专利名称：抽油机拖动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种拖动油田抽油机的电力传动系统，尤其是涉及按照抽油机曲柄轴的转矩变化间歇给三相交流电动机供电，消除倒拉损耗，以及大幅度降低抽油机脉动转矩峰值，降低能耗的节能抽油机拖动装置。
背景技术：
现在所使用的各种常规游粱式抽油机，其结构简单且具有优良的软换向功能，可靠性高、维修方便、适应野外现场环境等优点。在采油机械中占有举足轻重的地位，在今后相当长的时间内，仍然是油田的主要采油设备。但是，由于其机械传动和换向系统使用曲柄轴和四连杆机构，以及将平衡重设置在曲柄上，使其难以达到全平衡等因素，致使抽油机的负载特性，形成一种频繁且峰值转矩很高的，非正弦正负剧烈脉动负载，从使三相交流电动机超载运行的正向转矩峰值到曲柄轴出现负转矩的时间仅有I到2秒钟，在这个过程中，三相交流电动机要经由超载、轻载、空载和制动的运行工况，使三相交流电动机处于浪费电能的远离高效区运行。为能承受高峰值转矩的动力传递，抽油机的齿轮减速箱、换向机构等动力传动机件都设计得非常笨重，为能使这种重型设备顺利启动和通过高峰转矩点，迫使三相交流电动机的配套功率成倍增加，达到实际运行时平均所需功率的3-4倍，有些抽油机配用的三相交流电动机其名牌额定功率甚至达到了实际运行时平均所需功率的十二倍左右，从而又引发出三相交流电动机在拖过高峰转矩点后，很快出现向抽油机输出过剩能量，使传动系统的往复运动部件超速.一方面引起井下柱塞泵抽吸不满，形成半满捞现象，使泵难以发挥应有的功效，另一方面超速的同时又使大质量的往复运动部件加速度的幅值增高，惯性负载进一步增加，致使在上冲程、下冲程的尾端出现倒拉三相交流电动机，产生制动转矩，消耗掉系统的剩余动能，使得实际运行的三相交流电动机平均力能指标大幅度下降，功率因数低于O. 4，平均效率在55%左右。长期以来，各国 业界都在努力寻求克服上述缺点和不足的有效解决办法，可到目前为止，还没能有效解决这一技术难题。
发明内容
为了克服现有抽油机拖动装置的缺点和不足，本发明提供一种抽油机拖动装置，由三相交流电动机壳体、定子铁芯、三相绕组、鼠笼转子、转子轴、端盖、轴承盒、轴承、风扇、风罩、启动和运行的转换电路组成，其特征在于三相交流电动机的三相绕组尾端串联有由转速传感器和微处理器控制的、使其在每个冲程中都按照曲柄轴的转矩变化间歇向三相绕组供电的二或三相交流半导体开关。本发明抽油机拖动装置的三相交流电动机，是用高功率的△接线完成抽油机的重载启动程序后，转换到三分之一功率的Y接线运行，当三相交流电动机处于轻载并向空载过渡时，关断半导体开关、停止向三相绕组供电、使三相交流电动机无损耗，当抽油机的曲柄轴出现负转矩、倒拉三相交流电动机时，向设置在三相交流电动机后轴伸上的惯性飞轮储能，当曲柄轴出现转矩脉动峰值使转速下降时，飞轮放出动能协助三相交流电动机拖过高峰转矩，飞轮有削峰填谷、平滑脉动转矩的功能。抽油机拖动装置中启动和运行的转换电路有串联在三相交流电源与三相交流电动机三相绕组首端之间的三相交流断路器(I)、串联在三相绕组尾端与首端之间、构成三相绕组△接线启动的三相交流接触器(5)、一个三相输入端电联接在三相交流绕组尾端、其输出端三相短路的三相交流固态继电器(7)，并联在三相交流固态继电器输入端的一组三相压敏电阻出)、三相交流固态继电器(7)的控制电路端子与微处理器的输出信号端子电联接。当三相交流电动机处于轻载并向空载过渡时，停止向三相绕组供电，消除三相交流电动机的电气损耗，实现节约电能。