[发明专利]一种针对抽油机电机的调压节能控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种针对抽油机电机的调压节能控制方法，其特征在于，该方法采用的控制系统包括三相供电电源、三相晶闸管调压电路、异步电动机、抽油机负载和控制电路，其中，三相供电电源与三相晶闸管调压电路连接，三相晶闸管调压电路与异步电动机连接，异步电动机输出与抽油机负载连接，控制电路输入与异步电动机相连，控制电路输出与三相晶闸管调压电路连接；

控制电路包括模糊控制器、转速检测电路和触发电路，其中转速检测电路将检测到的异步电动机转速处理后输入至模糊控制器，模糊控制器进行模糊处理后通过触发电路控制三相晶闸管调压电路晶闸管的通断；

方法包括以下步骤：

(1)检测异步电动机的转速n_k，将转速n_k分别与同步转速n_s、额定转速n_N和空转转速n₀比较；

(2)通过异步电动机的转速n_k，判断异步电动机的工作状态，并采用不同的控制方法控制异步电动机；具体为：

(21)如果转速n_k大于额定转速n_N且小于空载转速n₀，即n_Nn_kn₀，则异步电动机处于轻载工况下；

计算转速n_k与额定转速n_N的偏差值Δn_k，Δn_k＝n_k-n_N；计算转速n_k与上个周期检测的转速n_k-1的变换值Δn'_k＝n_k-n_k-1，采用模糊控制，并通过查询模糊控制表得到这个周期关断角增量Δδ_k，其中将关断角增量Δδ_k与上个周期的关断角δ_k-1相加得到这个周期的关断角δ_k＝Δδ_k+δ_k-1，根据得到的关断角改变三相晶闸管调压电路的输出电压，从而调节异步电动机的输入电压；

(22)如果转速n_k小于等于额定转速，即n_k≤n_N，则异步电动机处于重载工况下；

每个电源周期都将三相晶闸管调压电路的关断角δ_k减小7°，直至关断角δ_k为零，此时三相晶闸管调压电路的输出电压为标准的三相工频正弦电压，从而控制异步电动机为正常供电；

(23)如果转速n_k大于等于空载转速，即n_k≥n₀，则异步电动机处于发电工况下；

将三相晶闸管调压电路的驱动信号关闭，调节三相晶闸管调压电路的输出电压为零，从而断开异步电动机的输入电压，且将断开供电标志置1；

(24)如果转速n_k大于同步转速且小于同步转速的1.05倍，即n_sn_k1.05n_s，同时检测到断开供电标志置1，则判断异步电动机处于发电工况快结束且已经断开供电；

使用断续供电控制的软投入技术，通过控制三相晶闸管调压电路的驱动信号，使异步电动机的输入电压在两相电压和三相电压之间不停变化，经过5个电源周期后恢复正常供电；

当异步电动机处在轻载工况，对异步电动机采用模糊控制；当异步电动机处在重载工况，对异步电动机采用正常供电；当异步电动机处在发电工况，对异步电动机采用断续供电控制；

模糊控制具体为：

(a)定义模糊控制器输入变化量和输出变化量

输入1为：异步电动机的转速与额定转速的偏差值Δn_k；

输入2为：异步电动机的转速与上个周期的转速变换值Δn'_k；

输出为：三相晶闸管调压电路的关断角增量Δδ_k；

(b)建立输入和输出的论域

将得到转速偏差值Δn_k和转速变换值Δn'_k除以10，对应的语言变量为和其基本论域为[-6，6]和[-12，12]；语言值为{PL，PM，PS，0，NS，NM，NL}，论域为X、Y，量化等级为13个，有：

X＝Y＝{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}；

输出变量关断角增量Δδ_k的语言变量为基本论域为[-7°，7°]；语言值为{PL，PM，PS，0，NS，NM，NL}，论域为Z，量化等级为15个，有：

Z＝{-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6，7}；

(c)计算模糊关系

通过模糊控制关系式分别计算每条模糊规则的模糊关系整个系统的控制规则的总的模糊关系为：

其中，M为模糊规则的数量；

(d)模糊判决采用最大隶属度法，通过matlab计算最终建立模糊控制查询表，通过采样计算转速偏差值和转速变换值，并通过查询表获得Δδ_k；

断续供电控制的软投入具体为：以线电压U_BC峰值点为基准延迟α₀，触发晶闸管VT3和VT2导通BC两相，此时异步电动机处于BC两相通电运行状态；当B、C相的电流I_B、I_C未过零之前，以同一U_BC峰值点为基准延迟α₁，触发晶闸管VT4导通A相，此时异步电动机处于ABC三相通电运行状态；在半个周波内，分别以U_AB和U_CA峰值点为基准延迟α₁，触发晶闸管VT6和VT5，使C相、B相电流过零关断变为两相通电后，重新变为三相运行，异步电动机在半个周波内经历BC-ABC-AB-ABC-CA-ABC的两相和三相交替通电状态；在下半周波分别以U_BC、U_AB、U_CA的负峰值点为基准延迟α₂，先后触发VT1、VT2、VT3，异步电动机在反相的半个周波内重复经历BC-ABC-AB-ABC-CA-ABC的两相与三相交替通电的状态；每半个周波给定一组新的触发角，重复上述步骤，直到最终的触发角α_n使三相晶闸管同时触发导通；设α_k＝α_k-1-α₁/6，k＝2-n，所以软投入经过5个电源周期后就能恢复正常供电。

2.根据权利要求1所述的一种针对抽油机电机的调压节能控制方法，其特征在于，三相晶闸管调压电路的A、B、C三相电路中每一相均包括一组反向并联的正向晶闸管和反向晶闸管；每一相的正向晶闸管VT1、VT3、VT5的触发信号相位相差120°，反向晶闸管VT4、VT6、VT2的触发信号相位也相差120°，而同一相中反并联的两个晶闸管触发脉冲相位相差180°，晶闸管脉冲的序列按照VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6的顺序，触发信号相位差60°。