专利名称：抽油机专用变频器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种变频调速装置，具体地说，是一种油田用抽油机专用 变频器。
背景技术：
我国的油田绝大部分要靠注水来压油入井，靠抽油机把油从地层中提升上 来。以水换油、以电换油是目前我国油田的现状。如何提高采油效率，降低采 出液的吨液能耗，提高产量，使抽油机的参数更好的适应地上、地下工况，使 现场抽油机调节更为方便，成为业内人士的焦点。目前，在油田抽油机设备中，游梁式抽油机使用方便、可靠，是目前油田 采油生产中的主要设备，应用最为普遍，数量也最多。游梁式抽油机的工作过程为:用电机带动减速机，减速机带动皮带轮，皮带轮带动两个很重的钢质滑块 作旋转往复运动，依靠杠杆的作用，将抽油杆提上放下，而将油带出地面进入 输油管道中或储油罐中，完成抽油过程。抽油机电机的负荷是一周期性脉动负荷，并迭加有瞬间的冲击。为了减小 抽油机上下冲程负荷的波动， 一般都配有平衡块。为了保证足够大的启动转矩， 抽油机电机正常运行时负荷率很低， 一般都是在低负荷率运行，45KW的实际用 功也就是30KW左右，而且造成功率因数低，相对也效率低，电能浪费大。因此，在设计选配抽油机电机时，普遍的做法是令其抽取量大于实际负荷。 它所带来的新问题是当抽油机排量过剩时，抽油机的运行会出现无功抽取，出 现空抽或泵空状态，过剩的抽油能力令抽油机的无功抽取时间增加，造成油井 开采的电费成本居高不下，能源浪费十分严重。因此，抽油机的节能潜力非常 巨大。节能包括两个方面(l)从电动机本身考虑，提高电动机的负荷率和效率； (2)从系统考虑，改用变频器电动机的机械特性，使机、杆、泵整个系统达到较好的配合，提高系统效率。(3)从窃电方面也可以客观的节约一部分能源，也就是说从直流供电到变频输 出的电源家庭是无法使用的。两者比较，后者的节能潜力比前者大得多。在游 梁式抽油机上应用变频调速技术不仅使机、杆、泵整个系统达到较好的配合， 自动化程度提高，降低工人的劳动强度，减少工作量，而且节能效果明显，综 合效益显著。实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种油田用抽油机专用变频器， 可以根据油井的实际情况，改变抽油机的冲程频次，达到上、下冲程间的平稳 过渡。用以克服上述已有技术的不足。本实用新型采用了以下技术方案。一种抽油机专用变频器，主要包括整流滤波电路，CPU， IGBT模块，滤波电 路，回馈电路和正玄波滤波电路，其特征是:分别与CPU连接的若干只触发极通 过保护二极管连接回馈电路，触发极还通过滤波电路连接电动机；回馈电路通 过正玄波滤波电路连接电网；整流滤波电路通过限流电阻、供电接线器连接IGBT 模块。所述触发极为十二只。供电接线器与IGBT模块之间还连接有直流滤波器。所述的IGBT模块为并联的三组。本实用新型的积极效果在于具有远程直流供电降低线损和窃电的特点。 针对抽油机载荷的特殊性和野外工作特点，把制动电路改为回馈电路，把倒发
的电能回馈给电网，从而实现了节电效果又能使变频器可靠工作，把97%的再 生电能回馈电网，有效减少能源消耗。根据抽油机是交变工作载荷的特点，可以根据油井的实际情况，改变抽油 机的冲程频次，达到上、下冲程间的平稳过渡。变频器本身具有抽油机所需的 各种保护功能及相应的放电回馈电路，而且风机可以有温度自动控制，延长了 风机的使用寿命，也节约相应的能源消耗。可根据井下供液，任意调整转速提高泵充满系数及排量系数，达到节能、增 产、无级调速的效果。采用频率调节抽油机的冲程频次行程的速度，达到节电又增产的目的。能动态调整抽油机的转速，可无级调节抽油机冲次，从而调整泵的充满度， 提高抽取效率，增加原油产量，减少了电机功率，实现了节能目的。由于采用变频调速技术，输出不同频率的电源，从而使电动机冲程转速可快可慢，可无级调节抽油机冲程速比。可以提高原油在泵的充满度;而适当提高 效率，则可以减少在提升过程中的漏失系数，有效地提高单位时间内的原油产使用效果方面，由于专用变频器对抽油机进行控制，较传统抽油机，优越性体现在以下几个方面(1)对抽油机实行软启动，启动电流大幅度降低，避免了对电动机、减速器和抽油机产生过大的机械冲击，延长了设备的使用寿命。 (2) 提高了电动机的功率因数，功率因数由原来的0.3 0.5上升到0.98。(3) 通用性强。能够满足不同油井多种工况的要求。根据油井实际供油能力，动态调整抽油机的频率，既达到了节能目的，又提高了原油产量。(4) 变频器具有过压、欠压、过载、短路、缺相及失速等多项保护功能，更精确可靠地保护了电机。(5) 能够在有效的调节范围内无级调节抽油机的冲程。(6) 操作简单方便。所有参数调节均可通过面板设定，用户易于掌握，比通用变频器的操作更直观。
图1是本实用新型的主电路原理图。图2是经变压器输出整流后经电缆输出给用电器的原理图。
具体实施方式