其从属特征是1、在三相交流电动机转子轴后轴伸与风罩之间有惯性储能飞轮。2、电动机启动和运行的转换电路是由一个三相交流断路器(I)、一个三相交流接触器(5)、一个三相交流固态继电器(7)、一组三相压敏电阻(6)、一个三相多功能保护器、检测三相交流电动机转速的接近开关(8)和微处理器组成。3、后端盖(9)向三相交流电动机壳体内伸进，并与风罩是整体件。4、转速传感器使用接近开关，接近开关的检测头与转子轴前轴伸外圆之间有固定在转子轴上的编码环。5、轴承盒外侧有固定在轴承盒上测量三相交流电动机转数的接近开关。6、间歇向三相绕组供电的交流半导体开关串联在电动机三相绕组的首端。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本抽油机拖动装置主电路接线图。图2是抽油机拖动装置中在转子轴后轴伸装有大转动惯量飞轮，在前端盖装有接近开关的三相交流电动机半个外形图与半个纵剖面构造图。图3是抽油机拖动装置中三相绕组的Λ接线启动与转换到Y接线并按照曲柄轴扭矩正负脉动幅值间歇供电运行的控制电路图。图4是第二个实施例电动机三相绕组的Λ接线启动与转换到Y接线并受控间歇供电运行的控制电路图。图中1、三相交流断路器，2、三相绕组的6根引出线接线柱，3、三相交流电动机接线盒，4、三相交流接触器接线端子，5、三相交流接触器，6、压敏电阻，7、三相交流固态继电器，8、接近开关，9、三相交流电动机端盖，10、鼠笼转子，11、三相交流电动机的三相绕组，12、滚珠轴承，13、风扇，14、储能飞轮，15、飞轮轴套压盖，16、风罩，17、三相交流电源的B相，18、停机按钮，19、单相断路器，20、启动按钮，21、三相交流接触器(5)上的常开触点，22、中间继电器(28)的触点，23、延时继电器，24、延时继电器内的触点，25、整流器(34)的直流负极，26.中间继电器(28)内的触点，27、三相交流固态继电器(7)的直流控制信号正负极端子，28.中间继电器，29.三相交流接触器上的常闭触点，30、控制固态继电器(7)导通和关断用的j2信号继电器，31.抽油机启动后运行 到接近空载时，使绕组由Λ接线转换为Y接线运行的jl控制信号继电器，32、中间继电器(28)内的触点，33.整流器(34)的直流输出正极，34、24V单相整流器、35、变压器24V交流绕组接线端子，36、接三相电源的A相37、控制三相交流固态继电器(7)使其导通的jl控制信号继电器，38、控制三相交流固态继电器(7)使其关断的j2信号继电器，39、供电电网停电后再来电时，自行启动抽油机的KK开关，40、轴承盒，41、转子轴。
具体实施例方式在图2中接近开关(8)固定安装在前端盖轴承盒(40)外侧，并在接近开关(8)的检测头与转子轴(41)外圆表面对应的位置加工一个或两个宽度为二倍检测头直径的轴向沟槽或较浅的圆孔，在三相交流电动机后端盖外侧的转子轴后轴伸上，用防转动的平键固定安装带有风扇(13)的惯性储能飞轮(14)，并用螺钉将飞轮轴套压盖(15)固定在转子轴的后端面，然后将风罩安装在二相交流电动机壳体后端或后端盖上。在图1中，三相交流断路器(I)，三相交流电动机接线盒(3)内部的6根引出线接线柱(2)、三相交流接触器(5)、压敏电阻(6)、三相交流固态继电器(7)按图1的主电路回路电联接。在图3中，停机按钮(18)、启动按钮(20)、三相交流接触器(5)中的电磁线圈、中间继电器(28)的触点顺序电联接，首端接到三相交流断路器⑴的B相(17)，尾端接地线，在启动按钮两端并联三相交流接触器常开触点(21)和延时继电器(23)及自启动用的触点
