抽油机变频节能系统的研制.pdf

測与經制
?机械研究与应用?
抽油机变频节能系统的研制
舒喆
(长江大学,湖北黄网434023)
摘要:研发了一套抽油机专用変频节能装置,在一定程度上降低了抽油机的泵效。整套装置通过独特设计的继电
接触控制绒路,可实现变频/工频运行的自动切换。在系统设计中,DSC和STC单片机各司其能,通过串行通
讯协调工作,整个系统能够实现电机变频软启停。
关词;抽油机;变颇节能;系统;软件
中因分类号:T1M13
文献标识码:A
文章编号:1007-4414(2012)01-0141-05
The development of the frequency energy-saving system of pumping unit
Yangtze wniversity, Huanggang Hubei 434023, China
Abstract: A kind of frequency conversion control system for beam pumping is researched and developed in this paper, whi
can save energy and improve efficency. The system can switch automatically between frequency and frequency conversion
through a complete control circuit of relay contacts which is specially designed, In system design, DSC and STC microcontroller
perform their own function separately and coordinate each other through serial communicatior
Key words: pumping unit; frequency energy-saving; system; software
1引言
图1所示。整个系统由主电路和控制电路两部分组
近年来,稠油、低滲透油田采注的髙能耗低产出成,主电路釆用交一直一交电压型逆变电路,实现电能
问题一直是困扰老油田发展的瓶颈。随着电力电子从电网到电机的传递;控制电路与主电路配合,实现
学、微电子学和自动控制理论技术的不断发展,交流系统的控制、调参、显示、检测、故障保护等功能。整
电机的调速技术近年来发展迅猛,交流调速技术是一个控制电路主要包括以下几个部分:控制电路电源部
门横跨电力、电子、电机、计算机和现代控制理论的新分、DSC控制单元、STC控制的键盘操作和数据显示
兴综合技术。在国外,交流调速技术的应用已十分普单元、功率模块驱动单元、检测单元等。
遍;在国内,在国产化方面虽然还存在一定差距,但是
流、滤波
M逆変单元
近年来发展很快,出现了一个交流调速技术研究和应
用推广的新热潮?。
能单?电压检测离躯动、辺流测
采用交流调速技术可很好地实现电机的软起动
sTC单片机Ds控制单元
空制电源
和调速,近年来,随着高频大功率全控型电力电子器
件及功率集成模块的问世,电力电子技术的发展进入
图1系统组成框图
了一个崭新的阶段。基于交流调速技术及大功率电
力电子器件实现的电机变频调速控制,很大程度上实
控制电路不同于主电路,其工作需要低压电源,
现了节能增效的目的,具有很高的经济实用价值。据而且需要多路不同的电源,考虑到使用具有多路副边
此,针对游梁式抽油机存在的问题,如果能够研发出输出的工频变压器经过降压、整流、滤波得到控制所
一套专用变频节能控制装置,该装置不但能够实现电需的各路电源,会造成控制电源体积庞大笨重、结构
机软启停,而且能够根据井况方便地实现变频调速松散的问题,系统中采用单端反激式电路专门设计了
改变冲次时间),从而达到节能增效的目的]。
开关电源。开关电源的使用使整个控制电路体积更
2系统总体方案及主电路设计
小、结构更紧凑,而且便于以后实施抽油机油井集群
2.1系统总体方案设计
控制(集群控制时各抽油井变频节能装置共直流母
整个系统采用功能单元模块化设计,各部分之间线,单井没有三相交流电源的引入,所以只能使用开
相互配合实现系统的整体功能,系统组成结构框图如关电源得到控制电源)。整个控制电路的核心是微
甚金项目:国家大学生创新实验项目く编号:101021606)
收稿日期:2010-12-25
作者简介:舒喆(1990-),男,溯北黄冈人,研究方向:石油机械的研究与设计.
益測与訓
机械研究与应用?
处理器控制系统,设计中共使用了两个微处理器,
会造成电机侧电压的上升,影响电机的工作性能。所
个是DSC控制器,一个是STC单片机,二者通过串以系统设计中需要有专门电路实时检测直流侧电压
行通讯协调工作。与STC单片机相比,DSC控制器值,DSC根据此电压值合理调整PWM输出控制信号
又处于整个控制系统的主导地位,它能连续不断地输的占空比,从而减小电机侧输入电压的波动,实现动
出SPWM信号控制电机的运行,并能实时接收各类态调压稳压的功能。
检测信号及STC单片机送来的参数,对整个系统的
现场调研表明,油田抽油机的井况各不相同,根
工作状态进行综合判断,然后实施相应的控制策略,据各自的井况,单位时间内抽油机所需的抽油冲次也
保证系统安全可靠地运行。STC单片机主要用于有所差别。同时,随着油田采油的不断进行,井下油
控制人机交互界面,即检测键盘操作,进行相应参数量的减少势必会使泵的充满度降低,若采用原来的抽
的更改、保存、显示和传送给DSC,同时在正常运行情油速度必会造成电能浪费。现场试验表明,根据油井
况下,它负责接收DSC传送的当前运行频率值然后运行状况,在调节抽油机冲次的同时合理调节上下冲
进行显示,发生故障时能够接收DSC传送的故障类程的冲程时间更能有效地提高泵效,增加原油采收
型代码并将其显示以供现场操作人员査找故障原因。率。例如,对于供液量充足的稀油井,可调高抽油冲
由于DSC和STC单片机通过串口进行通讯,且DSC次,加大泵排液量;对于漏失系数较大的油井可采用
处于主导地位,所以在本控制系统中可以称DSC为“慢下快上”'的方式,减少提升过程中原油的漏失;
上位机,STC单片机为下位机。使用DSC、STC两个对于稠油井,采用“慢下快上"的方式可避免采油现
微处理器,DSC负责SPWM波形的产生和各类控制场的“打架”现象。未使用变频调速控制装置的现场
信号的检测,STC用于控键盘操作和数据显示,这抽油机电机均工作在工频状态,要想改变单位时间内
种功能上的独立分配控制有助于提高整个控制系统的抽油冲次,往往需要调节皮带轮的尺径大小或采用
的高效性、稳定性、可靠性
多极电机,但这些措施只能实现有级调节,而且操作
系统主电路逆变单元分别采用IGBT模块和IPM比较困难。变频调速控制在解决此问题上具有绝对
模块进行设计,由于从DSC控制器出来的SPWM控的优势,通过改变运行频率,系统可以方便地改变抽
制信号比较微弱,不能直接用于驱动功率模块,所以油沖次。此外,本课题所设计的抽油机变频节能控制
控制电路中要包含专门的功率模块驱动电路。相比装置能够工作在两种方式,方式1允许操作员在不停
而言,IPM的驱动电路要简单,系统设