[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

说明书

本发明公开了一种针对抽油机电机的调压节能控制系统及控制方法，系统包括供电电源、调压电路、异步电动机、抽油机负载和控制电路，供电电源与调压电路连接，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，控制电路输出与调压电路连接。当异步电动机运行在轻载工况时，采用模糊控制降低异步电动机的输入电压；当异步电动机运行在发电工况附近时，采用断续供电控制断开异步电动机的输入电压；当异步电动机运行在重载工况时，对异步电动机采用工频正弦电压正常供电。本发明能够针对抽油机不同的运行情况，通过调节异步电动机的输入电压，降低异步电动机的损耗，从而更好地实现节能减排，且不增加成本。

技术领域

本发明属于电机控制领域，涉及一种针对抽油机电机的调压节能控制系统及控制方法。

背景技术

世界各国都普遍重视能源的高效利用和节能减排的工作，当前我国的大部分工况生产都是由异步电动机来拖动负载。对于风机水泵类的负载，变频调速技术是一种有效的节能途径，但是对于在油田采油作业中的周期性变工况势能负载，变频调速并不能很好适用。

目前油田大量使用游梁式抽油机进行采油作业，由异步电动机带动运行。由于抽油机的负载启动比较困难，所以采用的异步电动机的额定功率一般都会显著大于实际运行的功率，造成“大马拉小车”的现象比较严重。抽油机的冲次一般在每分钟3到10次，一个工作循环的周期在6到20秒之间。异步电动机带动抽油机驴头向上运动的抽油过程称为上冲程，此时异步电动机运行在电动工况；异步电动机带动驴头向下运动的抽油过程称为下冲程，如果驴头的下落拖动异步电动机的转速超过异步电动机的同步转速，此时机械力矩转为驱动转矩，电磁转矩为负，异步电动机运行在发电工况。根据抽油机的工作原理，异步电动机还会出现若干重载、轻载和空载工况。由此可知在一个工作周期中异步电动机的运行工况在重载、轻载、空载、发电之间不断变化，其中相当大的部分时间处于空载、轻载和发电工况下。

已知异步电动机的损耗和异步电动机的输入电压和负载转矩有关，在满足转矩平衡的条件下，异步电动机的输入电压越小，异步电动机的损耗会越少。如果异步电动机输入电压降为零，此时异步电动机的所有损耗都为零。由于抽油机的异步电动机“大马拉小车”的情况严重，且异步电动机相当大的部分时间处于空载、轻载和发电工况下，所以可以根据负载转矩的变化，相应的降低异步电动机的输入电压，减少异步电动机的损耗。

对于周期性变工况负载，目前一般采用的调压节能方法有三种：

(1)星角变换控制

抽油机电动机启动时绕组采用三角型连接，当周期性负载正常运行时负载机械功率的最大值小于星接的最大电磁功率，可以控制绕组转换为星型接法，其不变损耗降为原来的1/3。

(2)最优调压控制

最优调压控制可以通过控制器实时跟踪负载和工况的变化，根据检测到的输入量(输入功率、负载转矩或者转速)，利用电力电子器件实现对电源电压的变换和调节。

(3)断续供电控制

对于游梁式抽油机这种变工况势能负载，其发电工况和控制工况是由势能块的下落和惯性带来的，期间不需要电源提供功率。在发电工况和空载工况期间断电运行，异步电动机和供电线路将没有损耗，在动能释放完毕的恰当时刻可以重新控制通电运行。

发明内容

发明目的：为解决现有技术的不足，本发明提供一种针对抽油机电机的调压节能控制系统及控制方法，能够根据抽油机负载的变化，动态调节异步电动机的输入电压，使异步电动机的功率降低，损耗减少。与基于模糊控制的调压节能技术相比，该方法能够在抽油机的发电工况更好的减少损耗；与基于断续供电控制的调压节能技术相比，该方法能够在抽油机的发电工况之外调节电压，减少异步电动机的损耗。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：