图1中，分别与CPU2连接的十二只触发极通过保护二极管Dr"Ds连接回 馈电路6，触发极还通过滤波电路4连接电动机5;回馈电路6通过正玄波滤波 电路7连接电网；整流滤波电路1通过限流电阻、供电接线器和直流滤波器L, 连接并联的三组IGBT模块3。本变频器采用的CPU2为M37906，这种微处理器是三菱公司第四代三相异 步电动机专用芯片，采用高性能硅栅CMOS工艺，具有四十二脚塑料表面粘贴 (SSOP)和四十二脚塑窄脚双列直插(SDIP)两种封装形式，提供FLASH芯片和掩膜ROM芯片两种方式，其基本特点是防干扰能力强工作稳定。由Dl-D6和IC组成整流滤波电路1，作为直流的母线供电。经过OUT+ 和OUT-分布到各个直流用电单元Ql—Q6做工。由Q7-Q12组成回馈电路 6，及是回馈单元。由L2和C组成正玄波滤波电路7。R.S.T是工频电压380V 输入。CPU2是Ql"Q12的核心部位频率控帝ij。 R是限流电阻同时保IGBT 模块3。 K是母线供电接触器。M是电动机5。经整流滤波电路1整流滤波后连接直流滤波器L,和IGBT模块3，输出 至滤波电路4，经过滤波电路4滤波后输出给电动机5。再经保护二极管D「D输入到回馈电路6，原理是当电动机失速后产生 的电能通过回馈电路6和正玄波滤波电路7反馈给电网从而达到节电的目 的。正玄波滤波电路7是把谐波滤除，目的是为了避免污染电网，在CPU2 的控制下使频率和电网同步的情况下反馈到电网.同时还检测过压、欠压、 过流、过载并实施保护。如图2所示，经变压器T输出D整流后经电缆输出给十路用电器。 为了保证生产的可靠性，各种油田生产机械在用动力驱动时，都留有 一定的富余量。电机不能在满负荷下运行，除达到动力驱动要求外，多余 的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费，在油田抽油机运行时有 四分之一的时间是处在发电状态，本变频器可把发的电回馈给电网，这时 另一台正处在用电状态，十台可以以互补的状态工作这时的节电率是百分 之二十.为了达到抽油的效率可降低频率，因为在正常转速下很多是空抽， 所以，当电机转速从N1变到N2时，其电机轴功率(P)的变化关系如下-P2/ Pl- (N2/N1)3，由此可见降低电机转速可得到立方级的节能效果。 动态调整节能迅速适应负载变动，供给最大效率电压。变频调速器在软件上设有5000次/秒的测控输出功能，始终保持电机的输出高效率运行。通过变频自身的V/F功能节电在保证电机输出力矩的情况下，可自动调节V/F曲线。减少电机的输出力矩，降低输入电流，达到节能状态。变频自带软启动节能在电机全压启动时，由于电机的启动力矩需要， 要从电网吸收七倍的电机额定电流，而过大的启动电流即浪费电力，对电 网的电压波动损害也很大，增加了线损和变损。采用软启动后，启动电流 可从O--电机额定电流，减少了启动电流对电网的冲击，节约了电能，也 减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命。提高功率因数节能电动机由定子绕组和转子绕组通过电磁作用而产 生力矩。绕组由于其感抗作用，对电网而言，阻抗特性呈感性，电机在运 行时吸收大量的无功功率，造成功率因数很低。采用本发明后，由于其性能已变为AC——DC AC，在整流滤波后，负载特性发生了变化。变频调速器对电网的阻抗特性呈阻性，功率因数很高，减少了无功损耗。
权利要求1、 一种抽油机专用变频器，主要包括整流滤波电路(1)， CPU (2)， IGBT 模块(3)，滤波电路(4)，回馈电路(6)和正玄波滤波电路(7)，其特征是 分别与CPU (2)连接的若干只触发极通过保护二极管连接回馈电路(6)，触发 极还通过滤波电路(4)连接电动机(5);回馈电路(6)通过正玄波滤波电路(7)连接电网；整流滤波电路(1)通过限流电阻、供电接线器连接IGBT模块 (3)。
2、 如权利要求1所述的抽油机专用变频器，其特征是:所述触发极为十二只。
3、 如权利要求1或2所述的抽油机专用变频器，其特征是:供电接线器与 IGBT模块(3)之间还连接有直流滤波器。
4、 如权利要求1或2所述的抽油机专用变频器，其特征是:所述的IGBT模 块(3)为并联的三组。
专利摘要本实用新型是一种抽油机专用变频器，分别与CPU(2)连接的若干只触发极通过保护二极管连接回馈电路(6)，触发极还通过滤波电路(4)连接电动机(5)；回馈电路(6)通过正弦波滤波电路(7)连接电网；整流滤波电路(1)通过限流电阻、供电接线器连接IGBT模块(3)。具有远程直流供电降低线损和窃电的特点，从根本上改变了抽油机的运动特性和动力特性，使抽油机-抽油杆-抽油泵达到动态协调，使有杆抽油系统和油井供液系统达到动态协调。抽油机应用变频器，既可以提高工效，增加采油量，又可以节约电能，保护电机及设备。
文档编号H02P27/06GK201022187SQ20072001773
公开日2008年2月13日 申请日期2007年1月22日 优先权日2007年1月22日
发明者傅春晓, 原玉胜, 王清富 申请人:烟台黄金电器有限公司