专利名称：可降低高次谐波的抽油机智能控制方法
技术领域：
本发明涉及一种抽油机控制器，特别是可降低高次谐波的抽油机智能控制方法。采用三相异步电动机、多级变速电动机、永磁同步电动机为动力的抽油机。
背景技术：
目前在我国陆地石油勘探、开采行业除自喷油井外，其它油井均要采用各类电动机提供动力来抽取原油，而其中相当部分油井油质65 ,65，稠油区域式为贫油井，均需要对抽油机的冲次进行适时调整，传统方法大致为三种:一是利用多速电动机；二是更换皮带轮，费时、费力、减产；三是采用普通变频器来完成调速，造成对电网严重干扰，直接危害油井设备和电网设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单，调节方便，不会对对电网造成严重干扰，危害油井设备和电网设备的可降低高次谐波的抽油机智能控制方法。本发明的目的是这样实现的，可降低高次谐波的抽油机智能控制方法，至少包括滤波电路、直流电压电流检测电路、相位基准电路、自差相位调整电路、DSP控制电路、AC电流检测电路和SPWM单元，其特征是:SPWM单元包括:微处理器、同步方波产生器、正弦波发生器、运算器、双相性SPWM5、可控逆变桥、滤波电路、电机、电压电流传感器，微处理器与同步方波产生器的输入端口电连接，向同步方波产生器输出一个控制信号，启动同步方波产生器产生输出的方波信号，同步方波产生器分两路，一路与正弦波发生器电连接，另一路与可控逆变桥电连接；正弦波发生器输出一个频率在15 50Hz的正弦波信号，15 50Hz的正弦波信号送到运算器，运算器通过双相性SPWM5与上述的输出的方波信号一起控制可控逆变桥工作，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值，这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的高次谐波成分大为减小。所述滤波电路后分为两路，一路经SPWM单元后分路与分布式电机电连接；另一路到直流电压电流检测电路，经处理后直流电压电流检测电路分两路，一路到相位基准电路，另一路到DSP控制电路；相位基准电路一方面与AC电流检测电路电连接，用于接收AC电流检测电路检测的电机驱动回路的交流电流信号，另一方面与直流电压电流检测电路电连接，接收直流电压电流检测电路检测的滤波电路输出信号，相位基准电路通过自差相位调整电路后控制DSP控制电路进行纠正，通过隔离驱动SPWM单元，使分布式电机控制的抽油机在同一转速下，各抽油机依次差I / N冲程。相位基准电路用于根据油田丛井数量分别设定相位基准。可控逆变桥采用三相或单相整流输出的直流电源供给桥式逆变电源，控制可控逆变桥包括控制电路和逆变桥。控制电路由门集成电路⑶4081和⑶4069反相器构成，⑶4081是4个2输入与门，控制电路用了 6个2输入与门，因此，需两片⑶4081，其中两只2输入与门A和B构成方波输入和SPMM输入控制，A和B的其中一路输入连接后与SPMM负输入端连接，接收SPMM负输入端的控制，2输入与门A另一端接收SPMM正输入端的控制，2输入与门B连接方波输入；2输入与门A输出分两路，一路通过2输入与门C驱动逆变桥的左上管，另一路经⑶4069U1反相器后输入到2输入与门D的输入端，由2输入与门D驱动逆变桥的左下管；2输入与门B输出分两路，一路通过2输入与门E驱动逆变桥的右上管，另一路经⑶4069U2反相器后输入到2输入与门F的输入端，由2输入与门F驱动逆变桥的右下管。2输入与门C、D、E、F的一个输入端有一由RC构成的积分电路,用于延迟或改变逆变桥导通时间。逆变桥包括4只三极管(或MOS管)和4只二极管构成桥路，4只二极管分别并接在4只三极管的发射与集电极上，两两只三极管串联，每两只串联后，集电极接来自整流的直流正端，发射极接来自整流电路输出的直流负端，每两只串联后其中的连接点形成两个输出端与滤波电路输入电连接。二极管分别并接在4只三极管的发射与集电极上，二极管正端与发射极电连接。本发明的目的优点是:网侧整波滤波器，采用不可控整流，仅在公共直流侧集总配接一套地力滤波器，不仅改善交流侧的功率因数，降低对地网的谐波干扰，同时省去各控制柜上的整流器、滤波器，避免重复配置，降低整体造价和体积。母线整流及滤波器都就近接在变压器副边压侧。增加一套逆变系统，把过大能耗、能量回馈装置。
下面结合实施例附图对本发明作进一步说明:
