CN111997569A - 一种基于变频器变速驱动游梁式抽油机的节能方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变频器变速节能技术领域，尤其涉及一种基于变频器变速驱动游梁式抽油机的节能方法，包括三项交流电、变频器、三项异步电动机和PLC控制器，所述三项交流电、变频器和三项异步电动机之间通过单向信号依次传输连接，PLC控制器与变频器之间通过双向信号传输连接，还包括整流电路模块、滤波电路模块和逆变电路模块。在游梁式抽油机配重不平衡时，通过改变变频器的输出频率，调节抽油机的运行速度，来使抽油机的配重不平衡的能量和抽油机运动的动能之间相互转换，通过抽油机系统内部解决不平衡时的能量转换问题。本发明既减少了电能的消耗，又避免了谐波的产生，并且还提高了电能的利用率。

Description

一种基于变频器变速驱动游梁式抽油机的节能方法

技术领域

本发明涉及变频器变速节能技术领域，尤其涉及一种基于变频器变速驱动游梁式抽油机的节能方法。

背景技术

目前油田大部分抽油机都采取工频直接驱动电机来驱动抽油机进行工作，抽油机的抽取速度通常由改变电机的主动轮和从动轮的大小比例关系来调节抽油的速度。因为由于抽油机的四连杆的特殊结构，当抽油机驱动电机以固定频率旋转时，抽油机带动抽油杆运动速度呈现出正弦曲线的往复运动。抽油机的曲臂上都会有配重的平衡块，来对抽油机的抽油杆的重量进行配重平衡，这样使得抽油机电能主要消耗在举升油管中的油液，此时是抽油机运行的最佳状态，能减少其他无用功的消耗。

当有些抽油井的产量不稳定，或抽油机经过作业调整泵挂深度时，会造成配重不平衡。但是这种情况又难以被发现。而且产量不稳定的抽油井又无法实时调节抽油机的配重比例，因此抽油机无法工作在最佳状态。电机在驱动抽油机时，强制使抽油机带动抽油杆呈正弦周期运动，总是有半个周期会增加电能消耗，另半个周期又会产生倒发电现象，产生的谐波严重干扰污染电网。

因此，我们提出了一种基于变频器变速驱动游梁式抽油机的节能方法用于解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于变频器变速驱动游梁式抽油机的节能方法。

一种基于变频器变速驱动游梁式抽油机的节能方法，包括三项交流电、变频器、三项异步电动机和PLC控制器，所述三项交流电、变频器和三项异步电动机之间通过单向信号依次传输连接，PLC控制器与变频器之间通过双向信号传输连接；

还包括整流电路模块、滤波电路模块和逆变电路模块，整流电路模块由VD1、VD2、VD3、VD4、VD5和VD6整流组成且与三项交流电相连接，滤波电路模块由分别并联在两个负载电阻两端的电容器C1和电容器C2，以及并联在另一个负载电阻两端的开关K组成，逆变电路模块由六组逆变单电路组成，每组逆变单电路均由并联在三极管 NPN上的二极管组成，且逆变电路模块与三项异步电动机相连接。

优选的，所述VD1、VD2、VD3、VD4、VD5和VD6均为整流二极管，且其整流后与变频器的母线通过单向信号传输连接。

优选的，所述变频器的母线电压为P与P-之间的电动势差值。

优选的，所述PLC控制器与变频器之间通过485接口连接。

优选的，与所述三极管NPN连接的二极管的两端分别与三极管 NPN的集电极c端和发射极e端相连接。

优选的，六组所述的逆变单电路分别为第一电路、第二电路、第三电路、第四电路、第五电路和第六电路。

优选的，所述第一电路和第四电路串联连接成第一单支路，第三电路和第六电路串联连接成第二单支路，第二电路和第五电路串联连接成第三单支路，第一单支路、第二单支路和第三单支路之间并联连接。

相比于现有技术，本发明的有益效果是：

在游梁式抽油机配重不平衡时，通过改变变频器的输出频率，调节抽油机的运行速度，来使抽油机的配重不平衡的能量和抽油机运动的动能之间相互转换，通过抽油机系统内部解决不平衡时的能量转换问题。本发明既减少了电能的消耗，又避免了谐波的产生，并且还提高了电能的利用率。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于变频器变速驱动游梁式抽油机的节能方法的系统结构框图；

图2为本发明提出的一种基于变频器变速驱动游梁式抽油机的节能方法的变频器整流逆变功能框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

一种基于变频器变速驱动游梁式抽油机的节能方法，包括三项交流电、变频器、三项异步电动机和PLC控制器，三项交流电、变频器和三项异步电动机之间通过单向信号依次传输连接，PLC控制器与变频器之间通过双向信号传输连接，且PLC控制器与变频器之间通过485接口连接；

