一种用于游梁式抽油机的调压节能拖动装置的制作方法

本发明涉及电机拖动领域，具体说是一种用于游梁式抽油机的调压节能拖动装置。

背景技术：

目前油田上应用的抽油机绝大部分是游梁式抽油机，并且都配有平衡配重块。为了能顺利起动和完成抽油工作，在选配拖动装置时，必须按最大载荷选配，否则不能正常起抽。起动后正常运行时，由于游梁式抽油机载荷的特殊性，导致负载率大大降低，负载率低至10%～30%，产生“大马拉小车”现象，且这种现象普遍存在。由于负载率低，使电机综合效率低，损耗大，且功率因数低，功率因数在0.2～0.4间，这样还要增大线损。油田常用的游梁式抽油机配用的是Y280-8电机，额定功率37KW，额定电流78.2A，而实际正常起抽后工作电流只在25～40A之间。由此可见，上述常规拖动装置效率低，损耗大，这样会浪费了宝贵能源。

现在有用可控硅交流调压来解决“大马拉小车”的拖动装置。但因可控硅交流调压的输出电压调整是靠改变导通角，电压越低输出波形缺角越大。产生严重的波形畸变，因而不是正波弦，严重降低电机的输出。检测到电压虽可降低到160V左右，但对比节能效果却不明显，而且会产生大量谐波注入电网，造成严重的谐波污染。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种用于游梁式抽油机的调压节能拖动装置，能根据负载的大小自动调整电机工作电压，进而调整输出功率的节能型拖动装置，以解决油田游梁式抽油机使用的常规Y系列电机及配套常规控制设备能效低，大量电能被浪费的问题。

所述一种用于游梁式抽油机的调压节能拖动装置包括：

主控单元，实时检测调压节能拖动装置中电机的工作电流和电压，计算所述电机的工作电流和电压，用来发送拖动装置起停的控制指令和电机工作电压的调整指令；

检测单元，与主控单元相连接，用于调压节能拖动装置中电机的工作电流值和电压值进行检测；

电压调整单元，与所述主控单元连接，用于使电机绕组的工作电压范围为380V～167.5V的正弦波；

电机，与所述电压调整单元相连接，用于控制拖动装置的起停。

优选地，所述一种用于游梁式抽油机的调压节能拖动装置还包括：

人机交互单元，用于对所述检测单元检测到的电流值和电压值进行可视化显示，以及用于对所述主控单元进行控制命令的输入。

优选地，所述电压调整单元包括：

三相变压器，初级绕组具有抽头，用于改变电机的工作电压，且所需变压器的容量是所控制电机功率的8%；

电磁执行机构，根据所述控制单元发出的指令，用于控制所述三相变压器的初级绕组不同抽头分别接入三相电源及首末端接入三相电源或N线，并控制电机绕组接成角型接线或星形接线，并同时控制电机的接通与断开。

优选地，所述电机为Y系列电机。

优选地，所述三相变压器的次级绕组线圈串接在所述电机的绕组回路内。

优选地，所述三相变压器是采用同名端和异名端不同的连接法改变电压相位。

优选地，所述三相变压器初级绕组的抽头个数为2个，每个抽头引出2个引出线。

优选地，所述电磁执行机构通过接触器控制所述三相变压器的初级绕组不同抽头分别接入三相电源及首末端接入三相电源或N线，并控制电机绕组接成角型接线或星形接线，并同时控制电机的接通与断开。

本发明具有如下有益效果：

本发明在负载率低至10%～30%，不会产生“大马拉小车”现象；解决电机综合效率低，损耗大，且功率因数低的问题，同时，可以得到电机绕组的工作电压范围为380V～167.5V的正弦波，正弦波不失真；保证电机工作在最高综合效率区，从而实现电机最佳节能效果；而且不会产生谐波注入电网，避免了谐波污染。

附图说明

通过以下参考附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点更为清楚，在图例中：

图1是本发明实施例的系统示意框图；

图2是本发明实施例的主回路电气原理图。

具体实施方式

以下基于实例对本发明进行描述，但是值得说明的是，本发明并不限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也完全可以理解本发明。

此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为说明本发明的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。