图1是本发明实施例控制电原理 图2是SPWM单元电路 图3是可控逆变桥控制电路 图4是可控逆变桥逆变桥电路图。图，1、直流母线；2、滤波电路；3、直流电压电流检测电路；4、相位基准电路；5、自差相位调整电路；6、DSP控制电路；7、AC电流检测电路；8、SPWM单元；9、隔离驱动电路。图中，801、微处理器；802、同步方波产生器；803、正弦波发生器；804、运算器；805、双相性SPWM ;806、可控逆变桥；807、滤波电路；808、电机；809、电压电流传感器。
具体实施例方式如图1所示，可降低高次谐波的抽油机智能控制方法，至少包括滤波电路2、直流电压电流检测电路3、相位基准电路4、自差相位调整电路5、DSP控制电路6、AC电流检测电路7和SPWM单元8，母线直流I经滤波电路2后分为两路，一路经SPWM单元8后分路与分布式电机N1、N2、N3、NX电连接；另一路到直流电压电流检测电路3，经处理后直流电压电流检测电路3分两路，一路到相位基准电路4,另一路到DSP控制电路6 ;相位基准电路4 一方面与AC电流检测电路7电连接，用于接收AC电流检测电路7检测的电机驱动回路的交流电流信号，另一方面与直流电压电流检测电路3电连接，接收直流电压电流检测电路3检测的滤波电路2输出信号，相位基准电路4通过自差相位调整电路5后控制DSP控制电路6进行纠正，通过隔离驱动电路9驱动SPWM单元8，使分布式电机控制的抽油机在同一转速下，各抽油机依次差I / N冲程。相位基准电路4用于根据油田丛井数量分别设定相位基准。N台控制器均以共直流母线曲线为同一标准与自身冲次位置负载比较。通过自差相调整，始终动态保持丛井的井冲次位置差，使得各电动机电动式倒发电状态均衡，能量互补，降低能耗，节约电能。例:丛井有6台电机，则分别设定6台抽油机在同一转速下，各抽油机依次差I /6冲程。如图2所示，SPWM单元包括:微处理器801、同步方波产生器802、正弦波发生器803、运算器804、双相性SPWM5、可控逆变桥806、滤波电路807、电机808、电压电流传感器809，微处理器801与同步方波产生器802的输入端口电连接，向同步方波产生器802输出一个控制信号，启动同步方波产生器802产生输出的方波信号，同步方波产生器802分两路，一路与正弦波发生器803电连接，另一路与可控逆变桥806电连接；正弦波发生器803输出一个频率在15 50Hz的正弦波信号，15 50Hz的正弦波信号送到运算器804，运算器4通过双相性SPWM5与上述的输出的方波信号一起控制可控逆变桥806工作，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值，这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的高次谐波成分大为减小。可控逆变桥806采用三相或单相整流输出的直流电源供给桥式逆变电源，控制可控逆变桥806包括控制电路和逆变桥，控制电路如图3所示，它由门集成电路CD4081和⑶4069反相器构成，⑶4081是4个2输入与门，控制电路用了 6个2输入与门，因此，需两片⑶4081，其中两只2输入与门A和B构成方波输入和SPMM输入控制，A和B的其中一路输入连接后与SPMM负输入端连接，接收SPMM负输入端的控制，2输入与门A另一端接收SPMM正输入端的控制，2输入与门B连接方波输入。2输入与门A输出分两路,一路通过2输入与门C驱动逆变桥的左上管，另一路经⑶4069U1反相器后输入到2输入与门D的输入端，由2输入与门D驱动逆变桥的左下管；2输入与门B输出分两路，一路通过2输入与门E驱动逆变桥的右上管，另一路经⑶4069U2反相器后输入到2输入与门F的输入端，由2输入与门F驱动逆变桥的右下管。2输入与门C、D、E、F的一个输入端有一由RC构成的积分
电路，用于延迟或改变逆变桥导通时间。逆变电路如图4所示,逆变电路如图3所示,它包括4只三极管(或MOS管)和4只二极管构成桥路，4只二极管分别并接在4只三极管的发射与集电极上，两两只三极管串联，每两只串联后，集电极接来自整流的直流正端，发射极接来自整流电路输出的直流负端，每两只串联后其中的连接点形成两个输出端与滤波电路输入电连接。二极管分别并接在4只三极管的发射与集电极上，是正端与发射极电连接。可控逆变桥806逆变频率是15 50Hz的正弦波信号，可控逆变桥806输出15 50Hz的正弦波信号进入滤波电路807，滤波电路是LC滤波电路。由滤波电路807进行进一步滤波，然后控制电机808工作。为了获取电机808工作质量(由于电源质量引起的电机工作或网上负载引起的电网网问题)，在电机808的负载电源上有电压电流传感器809，电压电流传感器809将检测的电压或电流输送到微处理器801的A/D转换口，由微处理器801进行分析和处理，以确定调整同步方波产生器802的工作状态。微处理器801工作状态包括:开机、停机，包括改变同步方波产生器802工作状态。如同步方波产生器802频率改变，如在15 50Hz之间改变。
