本实用新型涉及一种游梁式抽油机节能保护装置，特别是涉及一种适应游梁式抽油机特殊负荷特性的Y/Δ(星形/三角形)自动转换节能保护控制箱。
游梁式抽油机遍及全国油田，由于抽油机是带载起动，起动扭矩很大，必须配用大容量电机才能完成起动过程。抽油机在起动之后处于稳定运转状态，又由于平衡块的惯性作用，使电机处于轻载运行状态。以8型抽油机为例，配用电机容量为30KW，但在抽油机起动之后，仅需7.5KW-10KW的电机容量就可以正常工作。因此，游梁式抽油机普遍存在“大马拉小车”的问题，电能浪费严重。由于油井出油量逐年减少，采油难度不断加大，有的油田电费支出已占原油生产总成本的1/3。
游梁式抽油机实现节能运行最经济实用的方法当属电机Y/Δ自动转换的运行方式。电机Y运行功率是Δ运行功率的1/3，完全可以满足在正常负载情况下的功率需要。但经数年实践证实，无论是Δ起动Y运行方式，还是Y/Δ自动转换节电器，都存在极易烧毁电机的弊病，所节约的电费用来维修电机，有的甚至得不偿失。究其原因：Δ起动Y运行只适应于抽油机的正常负载，但抽油机的负载不是恒定的，油井的工况随时可能发生变化而使负载加重，还有其他不确定因素可能造成负载加重，因此，极易烧毁电机；Y/Δ自动转换虽然解决了Y运行负载加重的问题，却存在因频繁转换而损坏电机和起动设备的问题。有相当数量的抽油机在上冲程时是重达6吨的平衡块下落的重力带动电动机运转，电动机不仅不消耗电能，反而处于发电状态，而在下冲程时，即平衡块向上运动时，电流较大。现有的Y/Δ自动转换节电器应用到这种工作状态的油井上，就产生上冲程时Y运行，下冲程时Δ运行。抽油机每分钟有12-18次上、下冲程，Y/Δ自动转换节电器就随着进行12-18次Y/Δ转换，在转换中产生的浪涌电流和过高的反电势，反复冲击电机绕组而造成损坏。
本实用新型的目的是要提供一种适应游梁式抽油机特殊负荷特性和工作环境的Y/Δ自动转换节能保护控制箱，实现抽油机在正常负载情况下稳定、安全地工作在Y运行状态，从根本上改变了原有产品的设计缺陷，真正起到电机节能和保护作用。
本实用新型的目的是这样实现的：由电流互感器检测正常负载情况下Δ运行的相电流，此电流是线电流的，以此为标准，设定Δ运行转Y运行的电流值；当电机Y运行转Δ运行时，由调整和指示电路增加1/5电流裕量；由于Y运行功率是Δ运行功率的1/3,Y运行电流也是Δ运行电流的1/3，因此，使Y运行电流值有较大的覆盖面。同时，Y/Δ转换设置了延时电路，保证了Y运行的稳定性。由多功能电机保护器(专利号：ZL97202799.8)保障电机安全，尤其是Y运行时电机的安全。
图1是本实用新型控制电路原理图。
图2是本实用新型外形示意图。
图3是本实用新型游梁式抽油机专用Y/Δ自动转换节电器电原理图。
图4是本实用新型安装接线示意图。
附多功能电机保护器专利说明书
参见图1、图2，本实用新型包括有箱体1、安装在箱体1上的多个指示灯2(“电源”、“Δ运行”、“Y运行”)起动按钮3、停止按钮4以及箱体1内的游梁式抽油机专用Y/Δ自动转换节电器A(含壳体及信号互感器)，A1为节电器接线插排，其中编号19、8、15为控制触点KA1的三条线，编号5、19为电源变压器初级接线；多功能电机保护器B(含壳体及三个信号互感器)，B1为保护器接线插排，其中编号10、11为控制触点KA2两条线，编号12、5为电源变压器初级接线，编号17、18为漏电互感器接线，编号20为零线，编号3接X3；B2为保护器的漏电互感器；Y/Δ起动设备包括空气开关Q、主控交流接触器KM、Δ运行交流接触器KMΔ、Y运行交流接触器KMY等。