(24)，在需要停电后，来电时自启动抽油机，就将单相断路器(19)合闸。否则应断开，切除自启动电路延时继电器(23)和触点(24)。抽油机是一种重载启动，轻载运行的设备，在正常运行时，其所需的平均运行功率只有配用的三相交流电动机功率的20% -30%，当拖动装置把抽油机启动到运行状态，电动机的转差率S小于1%时，jl信号继电 器(31)吸合，中间继电器(28)中的触点(22)断开，使三相交流接触器(5)释放，触点(26)将三相交流固态继电器(7)的触发回路接通，将电动机绕组由Λ接线转换成低功率的Y接线运行。由于在启动过程中三相交流电动机向抽油机传递能量过剩，此刻抽油机出现加速运行状态，待将启动时储存的过剩能量消耗掉，变成减速运行并使三相交流电动机转差率S大于2%时,j2信号继电器(30)吸合,使三相交流固态继电器(7)导通,三相交流电动机在三分之一功率下用软特性拖动抽油机和飞轮平稳运行，待拖动到上冲程的60 % -70 %时，曲柄轴出现转矩脉动峰值，使软特性的三相交流电动机滑差增大，飞轮释放出动能协助三相交流电动机拖过脉动峰值。
权利要求
1.一种抽油机拖动装置，由三相交流电动机壳体、定子铁芯、三相绕组、鼠笼转子、转子轴、端盖、轴承盒、轴承、风扇、风罩、启动和运行的转换电路组成，其特征在于三相交流电动机的三相绕组尾端串联有由转速传感器和微处理器控制的、使其在每个冲程中都按照曲柄轴的转矩变化间歇向三相绕组供电的二或三相交流半导体开关。
2.根据权利要求1所述的抽油机拖动装置，其特征在于在三相交流电动机转子轴后轴伸与风罩之间有惯性储能飞轮。
3.根据权利要求1所述的抽油机拖动装置，其特征在于电动机启动和运行的转换电路是由一个三相交流断路器(I)、一个三相交流接触器(5)、一个三相交流固态继电器(7)、 一组三相压敏电阻(6)、一个三相多功能保护器、检测三相交流电动机转速的接近开关(8) 和微处理器组成。
4.根据权利要求1所述的抽油机拖动装置，其特征在于后端盖(9)向三相交流电动机壳体内伸进，并与风罩是整体件。
5.根据权利要求1所述的抽油机拖动装置，其特征在于转速传感器使用接近开关，接近开关的检测头与转子轴前轴伸外圆之间有固定在转子轴上的编码环。
6.根据权利要求1所述的抽油机拖动装置，其特征在于轴承盒外侧有固定在轴承盒上测量三相交流电动机转速的接近开关。
7.根据权利要求1所述的抽油机拖动装置，其特征在于间歇向三相绕组供电的交流半导体开关串联在电动机三相绕组的首端。
全文摘要
一种抽油机节能拖动装置，由三相交流电动机壳体、定子铁芯、三相绕组、鼠笼转子、及启动和运行的转换电路组成。其特征电动机的三相绕组尾端串联有由转速传感器和微处理器控制的、使其在每个冲程中都按照曲柄轴转矩变化、间歇向三相绕组供电的三相交流半导体开关。本抽油机拖动装置的三相交流电动机，是用Δ接线完成抽油机启动程序后，转换到Y接线运行，当电动机处于轻载并向空载过渡时关断半导体开关，使电动机不通电无损耗，当抽油机倒拉电动机时，向设置在电机后轴伸上的惯性飞轮储能，当曲柄轴出现转矩脉动峰值使转速下降时，飞轮放出动能、协助电动机拖过高峰负载转矩，飞轮能削峰填谷、平滑脉动转矩，使抽油机节能。
文档编号H02K7/02GK103051256SQ201210381209
公开日2013年4月17日 申请日期2012年9月19日 优先权日2011年10月13日
发明者江允良 申请人:毕严富