权利要求
1.可降低高次谐波的抽油机智能控制方法，至少包括滤波电路、直流电压电流检测电路、相位基准电路、自差相位调整电路、DSP控制电路、AC电流检测电路和SPWM单元，其特征是:SPWM单元包括:微处理器、同步方波产生器、正弦波发生器、运算器、双相性SPWM5、可控逆变桥、滤波电路、电机、电压电流传感器，微处理器与同步方波产生器的输入端口电连接，向同步方波产生器输出一个控制信号，启动同步方波产生器产生输出的方波信号，同步方波产生器分两路，一路与正弦波发生器电连接，另一路与可控逆变桥电连接；正弦波发生器输出一个频率在15 50Hz的正弦波信号，15 50Hz的正弦波信号送到运算器，运算器通过双相性SPWM5与上述的输出的方波信号一起控制可控逆变桥工作，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值，这样的电压脉冲系列可以使负载电流中的高次谐波成分大为减小。
2.根据权利要求1所述的可降低高次谐波的抽油机智能控制方法，其特征是:所述滤波电路后分为两路，一路经SPWM单元后分路与分布式电机电连接；另一路到直流电压电流检测电路，经处理后直流电压电流检测电路分两路，一路到相位基准电路，另一路到DSP控制电路；相位基准电路一方面与AC电流检测电路电连接，用于接收AC电流检测电路检测的电机驱动回路的交流电流信号，另一方面与直流电压电流检测电路电连接，接收直流电压电流检测电路检测的滤波电路输出信号，相位基准电路通过自差相位调整电路后控制DSP控制电路进行纠正，通过隔离驱动SPWM单元，使分布式电机控制的抽油机在同一转速下，各抽油机依次差I / N冲程。
3.根据权利要求1所述的可降低高次谐波的抽油机智能控制方法，其特征是:相位基准电路用于根据油田丛井数量分别设定相位基准。
4.根据权利要求1所述的可降低高次谐波的抽油机智能控制方法，其特征是:可控逆变桥采用三相或单相整流输出的直流电源供给桥式逆变电源，控制可控逆变桥包括控制电路和逆变桥。
5.根据权利要求1所述的可降 低高次谐波的抽油机智能控制方法，其特征是:控制电路由门集成电路⑶4081和⑶4069反相器构成，⑶4081是4个2输入与门，控制电路用了6个2输入与门，因此，需两片⑶4081，其中两只2输入与门A和B构成方波输入和SPMM输入控制，A和B的其中一路输入连接后与SPMM负输入端连接，接收SPMM负输入端的控制，2输入与门A另一端接收SPMM正输入端的控制，2输入与门B连接方波输入；2输入与门A输出分两路，一路通过2输入与门C驱动逆变桥的左上管，另一路经⑶4069U1反相器后输入到2输入与门D的输入端，由2输入与门D驱动逆变桥的左下管；2输入与门B输出分两路，一路通过2输入与门E驱动逆变桥的右上管，另一路经⑶4069U2反相器后输入到2输入与门F的输入端，由2输入与门F驱动逆变桥的右下管。
6.根据权利要求1所述的可降低高次谐波的抽油机智能控制方法，其特征是:2输入与门C、D、E、F的一个输入端有一由RC构成的积分电路，用于延迟或改变逆变桥导通时间。
7.根据权利要求1所述的可降低高次谐波的抽油机智能控制方法，其特征是:逆变桥包括4只三极管(或MOS管)和4只二极管构成桥路，4只二极管分别并接在4只三极管的发射与集电极上，两两只三极管串联，每两只串联后，集电极接来自整流的直流正端，发射极接来自整流电路输出的直流负端，每两只串联后其中的连接点形成两个输出端与滤波电路输入电连接。
8.根据权利要求1所述的可降低高次谐波的抽油机智能控制方法，其特征是:二极管分别并接在4只 三极管的发射与集电极上，二极管正端与发射极电连接。
全文摘要
本发明涉及一种抽油机控制器，特别是可降低高次谐波的抽油机智能控制方法。采用三相异步电动机、多级变速电动机、永磁同步电动机为动力的抽油机。包括滤波电路、直流电压电流检测电路、相位基准电路、自差相位调整电路、DSP控制电路、AC电流检测电路和SPWM单元，其特征是SPWM单元包括微处理器、同步方波产生器、正弦波发生器、运算器、双相性SPWM5、可控逆变桥、滤波电路、电机、电压电流传感器，运算器通过双相性SPWM5与上述的输出的方波信号一起控制可控逆变桥工作，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等。
文档编号H02P5/74GK103178756SQ20111042985
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者陈曦 申请人:陕西众鑫联节能新技术开发有限公司