[发明专利]带自动间抽和直接冲次控制的低功耗抽油机变频器

说明书

技术领域

本发明涉及油田抽油机控制技术领域。

背景技术

油田抽油机现在已经规模使用的变频器以降低能耗、并根据液量灵活控制采油产量，从而全面提升采油效率，降低采油成本。但目前绝大多数采用的是通用变频器。而通用变频器应用于抽油机时，首先，变频器自身具有一定规模的能耗，通常几十千瓦以下的变频器其自身功耗约占容量的3～4%，其自身功耗会抵消掉等量的调速带来的节能效果，因而使得大部分油井的能耗在较大的调速范围内降低很少甚至略有升高。

其次，通用变频器直接显示的是输出频率，调速是通过调整其输出频率的大小实现的，要调整抽油机的冲次，每次都要经过改变输出频率，人工卡秒表测量连续数个冲程的时间，计算改变后的冲次，再与所要求的冲次比较，根据差值重新改变输出频率进行测量、计算和比较，如此需要多次循环测算才逐步趋近所要求的冲次，既费时又费力。

再次，对于任何油井，在不影响产量的情形下，间抽都是较佳的节能途径，通用变频器实现间抽往往需要额外增加较昂贵的外部设施，如PLC控制器或专门的间抽控制器，并且目前的间抽定时控制都是小时量级的，在不掉产的条件下，仅适合于2吨以下产液量的油井，而无法应用到更高液量的油井。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供一种带自动间抽控制的，可以直接输入所要求的冲次而无须卡秒表人工计算的，超低功耗的抽油机变频器。

本发明主要由操控面板、控制单元、整流单元、逆变单元和报警接口组成，控制单元由主控模块、逆变调制模块、冲次变换模块和自动间抽模块组成，

所述整流单元设有与电网连接的输入端，整流单元的控制输出端连接在主控模块的输入端，整流单元的电信号输出端连接在逆变单元的一端，逆变单元设有电机供电端；逆变调制模块的控制信号输入端连接在主控模块的输出端，逆变调制模块的控制信号输出端与逆变单元的控制信号输入端连接；操控面板的输出端连接在主控模块的输入端，冲次变换模块和自动间抽模块分别与主控模块连接，在自动间抽模块的输出端设置报警接口。

自动间抽功能由控制单元中的自动间抽模块完成。通过操控面板设定间抽的启动定时常数和停止定时常数以及间抽使能常数。当启动定时常数、停止定时常数和使能常数都设定后，自动间抽模块开始“启动计时”工作，“启动定时”结束后，自动间抽模块通过主控模块自动停止变频器输出，并开始“停止计时”工作，“停止定时”结束前1分钟，报警接口输出语音报警信号，外接扬声器语音报警，“停止定时”完成后，解除语音报警，自动间抽模块通过主控模块自动启动变频器输出，开始下一个间抽循环。

直接冲次控制功能由控制单元中的冲次变换模块完成。对于相同频率（例如50Hz）的三相电源，不同的油井由于其电机极数和抽油机传动比等机械参数可能各不相同，因而冲次可能各有不同。但就同一口井而言，在电机和抽油机等机械部件不变的情形下，冲次与三相电源的频率成正比。冲次变换模块依据此原理实现。在把此变频器装到油井后，以随意的一个频率启动变频器，测量出此时的冲次，然后把该冲次通过操控面板输入到变频器，冲次变换模块会自动计算出该油井的冲次与电源频率的比例常数，并存储到非易失的存储器中。这就完成了冲次变换模块的初始化。以后任意时刻需要改变冲次时，只须在操控面板输入新的冲次数值，冲次变换模块就会自动计算出新的电源频率，并通过主控模块到逆变调制模块再到逆变单元使变频器输出该频率的三相交流电。于是抽油机就立刻以新的冲次运行。

低功耗由控制单元中的逆变调制模块实现。逆变调制模块生成逆变单元工作所需的三相PWM调制控制信号。变频器的功耗绝大部分集中在逆变单元，其中的逆变器件IGBT的饱和压降近似于一个常数V_CEO，该常数与通过其的电流的乘积就是该IGBT的饱和导通损耗。IGBT由截止到导通和由导通到截止处于放大状态，此时的损耗远大于饱和导通损耗，该损耗称为开关损耗。导通损耗和开关损耗构成逆变器件IGBT的功耗。由于PWM调制的特点，使得逆变器件始终工作于一定频率的脉冲波状态下，因而逆变单元的功耗近似正比于开关频率。然而，调制频率越高，调制品质越好，调制频率越低，调制品质越差。逆变调制模块在调制频率和调制品质间求得接近最优的平衡点，采用保证调制品质下的最低的调制频率，从而大幅降低逆变器件的开关损耗，也就是大幅降低了变频器的功耗。