专利名称：一种螺杆泵井抽油杆防反转电磁制动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种应用于油田螺杆泵上的地面驱动配套装置，尤其是涉及一种防止抽油杆在停转后反转的制动装置。
背景技术：
目前螺杆泵井抽油杆地面驱动装置中解决油抽杆反转问题采用的是在井口安装棘轮棘爪机械式结构，但是这种防反转装置存在如下问题一是螺杆泵停止时棘轮棘爪工作，抽油杆由正常运转状态突然变为静止状态，杆、管承受较高的冲击载荷，杆、管使用寿命受到影响。二是棘轮棘爪受材质等因素影响存在安全隐患。三是在日常生产管理中停机维护时抽油杆储存的动能没有完全释放，当解除棘轮棘爪限位时，动能释放，抽油杆反转，易发生安全事故。
实用新型内容为了解决现有螺杆泵井抽油杆地面驱动装置防止抽油杆反转时采用棘轮、棘爪机械式结构容易损害抽油杆、管寿命以及存在安全隐患的问题，本实用新型提供一种新型的螺杆泵井抽油杆防反转装置，该种装置采用电磁制动能够在30秒钟的时间内使电磁转矩逐渐减少，从而把因传动杆变形产生的扭矩逐渐缓解和释放，具有不损害抽油杆寿命、制动安全准确的特点。
本实用新型的技术方案是该种螺杆泵井抽油杆防反转电磁制动装置，位于一个驱动器壳体中。在这个驱动器壳体内，由下列单元组成螺杆泵井抽油杆防反转电磁制动装置，这些单元分别为单片机控制单元、IGBT驱动单元以及变频调速单元。
其中单片机控制单元主要由单片机构成，其上的四个信号输入端分别接收来自于螺杆泵井停转按钮、螺杆泵直流电动机上三个光电式位置传感器H1、H2、H3传来的信号。
变频调速单元由六组绝缘栅极双极型晶体管组成，此六组绝缘栅极双极型晶体管连接成三相全波整流电路，其三相引出端作为引出制动器壳体外的螺杆泵直流电动机驱动端。
IGBT驱动单元由六组TLP250型IGBT驱动电路组成，每组的驱动信号输入端连接到单片机控制单元中单片机的相应输出端，每组的IGBT驱动信号输出端连接到变频调速单元中相应绝缘栅极双极型晶体管的导通触发控制端。
本实用新型具有如下有益效果由于采取上述方案后，在需要停机时，在单片机的控制作用下，变频调速单元从速度控制状态变为转矩控制状态，在30秒内电磁转矩逐渐减少，把传动杆变形产生的扭矩逐渐缓解和释放，由此减少了冲击载荷，延长了抽油杆、抽油管的使用寿命。此外，应用本方案后，取消了原有的棘轮棘爪机械式防反转结构，简化了井口设计，提高了运行安全系数。
附图1是本实用新型的组成示意图。
附图2是本实用新型应用于螺杆泵电动机后的主电路接线图。
U1-单片机控制单元，U2-IGBT驱动单元，U3-变频调速单元。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明由图1所示，该种螺杆泵井抽油杆防反转电磁制动装置，包括一个驱动器壳体，在这个驱动器壳体内由下列单元组成螺杆泵井抽油杆防反转电磁制动装置，这些单元分别为单片机控制单元U1、IGBT驱动单元U2以及变频调速单元U3。
其中单片机控制单元U1主要由单片机构成，在这里，可以选用89C52型单片机。89C52型单片机上的四个信号输入端分别接收来自于螺杆泵井停转按钮、螺杆泵直流电动机上三个光电式位置传感器H1、H2、H3传来的信号，我们这里所述的光电式位置传感器H1、H2、H3是指安装在螺杆泵直流电动机定子内以感知转子位置的光电式传感器，当电动机转子旋转时，光电式位置传感器H1、H2、H3不断导通和截止，这些信号通过P011、P012、P013传输给单片机89C52。
变频调速单元U3由六组绝缘栅极双极型晶体管组成，此六组绝缘栅极双极型晶体管连接成三相全波整流电路，其三相引出端作为引出驱动器壳体外的螺杆泵直流电动机驱动端。
IGBT驱动单元U2由六组TLP250型IGBT驱动电路组成，每组的驱动信号输入端连接到单片机控制单元中单片机的相应输出端，每组的IGBT驱动信号输出端连接到变频调速单元中相应绝缘栅极双极型晶体管的导通触发控制端。