还包括整流电路模块、滤波电路模块和逆变电路模块，整流电路模块由VD1、VD2、VD3、VD4、VD5和VD6整流组成且与三项交流电相连接，VD1、VD2、VD3、VD4、VD5和VD6均为整流二极管，且其整流后与变频器的母线通过单向信号传输连接，变频器的母线电压为P与 P-之间的电动势差值，滤波电路模块由分别并联在两个负载电阻两端的电容器C1和电容器C2，以及并联在另一个负载电阻两端的开关K 组成，逆变电路模块由六组逆变单电路组成，每组逆变单电路均由并联在三极管NPN上的二极管组成，该二极管并联在三极管NPN的集电极c端和发射极e端上，且逆变电路模块与三项异步电动机相连接。

其中，六组逆变单电路分别为第一电路、第二电路、第三电路、第四电路、第五电路和第六电路；第一电路和第四电路串联连接成第一单支路，第三电路和第六电路串联连接成第二单支路，第二电路和第五电路串联连接成第三单支路，第一单支路、第二单支路和第三单支路之间并联连接。

本实施例中：

三项交流电通过VD1-VD6整流后输出到变频器的母线，PLC控制器通过485接口与变频器连接，可实时读取变频器的母线电压、变频器输出的电压、电流、和功率等值。

当抽油机出现倒发电情况时，变频器的母线电压值会升高，通过读取的电流和功率值可判断抽油机做功情况，当抽油机的配置不平衡时，抽油机的运动会分成两个阶段：倒发电阶段，消耗电能大幅增加阶段。因此PLC控制器分别对两个阶段进行运动控制。

当抽油机带动抽油杆经过上死点或下死点时(上下死点即抽油机光杆运动的最高点与最低点)，抽油杆的运动发生改变，如果此时由于配重不平衡，出现倒发电情况，此时不平衡的重力势能，不能完全转换成配重另一端的重力势能，因此有一部分能量会通过电机产生倒发电情况。此时母线电压由于倒发电的情况，母线电压升高。此时，通过485接口可读取母线的电压值，当母线电压高于正常值之后，触发倒发电模式。PLC控制器通过PID算法调整增加变频器的输出频率，时母线的电压维持在一定值。此时不平衡的重力势能转换成抽油机的动能。

而当抽油机经过死点后运动方向发生变化，此时如果PLC控制器不干预运动状态，需要多余的电量来驱动不平衡的配重，将电能转换成重力势能。当PLC读取到变频器输出的功率增大时，通过PID算法减小变频器的输出频率，使变频器的输出功率维持在一个稳定的阶段，此过程可将上一阶段的动能转换为重力势能。以此控制模式为周期，抽油机往复运动，能量在抽油系统内相互转化。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于变频器变速驱动游梁式抽油机的节能方法，包括三项交流电、变频器、三项异步电动机和PLC控制器，其特征在于，所述三项交流电、变频器和三项异步电动机之间通过单向信号依次传输连接，PLC控制器与变频器之间通过双向信号传输连接；

还包括整流电路模块、滤波电路模块和逆变电路模块，整流电路模块由VD1、VD2、VD3、VD4、VD5和VD6整流组成且与三项交流电相连接，滤波电路模块由分别并联在两个负载电阻两端的电容器C1和电容器C2，以及并联在另一个负载电阻两端的开关K组成，逆变电路模块由六组逆变单电路组成，每组逆变单电路均由并联在三极管NPN上的二极管组成，且逆变电路模块与三项异步电动机相连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于变频器变速驱动游梁式抽油机的节能方法，其特征在于，所述VD1、VD2、VD3、VD4、VD5和VD6均为整流二极管，且其整流后与变频器的母线通过单向信号传输连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于变频器变速驱动游梁式抽油机的节能方法，其特征在于，所述变频器的母线电压为P与P-之间的电动势差值。

4.根据权利要求1所述的一种基于变频器变速驱动游梁式抽油机的节能方法，其特征在于，所述PLC控制器与变频器之间通过485接口连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于变频器变速驱动游梁式抽油机的节能方法，其特征在于，与所述三极管NPN连接的二极管的两端分别与三极管NPN的集电极c端和发射极e端相连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于变频器变速驱动游梁式抽油机的节能方法，其特征在于，六组所述的逆变单电路分别为第一电路、第二电路、第三电路、第四电路、第五电路和第六电路。

7.根据权利要求6所述的一种基于变频器变速驱动游梁式抽油机的节能方法，其特征在于，所述第一电路和第四电路串联连接成第一单支路，第三电路和第六电路串联连接成第二单支路，第二电路和第五电路串联连接成第三单支路，第一单支路、第二单支路和第三单支路之间并联连接。

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