一种立式直驱抽油机无位置传感器的闭环控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电机控制技术领域，具体涉及一种立式直驱抽油机无位置传感器的闭环控制系统。
【背景技术】
[0002]一直以来，在各大油田的游梁式抽油机和无游梁式抽油机，均以PLC结合变频器来实现对异步电动机或永磁电机的开环驱动控制；但该控制系统存在一定的功能缺陷和安全隐患，尤其在立式直驱永磁电机抽油机上的应用效果不够理想。
[0003]永磁同步电机具有功率因数高，节能效果明显等多项优点，但永磁同步电机特性在实际使用过程中对变频器驱动要求较高，如何实现平滑启动，让运行曲线更流畅，则是一个重要的技术环节。因此，在目前国内所有立式抽油机上，尚未有一种集高效节能、安全可靠、成本更低、稳定可靠、操作更简单、功能更全面于一身的抽油机智能型控制系统。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种一种立式直驱抽油机无位置传感器的闭环控制系统，其同时提高控制系统的可扩展性和灵活性，从而来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷。
[0005]为实现上述目的，本实用新型提供一种立式直驱抽油机无位置传感器的闭环控制系统，其包括三相电源电路、变频驱动单元、制动控制单元以及开关电源、驱动单元，三相电源电路包括三相电源线、缺相保护继电器，用于检测每一相电路状态的缺相保护继电器与三相电源线的每根电线分别相连，变频驱动单元的输入端在与一断路器相连后再接入三相电源线，所述变频驱动单元的输入端与开关电源的输入端相连，所述变频驱动单元的输出端与抽油机中的驱动电机相连，开关电源的输出端连接驱动单元并为驱动单元工作供电，制动控制单元连接三相电源电路用于控制整体供电电路的通断。
[0006]该闭环控制系统以变频器作为永磁电机的驱动元件，在控制系统上取代了传统的PLC控制模式。该系统集检测、运算、控制、变频驱动为一体，从插补运算、反馈、预警、误差修正到速度与转矩的自我调制进行了一系列闭环控制，为用户提供了更为简单直观的操作界面。该系统高度集成，使控制柜元器件和布线更精简；运算速度、数据通讯更迅速直接；模块化设计使系统功能的灵活性和扩展性更强大。
[0007]对于上述技术方案发明人还有进一步的优化实施方案。
[0008]作为优化，所述开关电源包括0V、+12V、+24V三个输出端，所述驱动单元包括并行设置在开关电源三个输出端之间的启动电路、制动模式切换电路(也就是自动与手动模式切换电路)、启动提醒电路、急停指示电路、启动指示电路。
[0009]作为优化，所述变频驱动单元包括变频器及其外围电路，所述变频驱动单元中的变频器输出端与抽油机中的驱动电机相连，在变频器的输出端与抽油机的驱动电机之间设有交流接触器，在交流接触器与驱动电机之间还并联有制动电阻。
[0010]与现有技术相比较，本发明所具有的有点在于:
[0011]本实用新型所描述的立式支取抽油机的控制系统，其通过变频器作为驱动电机的驱动元件，在控制系统上取代了传统的传统的PLC控制模式，且系统高度集成，使得控制系统元器件和布线更为精简，为用户提供了更为简单直观的操作界面。
【附图说明】
[0012]下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述:
[0013]图1是本实用新型实施例所述控制系统的原理框图；
[0014]图2是本实用新型实施例所述控制系统控制下的电机运行曲线图。
【具体实施方式】
[0015]为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。
[0016]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护??围的限制。
[0017]本实施例描述了一种立式直驱抽油机无位置传感器的闭环控制系统，如图1所示，其包括三相电源电路、变频驱动单元、制动控制单元以及开关电源、驱动单元，三相电源电路包括三相电源线、缺相保护继电器，用于检测每一相电路状态的缺相保护继电器与三相电源线的每根电线分别相连，变频驱动单元的输入端在与一断路器相连后再接入三相电源线，所述变频驱动单元的输入端与开关电源的输入端相连，所述变频驱动单元的输出端与抽油机中的驱动电机相连，开关电源的输出端连接驱动单元并为驱动单元工作供电，制动控制单元连接三相电源电路用于控制整体供电电路的通断。
[0018]在电机制动方面，制动控制单元中的控制箱内采用电力失效型制动器(以鼓式FYWZS/YX型为例)，运行时，制动器闸瓦打开并自动切换到低电压状态下保持，停机、断电或故障等级达到制动等级时闸瓦在强力弹簧复位作用下对电机进行抱闸，从而达到可靠制动的目的。(对应制动措施)
[0019]所述变频驱动单元包括变频器及其外围电路，所述变频驱动单元中的变频器的输出端与抽油机中的驱动电机相连，在变频器的输出端与抽油机的驱动电机之间设有交流接触器，在交流接触器与驱动电机之间还并联有制动电阻。抽油机永磁电机运行在平衡载荷还是载荷差状态下皆存在发电现象，不同的是平衡载荷下为换向惯量短时发电，而载荷平衡差为电机被“拖跑”在一个冲程内发电，因此必须采用外部制动电阻将这部分电能转化为热能进行消耗，制动电阻值及功率值根据变频器功率来进行选择，本实施例中采用3KW、20 Ω的制动电阻。(对应能耗处理)
[0020]开关电源包括0V、+12V、+24V三个输出端，所述驱动单元包括并行设置在开关电源三个输出端之间的启动电路、制动模式切换电路、启动提醒电路、急停指示电路、启动指示电路。
[0021]该闭环控制系统的控制模式如下:
[0022]1.变频驱动:
[0023]该控制系统以变频其结合外部单元对永磁电机实现了理想的平滑启动，解决了国内外绝大部分变频器对低转速大扭矩永磁电机电机启动时的震颤现象；在电机换向运行中为斜坡加、减速控制，运行曲线如图2所示。
[0024]2.控制模式切换:
[0025]设置变频器为DTC直接力矩控制模式；将控制系统分为自动运行模式和手动运行模式，在两种模式下分别对应“启动/上行”和“停止/下行”，以旋转开关进行选择。
[0026]3.手动模式下的系统控制:
[0027]此模式下，可对电机的正转(抽油杆上行)和反转(抽油杆下行)进行点动操作。为了防止制动器打开时抽油机最重端猛然下坠，变频器接收到点动信号时必须先对电机建立励磁电流，