选用TLP250驱动IGBT进行直流电机换相、调速控制。绝缘栅极双极型晶体管IGBT的栅极驱动电压一般为15V，关断负偏置电压为5V，TLP250内部通过光电耦合实现控制电路与主电路隔离。控制直流电动机时必须知道转子的位置，直流电机中采用了三个光电式位置传感器，随着电机转子的旋转，光电传感器H1、H2、H3不断轮流导通和截止，这些信号通过PO11、PO12、PO13口传输给单片机89C52，单片机输出端1、2、3、4、5、6脚送出相应的控制电平，IGBT驱动电路TLP250内部的光电偶合电路的3脚接收到一个低电平时，IGBT的栅极驱动电压近似为15V，该路IGBT导通。反之3脚接收到一个高电平时，IGBT的栅极驱动电压近似为-5V，该路IGBT截止。六只IGBT驱动电路TLP250随着输入电平变化、输入时间间隔变化，可以控制各个IGBT的开断，从而实现转速的监测和调整。当按下螺杆泵停转按钮后，由单片机发出停机指令，在程序控制下，六个输出端不断延长IGBT的开断间隔和不断降低控制电平，电机输出转矩不断降低，当低于抽油杆反转动能产生的反作用转矩时，抽油杆在电机转矩控制下开始反转，经30秒的时间，IGBT完全截止，抽油杆动能释放完毕停止，实现带电停机。
本种装置可以很好的解决在电网工作正常时的制动问题，但如果在电网整体失电时，它就难以发挥电磁制动的作用。对于这一问题的解决，采用图2中所示的在螺杆泵驱动电动机的主回路中增加制动电阻的方案，这样，当停机程序完成而抽油杆扭矩没有释放完毕产生反转时，电动机就转换成发电机，产生了感生电动势，制动器内的单片机就会收到反转信号，如果反转速度过高，则制动电阻被接通，从而实现制动。
当电网断电时，控制电路继电器主触点断开切断驱动器电路，辅助触点闭合接入制动电阻，此时螺杆泵抽油杆在弹性动能的作用下将产生高速反转，电机处于发电状态，电机绕组通过制动电阻产生制动电流，使电机反转速度降低，电机控制抽油杆反转转速，抽油杆反转动能缓慢释放，直到完全停止。
权利要求1.一种螺杆泵井抽油杆防反转电磁制动装置，包括一个驱动器壳体，其特征在于所述驱动器壳体内由下列单元组成螺杆泵井抽油杆防反转电磁制动装置，分别为单片机控制单元(U1)、IGBT驱动单元(U2)以及变频调速单元(U3)；其中单片机控制单元(U1)主要由单片机构成，其上的四个信号输入端分别接收来自于螺杆泵井停转按钮、螺杆泵直流电动机上三个光电式位置传感器H1、H2、H3传来的信号；变频调速单元(U3)由六组绝缘栅极双极型晶体管组成，此六组绝缘栅极双极型晶体管连接成三相全波整流电路，其三相引出端作为引出驱动器壳体外的螺杆泵直流电动机驱动端；IGBT驱动单元(U2)由六组TLP250型IGBT驱动电路组成，每组的驱动信号输入端连接到单片机控制单元中单片机的相应输出端，每组的IGBT驱动信号输出端连接到变频调速单元中相应绝缘栅极双极型晶体管的导通触发控制端。
2.根据权利要求1所述的一种螺杆泵井抽油杆防反转电磁制动装置，其特征在于所述单片机控制单元(U1)中的单片机为89C52型。
专利摘要一种应用于油田螺杆泵上的地面驱动配套装置。主要解决现有螺杆泵井防止抽油杆反转时采用棘轮、棘爪机械式结构易损害抽油杆寿命以及存在安全隐患的问题。其特征在于电磁制动装置由驱动器壳体内的单片机控制单元(U1)、IGBT驱动单元(U2)以及变频调速单元(U3)构成，IGBT驱动单元(U2)由六组TLP250型IGBT驱动电路组成，每组的驱动信号输入端连接到单片机控制单元中单片机的相应输出端，每组的IGBT驱动信号输出端连接到变频调速单元中相应绝缘栅极双极型晶体管的导通触发控制端，变频调速单元(U3)的三相引出端作为螺杆泵直流电动机驱动端。该种装置能够把因传动杆变形产生的扭矩逐渐释放，具有不损害抽油杆寿命、制动安全准确的特点。
文档编号H02P3/18GK2919687SQ20062011855
公开日2007年7月4日 申请日期2006年6月12日 优先权日2006年6月12日
发明者徐国民, 魏显峰, 李云飞, 王庆杰 申请人:大庆油田有限责任公司