共直流母线12的电压进行进行相应的协调处理，并后对各台变变频器发出相应的控制信号，让系统内所有的磕头机协调工作，使处于处于发电状态的电机产生的再生能量尽量被处于电动状态的电机所吸收达到节能目的，此外所述回馈制动单元I在极端情况下自动工作通过输出端将电能回馈到各变频器所接入的交流供电线15。如图2，每一台磕头机变频器8的直流端子所接直流接触器KMZ6的直流接触器KMZ控制线包11与该磕头机变频器8自带的无故障输出开关KF9串联后并接到供电端。将电能回馈到各变频器所接入的交流供电线15。每一台磕头机变频器8的直流端子所接保护熔断器7带有熔断监测触头开关KR10，所述熔断监测触头开关KRlO串联到该变频器的:直流接触器KMZ控制线包11与该变频器8自带的无故障输出开关KF9的串联回路中，起到遇故障切断该磕头机变频器8的作用。如图3，系统中引入一台中央控制器KNKF2，每一台磕头机变频器8占用中控系中央控制器2的一组控制通道，该组通道检测该台磕头机变频器的状态是否故障、是否运行，并与用户中控系统13交换信息，同时中央控制器2中该组控制通道的一个模拟输出端作为速度给定信号输出端16连接到该变频器模拟信号输入端二 18，作为该磕头机变频器8的速度给定分量之一(附加给定)。每一台变频器都由用户中控系统13控制，KNKF控制器接收用户中控系统13对变频各器发出的启动信号，并合理组织各台的启动顺序和启动时间然后给出最终的启动信号给用户中控系统13，用户中控系统13收到该信号及时启动该磕头机变频器。[0020]各台磕头机变频器运行与否或怎么运行是由用户中控系统13发出，并与本专利所述的KNKF2控制器交换相关控制信号，各变频器的主速度给定由用户中控系统13的模拟输出给定端口传给各变频变频器模拟信号输入端一 17作为变频器的主速度给定。多台磕头机的变频器可采用普通变频器，各自的交流输入并接在同一电源上，从各自变频器的直流端子引出变频器直流母线14，经过保护熔断器7 (最好带熔断监测触头开关KR10)，直流接触器KMZ6后并入公共母线12，各自变频器要求具有准备好(即无故障)输出开关KF9 (干结点输出型可加中间继电器)，上电时各变频器上电时间及顺序无要求，待各自变频器准备好(直流母线电压正常)后控制各自的直流接触器KMZ6吸合并网，有故障时自动从网络中切除防止故障进一步扩大，其控制原理如图2所示。另外由于工况和一些其他的原因不可能使各台磕头机都能按预定的方式工作，在有些时刻必然还是有剩余的能量需要释放。在实际应用时在公共直流母线上增加合适容量的回馈制动单元，用于在极端状态下把多余的再生能量回馈到电网。需要注意的是该系统所指的各台变频器及对应电机的容量和实际运行时的输出功率要求相当，如果有差别不能超过I倍。如图1所示在每台磕头机的上下运行终点，各安装一个高位测速传感器4和低位测速传感器3，通过本专利方案所述的KNKF控制器2可以检测出每台磕头机的运行状态是处在电动状态还是在发电状态，并可以计算出上下冲程的时间。如图3所示，每台变频器的故障及运行信号都反馈给本控制器，本控制器给每台变频器一个开关信号参与到变频器的起停控制，同时给出一个模拟量控制信号作为每台变频器的速度给定分量。该分量在变频器的实际速度给定中与变频器的主给定信号进行叠加，对各台磕头机的速度进行微调，最终到达使整个系统中处于发电状态的电机回馈的能量，通过直流母线尽可能的被处于电动状态的电机所吸收利用，使系统稳态时尽可能的不向电网回馈能量。由于极端情况的不可控性，本控制器同时需要时时检测公共直流母线上的电压经过处理判断后参与到上述对各台变频的速度调节中。为了使系统满足上述的工作方式首先要在启动时保证各台之间就保持相对的运行状态。控制器在系统还未启动时首先要检测各台变频器是否可以投入工作(准备好)，然后要对系统内的各台变频器收到的生产控制中心或现场控制人员通过中控系统13发出的启动信号后进行判断，并合理组织各台的启动顺序和启动时间然后给出最终的启动信号。当然有时现场需要检修等情况出现可以在原有控制系统做个切换此时变频器的控制无需受到本控制器的限制。对具有多个磕头机的系统总是可以把各台变频器人为的分成两组和若干组在启动时先启动一组或一台，等该组或台运行到上终点时，启动另一台或一组。当然对系统内具有奇数台或有几台容量有差别时应按照总体能量相当原则进行分组。KNKF控制器2在检测到两台及两台以上的变频器启动完成后，就要对各自的运行状态进行监控或判断，通过检测各台的运行状态以及直流母线的电压进行运算比较给出相应的控制信号到各自的变频器速度给定量中，适时微调各台的速度以保持各台之间的相对运行关系，使直流母线的电压尽量保持在回馈制动单元开始工作的电压以下(通常680V)。要给出正确的控制信号必须预先知道各台变频所驱动电机的功率、所处的运行状态、并综合工艺要求给出合适的微调量。