专利名称：游梁式抽油机智能节电调速控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及石油钻井领域，特别涉及游梁式抽油机的电机智能控制领域。
背景技术：
游梁式抽油机是石油开采的主要设备，如图I所示，其基本工作过程为交流异步电动机06经减速装置带动装有配重块的曲柄05旋转，曲柄05的端部和连杆04相连，连杆04的另一端连接在游梁03端部并拉动游梁03，使安装在游梁03另一端的驴头02不断上下运动(即上下冲程)，驴头02的上下运动通过抽油杆01从而带动井底的活塞式抽油泵抽油。在上冲程运行时，电动机06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02及抽油杆01迅速下降，电动机06不需要做功，在驴头02迅速下降的过程中，实际电动机06的转速会超过同步转速，使电动机06处于发电运行状态。 由于配重块旋转运动和驴头的上下往复运动，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等等情况。交流异步电动机在设计时往往要留有较大的容量裕度，这些电动机正常运行时负荷率都很低，一般在20% - 30%。低负荷率和反拖发电就会带来功率因数低、电能大量浪费、效率低等等一系列不利因素，从而造成开采石油过程中的电能的浪费。目前现有技术中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来减少电能浪费。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的高次谐波对电网污染很大，没有实用价值。
发明内容本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种可有效降低电机功率损耗的游梁式抽油机智能节电调速控制装置。为达上述目的，本实用新型提出了一种游梁式抽油机智能节电调速控制装置，包括工作电机；信息反馈模块，与所述工作电机电性连接，反馈所述工作电机在运行时的电压、电流、力矩和转速参数；可编程DSP伺服系统，与所述工作电机和所述信息反馈模块电性连接，接收所述信息反馈模块反馈的电压、电流、力矩和转速参数并进行分析计算，根据计算结果输出一控制信号；速度调节模块，与所述可编程DSP伺服系统电性连接，根据所述可编程DSP伺服系统输出的控制信号，调节所述工作电机的运行速度；控制按钮，与所述可编程DSP伺服系统电性连接，向所述可编程DSP伺服系统发出控制命令；电源模块，与所述可编程DSP伺服系统电性连接，向所述可编程DSP伺服系统提供稳定的工作电源；人机对话模块，与所述可编程DSP伺服系统电性连接，以进行远程监控操作。本实用新型提出的游梁式抽油机智能节电调速控制装置，其中，所述可编程DSP伺服系统包括位置环、力矩环控制电路和所述电流环、速度环控制电路，所述位置环、力矩环控制电路和所述电流环、速度环控制电路电性连接。本实用新型的优点在于，不需要改造游梁式抽油机的机械结构，采用功率比原来小I一 2倍的恒功率交流异步电动机就可以让抽油机进行工作。利用力矩跟随速度控制系统，选取适当的转动速度；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，随时改变交流异步电动机转动的速度，以此达到电动机与抽油机的最佳匹配。通过本实用新型的技术方案，从根本上解决了抽油机下行时抽油机反拖电动机发电的现象，提高系统效率，改善电机的运行条件，减少电机的发热、振动、噪音和铁磁损耗，达到节能降耗的目的。
图I是游梁式抽油机的结构示意图；图2是本实用新型的功能框图；图3是本实用新型的电路结构图。附图标记说明01_抽油杆；02_驴头；03_游梁；04_连杆；05_曲柄装置；06_电动机；07_支架；1_可编程DSP伺服系统；2_工作电机；3_信息反馈模块；4_速度调节模块；5-控制按钮；6-电源模块；7_人机对话模块。
具体实施方式