本实用新型与电动机接线参见图4，箱体内部的接线板1，其上有X1、X2、X3、N、D1-D6十个接线柱；电动机接线柱2有D1-D6六个接线柱。3为三条电源相线，分别接X1、X2、X3；4为零线，接N；电动机接线柱D1-D6分别对应接线板上的D1-D6接线。
下面分述本实用新型控制电路和Y/Δ自动转换工作原理。(一)控制电路工作原理
参见图1，按下起动按钮ST，一方面切断KMΔ供电回路；另一方面使19#线得电，节电器开始工作，KA1吸合，KMY得电吸合，保护器的KA2接收到起动信号吸合，KM得电吸合(完成以上过程仅需1S)，控制箱进入Y起动状态，5S后节电器的KA1释放，KMY失电释放，KMΔ得电吸合，控制箱进入Δ起动状态，25S后KA1吸合，KMΔ失电释放，KMY得电吸合，电机即长期稳定的工作在Y运行状态。
当Y运行中发生油井挂腊或抽油机发生中度不平衡，使Y运行处于超载运行状态时，节电器的KA1延时60S释放，KMY失电释放，KMΔ得电吸合，电机转换为Δ运行。经洗井或重调平衡后，负载恢复正常，电机起动后即自动转换为Y运行。
抽油机在运行中发生卡泵、单臂运行、毛辫子断脱、严重不平衡等故障时，Y运行处于堵转状态，电流急剧增大，节电器转换为Δ运行需60S延时，但此时保护器检测电流已达到或超过设定的堵转保护电流值，保护器的KA2在0.5S内释放并显示和记忆“堵转”，KM失电释放，电机停止运行并切断控制回路总电源，控制电路回到初始待起动状态。实践证明，没有灵敏、可靠的多功能电机保护器相配合，难以实现游梁式抽油机Y/Δ自动转换的安全运行。(二)Y/Δ自动转换工作原理
参见图3，游梁式抽油机专用Y/Δ自动转换节电器(以下简称节电器)是由电流信号互感器及其整流、调整系统，四组运放组成的电压比较器电路，时基电路NE555，继电器KA1,Y/Δ转换延时电路，调整及Y、Δ运行指示电路组成。
继电器KA1吸合时为Y运行，释放时为Δ运行。下面详细分析在实际应用中图3的调整和Y/Δ转换的工作过程(同时参见图1)：(1)第一次起动电机前的预调整
RX--信号电压调整电位器，顺时针调到最大。
RJ--基准电压调整电位器，反时针调到最小。
这样调整使信号电压＞＞基准电压，保证了下一步在Δ运行状态下进行调整。(2)第一次起动电机后的调整方法
按下起动按钮ST后，一方面切断KMΔ供电回路；另一方面使19#线得电，节电器电源变压器得电，12V电压加到NE555的电源端8脚，由于C7、R9的充电作用，强复端4脚电压为12V并随C7充电电压的升高而下降；触发端2脚为低电平，输出端3脚置位，KA1吸合，KMY吸合，保护器的高速开关电路得到触发电压，KA2闭合，KM得电吸合，KM辅助触点自保，电机进入Y起动状态。完成这一过程的时间仅为1S，象正常起动电机那样按一下起动按钮即可。5S后，C7充电到电源电压，NE555的4脚电压为零，3脚复位，KA1释放，KMY失电释放，KMΔ得电吸合，电机进入Δ起动状态。
由于起动电机前的预调整使N1-1的6脚加上由信号互感器TA感应的高于5V的电压，而5脚仅有1V电压，故7脚输出零电平，Δ运行指示灯V1点亮；N1-3的13脚加有2.6V电压，12脚电压为零，故14脚输出零电平。NE555的4脚保持零电平，KA1保持释放状态。在这种情况下，电机一直处于Δ运行状态。接着作如下调整：顺时针调整RJ，待N1-1的5脚电压高于6脚时，7脚输出高电平，Δ运行指示灯V1熄灭；继续顺时针调整RJ，至“调整”指示灯V2点亮，调整完毕。自V1灯熄灭18S后，自动转换为Y运行。