同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就 是说，是“包含但不限于”的含义。

图1是本发明实施例的系统示意框图。如图1所示，一种用于游梁式抽油机的调压节能拖动装置，包括主控单元1、检测单元2、电压调整单元3、电机4、人机交互单元5和电源单元6，电源单元6为主控单元1、检测单元2、电压调整单元3、电机4和人机交互单元5进行供电。

图1中，主控单元1实时检测调压节能拖动装置中电机的工作电流和电压，计算电机4的工作电流和电压，用来发送拖动装置起停的控制指令和电机4工作电压的调整指令；检测单元2与主控单元1相连接，用于调压节能拖动装置中电机4的工作电流值和电压值进行检测；电压调整单元3与主控单元1连接，用于使电机绕组的工作电压范围为380V～167.5V的正弦波；电机4与电压调整单元3相连接，用于控制拖动装置的起停；人机交互单元5用于对检测单元2检测到的电流值和电压值进行可视化显示，以及用于对主控单元1进行控制命令的输入；电压调整单元3包括三相变压器32和电磁执行机构31，三相变压器32的初级绕组具有抽头，用于改变电机的工作电压；电磁执行机构31，根据所述控制单元发出的指令，用于控制所述三相变压器的初级绕组不同抽头分别接入三相电源及首末端接入三相电源或N线，并控制电机绕组接成角型接线或星形接线，并同时控制电机的接通与断开。

其中，三相变压器32的次级低压大电流绕组串接在电机的电源回路里，通过控制初级绕组的不同接线方式，即可降压也可升压，还可以保持输出电压和输入电压相同，即零压降；同时根据不同需要而改变电机4三相绕组的接线方式，可以是角形接线，也可以是星形接线；从而使电机绕组得到的工作电压可从380V～167.5V之间有11种不同的电压，保证Y系列电机工作在最高综合效率区，同时保证电机得到的工作电压是纯正弦波。

进一步地，通过人机交互单元5可根据具体工况设置保护值等参数，主控单元1还具有缺相、过载、三相不平衡等常规保护功能；还可设置检测单元2中电流互感器的不同变比，可适配不同功率的拖动装置，小到几千瓦 ，大至几百千瓦；三相变压器32输出电压的升或降，电机4的起停和绕组接线方式的改变，都是由主控单元1进行控制的，具体来说，主控单元1根据人工指令或者工作中检测单元2检测到电流电压值的变化，经运算后，发出相应指令，控制电磁执行机构31中接触器的闭合达到控制拖动装置的起停和调整电机的工作电压。

图2是本发明实施例的主回路电气原理图。如图2所示，并结合图1进行说明，TM1、TM2和TM3为3个图1中的三相变压器32；U，V，W为电源单元6的3个相线，N为中性线；主空气开关QF1是变压器二次级大电流以及KMY和KMΔ的开关，二次空气开关QF2是KM1～KM6的开关；接触器KM1三相触点的一侧分别接1a、1b、1c，另一侧接电源单元6的N线；接触器KM2的一侧接1a、1b、1c，另一侧分别接电源单元6的U、V、W；接触器KM3一侧分别接2a、2b、2c，另一侧接电源单元6的U、V、W；接触器KM4一侧分别接3a、3b、3c，另一侧接电源单元6的U、V、W；接触器KM5三相触点一侧分别接4a、4b、4c，对侧分别接电源单元6的U，V，W；接触器KM6三相触点分别接4a、4b、4c，对侧接电源单元6的N线；电机M绕组和接触器KMΔ的具体连接是a接y，b接z，c接x；而接触器KMY一侧分别接x、y、z，而对侧接点用短路线短接；电机M也就是图1中的电机4，电机M为Y系列电机。

三相变压器TM1、三相变压器TM2和三相变压器TM3升压或降压输出是由接触器KM1、接触器KM2、接触器KM3、接触器KM4、接触器KM5和接触器KM6的不同开闭组合来完成的。在任何状态下连接变压器部分的6台接触器都有2台而且必须有2台接触器同时工作；并且在每次启动时接触器KM1和接触器KM6必须同时闭合，即电压不升不降保证电机M全压启动。

改变电机M绕组接线方式是由接触器KM△和接触器KMY两台接触器和电机M三相绕组构成，但针对抽油机的特殊工况，每次开机时必须保证电机绕组接成角形接线，保证电机M全压启动。