如图2所示，为本实用新型的功能模块图，包括工作电机2 ;信息反馈模块3，与所述工作电机2电性连接，反馈所述工作电机2在运行时的电压、电流、力矩和转速参数；可编程DSP伺服系统1，与所述工作电机2和所述信息反馈模块3电性连接，接收所述信息反馈模块3反馈的电压、电流、力矩和转速参数并进行分析计算，根据计算结果输出一控制信号；速度调节模块4，与所述可编程DSP伺服系统I电性连接，根据所述可编程DSP伺服系统I输出的控制信号，调节所述工作电机2的运行速度；控制按钮5，与所述可编程DSP伺服系统I电性连接，向所述可编程DSP伺服系统I发出控制命令；电源模块6，与所述可编程DSP伺服系统I电性连接，向所述可编程DSP伺服系统I提供稳定的工作电源；人机对话模块7，与所述可编程DSP伺服系统I电性连接，以进行远程监控操作。图3为本实用新型的电路结构图。从图3中可看出，可编程DSP伺服系统I包括位置环、力矩环控制电路11和所述电流环、速度环控制电路12，该位置环、力矩环控制电路11和该电流环、速度环控制电路12电性连接，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。本实用新型的工作过程为装置启动后，可编程DSP伺服系统控制工作电机力矩的大小和方向，在达到给定的预置冲次时通过PI调节器稳定工况。伺服系统在运转过程中随时监测电动机的扭矩，在电动机轴扭矩逐步减小即将为零时截止伺服系统的力矩电流输出(只对电动机提供弱励磁，其目的是为了保证再次投入时的快速响应)，此时电动机为自由状态旋转，抽油机的驴头带着配重块和电动机自由运行。电动机因为没有送入力矩电流而在空转，大量的势能转换成旋转惯性动能存储在配重块中。当驴头跨过下止点开始上行时，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，电动机的轴转速不断降低。当电动机的轴转速即将低于设定的电机预置速度时，伺服系统开始跟踪电动机的轴转速和电动机的转子角度，计算决定电机重新投入时需要输出的频率和电角度，跟踪完成、同步后伺服系统对电动机励磁，输出动力，做到抽油时用电做功，不抽油时停止用电不做功。·
权利要求1.一种游梁式抽油机智能节电调速控制装置，其特征在于，包括 工作电机； 信息反馈模块，与所述工作电机电性连接，反馈所述工作电机在运行时的电压、电流、力矩和转速参数； 可编程DSP伺服系统，与所述工作电机和所述信息反馈模块电性连接，接收所述信息反馈模块反馈的电压、电流、力矩和转速参数并进行分析计算，根据计算结果输出一控制信号; 速度调节模块，与所述可编程DSP伺服系统电性连接，根据所述可编程DSP伺服系统输出的控制信号，调节所述工作电机的运行速度； 控制按钮，与所述可编程DSP伺服系统电性连接，向所述可编程DSP伺服系统发出控制命令； 电源模块，与所述可编程DSP伺服系统电性连接，向所述可编程DSP伺服系统提供稳定的工作电源； 人机对话模块，与所述可编程DSP伺服系统电性连接，以进行远程监控操作。
2.根据权利要求I所述的游梁式抽油机智能节电调速控制装置，其特征在于，所述可编程DSP伺服系统包括位置环、力矩环控制电路和所述电流环、速度环控制电路，所述位置环、力矩环控制电路和所述电流环、速度环控制电路电性连接。
专利摘要本实用新型提出了一种游梁式抽油机智能节电调速控制装置，包括工作电机；信息反馈模块，与所述工作电机电性连接，反馈所述工作电机在运行时的电压、电流、力矩和转速参数；可编程DSP伺服系统，与所述工作电机和所述信息反馈模块电性连接；以及分别与可编程DSP伺服系统电性相连的速度调节模块、控制按钮、电源模块和人机对话模块。其中所述可编程DSP伺服系统包括位置环、力矩环控制电路和所述电流环、速度环控制电路，所述位置环、力矩环控制电路和所述电流环、速度环控制电路电性连接。本实用新型有效地解决了抽油机启动困难、转速不易调节及驴头下降时的反发电现象，节电效果明显。
文档编号H02P23/00GK202737804SQ201220394850
公开日2013年2月13日 申请日期2012年8月9日 优先权日2012年8月9日
发明者吴建光, 王国强, 熊德华, 张占军 申请人:吴建光, 王国强, 中联煤层气有限责任公司