所以系统必须具有参数预设能力，较强的运算能力，较快的采样和输出响应能力。KNKF控制器2对系统需要的主要接口及运行必要条件如图3所示。本KNKF控制器2与中控系统13或现场操作箱(以下中控系统包括现场操作箱)之间需要具有相互的信号交换，中控系统13最好具有单机操作或通过本KNKF控制器2集成控制切换功能，当切换到单机时不受KNKF控制器限制。当切换到集中控制时向KNKF控制器发送启动某台的命令(操作人员发出)，KNKF控制器根据现场检测的实际情况给出各台的启动应答信号给中控，中控收到应答信号后给出各台变频启动命令启动即刻启动该台电机。当收到第一台的启动命令后KNKF控制器即刻给出该台的启动应答信号，然后开始检测该台的运行状太，达到合适时机给出下一台的启动应答信号。具体的启动过程根据预先设定的各台设备的实际数据和现场给出的需要启动的设备进行判断给出合适的启动应答信号，以保证设备在初始时刻向有利于最终调节的状态运行。开机以后各台变频的速度给定根据需要由中控给定，可以按图3中的主给定方式给出也可以由其他方式给出，KNKF控制器时刻检测各台的运行状态和公共直流回路的电压，经过运算处理给出各台的速度微调信号到附加速度给定中，对各台的运行状态进行微调，最终达到一个比较理想的稳态，使回馈制动单元不用工作。KNKF控制器2做成模块化的结构，根据各个系统的设备台数进行扩展接口及配置。控制器采用可编程方式根据不同的设备进行相关的参数设置或编程。
权利要求1.一种油田磕头机的变频器KNKF节能系统，包括多台输出端连接电机(5)的磕头机变频器(8)，其特征是:该系统还包括KNKF控制器(2)，从多台所述磕头机变频器(8)的直流端子引出的变频器直流母线(14)并入公共母线(12)，公共母线(12)连接KNKF控制器(2)的直流母线电压检测端，每一台磕头机电机(5)都设有监测磕头机工作状态的传感器，并将传感器信号分别传送给KNKF控制器(2)。
2.根据权利要求1所述的油田磕头机的变频器KNKF节能系统，其特征是:所述多台所述磕头机变频器(8)的直流端子引出的变频器直流母线(14)经过串接的保护熔断器(7)和直流接触器KMZ (6)并入公共母线(12)。
3.根据权利要求2所述的油田磕头机的变频器KNKF节能系统，其特征是:每一台磕头机变频器(8)的直流端子所接直流接触器KMZ (6)的直流接触器KMZ控制线包(11)与该磕头机变频器(8)自带的无故障输出开关KF (9)串联后并接到控制电源上。
4.根据权利要求3所述的油田磕头机的变频器KNKF节能系统，其特征是:每一台磕头机变频器(8 )的直流端子所接保护熔断器(7 )带有熔断监测触头开关KR (10 )，所述熔断监测触头开关KR (10)串联到该变频器的直流接触器KMZ控制线包(11)以及该磕头机变频器(8)自带的无故障输出开关KF (9)的串联回路中，起到遇故障切断该磕头机变频器(8)的作用。
5.根据权利要求1所述的油田磕头机的变频器KNKF节能系统，其特征是:每一台磕头机变频器(8)占用中控系统KNKF控制器(2)的一组控制通道，该组通道检测该台磕头机变频器的状态并与用户中控系统(13)交换信息，KNKF控制器(2)中该组控制通道的一个模拟输出端作为KNKF控制器速度给定信号输出端(16)连接到该磕头机变频器模拟信号输入端二(18)，作为该磕头机变频器(8)的速度给定分量之一。
6.根据权利要求5所述的油田磕头机的变频器KNKF节能系统，其特点是:各磕头机变频器(8)的主速度给定由用户中控系统(13)的模拟输出给定端口传给各变频器模拟信号输入端一(17)。
7.根据权利要求1所述的油田磕头机的变频器KNKF节能系统，其特点是:所述传感器是针对磕头机工作状态的低位传感器(3 )和高位传感器(4 )。
专利摘要一种油田磕头机的变频器KNKF节能系统，将多台磕头机变频器的直流端子引出的变频器直流母线经过串接的保护熔断器和直流接触器KMZ并入公共母线，系统引入KNKF控制器进行集中控制，KNKF控制器设有公共母线电压检测端直接连接在公共母线，每台磕头机上下工作死点都将传感器信号分别传送给KNKF控制器，公共母线还连接回馈制动单元在极端情况下所述回馈制动单元工作并通过输出端将电能回馈到各变频器所接入的交流供电网。针对油田等在一个地方使用2台以上变频器的场合，通过KNKF控制器使多台磕头机协调工作能量互补，相比单台变频必须采用能耗制动方式要节省很多电能，而相对采用能量回馈方式要节省设备成本且节能效果会更加理想。
文档编号E21B43/00GK202997984SQ20122055648
公开日2013年6月12日 申请日期2012年10月29日 优先权日2012年10月29日
发明者蒋贞荣, 雷怀广, 郭伟军, 宋慧勇, 胡江林 申请人:蒋贞荣