上述调整及Δ转Y的道理如下：N1-1的7脚输出高电平(10.5V电压)，经R18对电容C6充电，18S后C6充电到3V，此电压加到N1-3的12脚，其13脚加2.6V电压，14脚输出高电平加到NE555的强复端4脚，NE555的3脚置位，KA1吸合，KMΔ失电释放，KMY得电吸合，电机Y运行。
顺时针调整RJ至V1灯熄灭，N1-1的7脚已输出高电平，再继续顺时针调整RJ至“调整”指示灯点亮的作用在于：其一避免N1-1工作于Y/Δ转换的临界状态；其二增大Y运行的电流范围。N1-1和N1-2的负输入端所加的信号电压相同；N1-1的正输入端加的是全部基准电压，而N1-2的正输入端加的是经R13、R14分压的4/5基准电压。使V2点亮，证明N1-2已输出高电平，即其3脚的4/5基准电压大于信号电压。
由Y运行自动转换为Δ运行的过程：当Y运行时负载加重，N1-1的6脚信号电压高于5脚的基准电压时，7脚输出零电平，Δ运行指示灯V1点亮。由于C6已充得的10.5V电压仍然加在N1-3的正输入端，其14脚仍然输出高电平，NE555的3脚仍然置位，继续维持Y运行。C6通过R20缓慢放电，60S后C6上的电压低于2.6V,N1-3的输出端14脚翻转为零电平，NE555的4脚电压为零，NE555的3脚复位，KA1释放，KMY失电释放，KMΔ得电吸合，电机Δ运行。
由于电动机Y运行的输出功率是额定功率的1/3，因此，当Y运行时发生卡泵、单臂运行等故障时，Y运行必然处于堵转状态。由于Y转换为Δ有60S延时，所以在Y运行尚未转换为Δ运行时，保护器已跳闸进行堵转保护，起到预报故障和保障设备安全的作用。
本实用新型的调整，只需在第一次起动电机时进行，对于同一台电机，以后使用无需再调。调整后的起动和转换到Y运行的过程如(一)控制电路工作原理所述。调整时Δ转换为Y的时间为18S，调整后起动时Δ转为Y的时间为25S。这7S的时间差在于：顺时针调整RJ至V1灯熄灭，N1-1的7脚立即输出高电平；而调整后的起动期间，N1-1的6脚信号电压高于其5脚的基准电压，因此起动期间，N1-1的7脚为零电平。抽油机在起动时，只要完成第一次下冲程运动，就完成了起动过程，因此7S后N1-1的7脚开始输出高电平。
N1-4的作用：N1-4的负输入端加有0.7V电压，正输入端加信号电压，8脚输出高电平，D5截止，保证节电器正常工作。当没有信号电压时，N1-1的7脚输出高电平，但此时N1-4的10脚电压为零，8脚输出零电平，D5导通，C6上的电压经D5放电，使N1-3零电平输出，KA1释放，只能进行Δ运行。因为在失去信号的情况下长期Y运行，如发生Y运行过载不能进行Y/Δ转换，又未达到保护器进行保护的电流值，电机可能烧毁。
当节电器损坏时，按下起动按钮ST,KA1不能吸合，KMΔ的供电回路又被切断，因此电机不能起动。这种结构使节电器具有极强的自检功能，保障了其工作的可靠性。但只要把图1的7#和6#线短接起来，就可进行Δ起动和Δ运行，以保证抽油机正常生产。
本实用新型已做出数台样机并安装到抽油机上应用，Y运行稳定，节电效果显著。其有功节电率达20％-30％，无功节电率达60％-77％。现场模拟各种故障进行破坏性试验，证明保护功能灵敏可靠。本实用新型市场广阔，极具推广应用价值。