[实用新型]基于TSC与PWM斩波技术的抽油机综合节能控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于TSC与PWM斩波技术的抽油机综合节能控制装置，属于石油机械设备技术领域。 

背景技术

我国油田多为低渗透油田，不像中东油田那样，拥有很强大的自喷射能力。采集时需要向底层中注水，压油入井，然后通过抽油机把油从底层中提出来，实现以水换油。在石油开采中，电费成本所占比例很高，而抽油机的电能消耗是其中最重要的一部分。带动游梁式抽油机转动的三相电机，其起动转矩较大，启动后负荷较轻，因而造成电机功率因数极低，电机效率浪费严重，据统计我国抽油机电机效率为25.96%，年节能潜力可达几十亿度。 

发明内容

本实用新型的目的在于解决上述现有技术存在的不足之处，提供一种基于TSC与PWM斩波技术的抽油机综合节能控制装置，该装置可有效提高抽油机的效率及电网功率因数，节约能源。 

本实用新型是通过以下技术方案来实现的： 

基于TSC与PWM斩波技术的抽油机综合节能控制装置，其特殊之处在于包括微控制器1，与微控制器1通讯连接有HMI模块2、电能质量检测模块3、用于控制电动机端电压的PWM斩波控制模块4、数据存储模块5和无功补偿控制模块6；

微控制器1的主控板上设有：

主控模块：即主控制器及其最小系统，用于与电能质量检测模块3通讯，计算电网无功，计算电动机负荷率，通过PID控制PWM斩波控制模块4，调节电动机端电压，使电机始终保持在高效率运行；

HMI模块：包括RS232通讯电路，触摸屏控制电路，用于实现人机交换功能，显示电网各项数据，如电压、电流、功率因数；

电能质量检测模块：包括电压、电流信号采集电路，信号变换电路，SPI通讯电路，用于对从互感器输出的小信号进行计算，检测电网的电能质量数据，包括电压，电流，有功，无功，功率因数等。电能质量检测模块通过IA-IC端子检测系统输入的电流，UA-UC端子检测系统的输入电压，通过计算得出有功与无功并得出功率因数，再通过SPI通讯与微控制器1通讯，将数据传回微控制器1；

无功补偿控制模块：包括输出锁存器及固态继电器驱动电路，用于对固态继电器及电容构成的补偿电路的驱动及控制，投切指令由微控制器1发出；

PWM斩波控制模块：包括信号放大电路，IGBT驱动电路，过流保护电路，阻容吸收电路，死区控制电路），用于驱动PWM斩波电路中主回路IGBT与续流管，微控制器1产生两路互补信号通过PWM斩波控制模块4，驱动电路中的功率器件,此信号通过放大后驱动三相IGBT及续流IGBT，通过改变信号的占空比使控制器的输出电压从0-380V变化；

数据存储模块，包括铁电存储芯片，IIC通讯驱动电路，通过IIC总线形式连接到微控制器1，通过HMI模块2向其写入刷新数据。用于将HMI模块中用户设置的相关参数及系统参数保存以便系统重新上电后主控模块可以直接调用数据。

所述微控制器1是LPC1766的最小控制系统。 

所述微控制器1为嵌入式微控制器。 

本实用新型有益效果：通过对电网中电能质量数据的检测判断抽油机的负荷率，根据负荷率实时调节电动机的端电压从而改变电动机的输出转矩，使电动机运行在效率最高点上，同时根据抽油机负荷成周期性变化和无功变化比较快的特点，采用TSC动态无功补偿提高电网功率因数，此装置既可提高电动机的工作效率又能提高电网的品质。

附图说明 

图1：本实用新型基于TSC与PWM斩波技术的抽油机综合节能控制装置的逻辑图；

图2：微控制器的最小控制系统电路原理图；

图3：电能质量检测模块的电路原理图；

图4：PWM斩波控制模块电路原理图；

图5：HMI模块的通讯电路原理图；

图6：补偿投切控制模块的电路原理图。

具体实施方式 

以下参考附图给出本实用新型的具体实施方式，用来对本实用新型做进一步的说明。

实施例1 

基于TSC与PWM斩波技术的抽油机综合节能控制装置，包括嵌入式微控制器1，嵌入式微控制器1通讯连接有HMI模块2、电能质量检测模块3、用于控制电机端电压的PWM斩波控制模块4、数据存储模块5和无功补偿控制模块6。

嵌入式微控制器1的主控板上设有：