进一步地，电机绕组得到的工作电压380V～167.5V的11种改变是通过以下过程做到的。送电时，接触器KM1和接触器KM6闭合，此时变压器次级输出为零，类似于电流互感器二次短接；如此时按启动按钮使接触器KMΔ闭合，电机M绕组按角形接线全压启动并工作（380±0V）；运行平稳后，控制器根据检测单元2中的电流互感器检测到的电流信号和电机M实际电压判断需降低电压，使接触器KM1断开，接触器KM△、接触器KM6和接触器KM2闭合；这时电机M每相绕组工作电压约为350V（380－17.5V）（以下简称电机电压）；接触器KM△、接触器KM6、接触器KM3闭合电机电压约为320V（380－2*17.5V）；接触器KM△、接触器KM6和接触器KM4闭合，电机电压约290V（380－3*17.5）；当接触器KM△断开和接触器KM6断开，接触器KMY、接触器KM1和接触器KM3闭合时，电机电压272.5V（220+3*17.5V）；接触器KMY、接触器KM1、接触器KM4闭合，电机电压255V（220+2*17.5V)；接触器KMY、接触器KM1和接触器KM5闭合时，电机电压237.5V（220+17.5V）；当接触器KMY、接触器KM1和接触器KM6闭合时，电机电压220V（220±0V）；接触器KMY、接触器KM6和接触器KM2闭合电机电压202.5V（220-17.5V）； 当接触器KMY、接触器KM6和接触器KM3闭合，电机电压185V（220-2*17.5V）；当接触器KMY、 接触器KM6和接触器KM4闭合时，电机电压167.5V（220-3*17.5V）。主控单元1在工作中自动根据检测到的电流值和电压值，经运算根据负载情况自动在以上11种电压之间选择最佳工作电压，保证电机M工作在最佳节能状态。

更进一步地，根据三相变压器TM1、三相变压器TM2和三相变压器TM3同名端，异名端不同的连接法可改变电压相位，进而改变电机M的工作电压。具体的说，因变三相变压器32次级低压大电流绕组线圈串接在电机M绕组回路里，如初级和次级同名端都经开关设备和电源的相线相接，那么输出电压较电源电压降低了三相变压器32次级电压输出值；反之输出电压较输入电源电压升高了三相变压器32次级电压输出电压值。本发明中在电机M角形接法时，电机M电压可是电源电压（380±0V），即变压器次级输出为零；也可以降低17.5V、2*17.5V、3*17.5V，即350V、320V、290V。若仍需降压，电机M绕组需改为星形接线，但单纯星形接法电机M每相绕组的工作电压为380/V即220V，但此时接触器KMY、接触器KM1和接触器KM3闭合，电机M绕组电压为272.5V(220+3*17.5V)；同理接触器KMY、接触器KM1和接触器KM4闭合，电机M绕组电压255V（220+2*17.5V)；接触器KMY、接触器KM1和KM5闭合，电机M绕组电压为237.5V（220+17.5V）；接触器KMY、接触器KM6和接触器KM1闭合，电机M绕组电压为220V（220±0V)；依同理接触器KMY、接触器KM6和接触器KM2闭合，电机M绕组电压202.5V（220-17.5V）；接触器KMY、接触器KM6和接触器KM3闭合，电机M绕组电压185V（220-2*17.5）；接触器KMY、接触器KM6和接触器KM4闭合，电机M绕组电压167.5V（220-3*17.5V），共计11个调压档位。

调压基础级差电压值Vjc和变压器抽头数Cts，调压档位数Dws可根据以下方法计算：Dws=3*(Cts+1)+2 ；(注Dws，Cts应为正整数)，即变压器1个抽头8个档位；2个抽头11个档位；3个抽头时14个档位。基础电压级差值Vjc=(380-220)/[Cts+2+(Cts+1)*];具体数值为变压器绕制方便可考虑适当四舍五入，如基础电压级差值为17.5V，两个抽头，即Cts=2，Vjc=17.5V，而电机M在角形接法时具体降压值应为*17.5=30V。

所需变压器额定容量的计算如下，基础级差电压值除以相电压（220V）再乘以所控电机M功率数。若电机M功率37KW，基础电压级差17.5V，故所需变压器容量S=17.5/220*37=3KW，变压器容量S/电机功率=3/37=0.081，因此所需变压器的容量只是所控制电机功率的8%。

以上所述实施例仅为表达本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。