智能抽油机控制器的研究

制 定 新 的 能 源 节 约 策 略 。为 了提 高 效 率 和 功 率 因
数 ，可 以使 用可 控硅 调 节 电压 的方法 。 图２ 示 为 电压 调 整 电路 示 意 图 。 已知 电机 参 所
数 ，功 率 因数 、 负 载 率 、晶 闸管 的触 发 角 之 间的
关 系 ，如 图３ 示 。 图 中可 以看 出 ，这 里 有一 个 最 所 佳 触 发 角 ，产 生 最 佳 的 触 发 电 压 ，以 使 功 率 因数
０ 引 言
在 石 油 工 业 中 ，抽 油机 电机 的 电 能 消 耗 约 占 石油 领域 总 电能 消耗 的４ ％。因为 抽 油机 的负载 转 ０
菖 邑
矩 随 着其 上 下 行 程 而 波 动 ，抽 油 机 电 机 的 负 载 率 周 期性 变 化 ， 而且 ， 抽 油机 电 机 需 要 一 个 大 的 起 动 转 矩 用 于 抽 油机 的操 作 需 求 。通 常 ， 抽 油机 电
自动 调整 负载 波动 的抽 油机 电机端 电压 。 ２ ）抽 油机 的 占空 比能 够 按 照 不 同油 井 的不 同 储量 的实 际情 况设 定 。
图 １ 抽 油 机 电 机 负载 转 矩 特 性 随 时 间 变 化 曲 线
频率 波 动的 。
２ ）平 均 负载 转 矩通 常 是最 大转 矩 的 １ 在贫 油 １ ３
关键词 ：抽油机 ；智能控制器 ；节能
中图分类号 ：Ｔ ７ Ｐ２ ３ 文献标识码 ：Ｂ 文章编号 ：１ ０ —０ ３ （ ０ ０ ０ — １ ３ ４ ９ １ ４ ２ １ ） ６ ０ —０ ０ ３
Ｄｏｉ １ ． ９ ９ ．ｓ ｎ． ０ －０ ４ ２ １ ０ ４ ： ３ ６ ／ｉｉｓ １ ９ １ ． ０ ６．４ ０ ０ ３ Ｏ．
一
訇 出
（ 图２ 示 ）。电机 端 子 电压 能通 过 晶 闸管触 发 如 所 角 进 行调 整 。霍 尔 电流 传 感器 用 于 检 测 软 件 启 动 器和过 载保 护时 的 电机 电流 。 零 电压检 测电路可 以检 测每相 电压 的过零 点 ， 它使 用 了同步信 号触发 电路和缺 相保护 电路 。 显示 电路用 于 显示设 定值 和系统 工作 状 态。
井 中会更 少 。
３ ）抽 油机 的 停 止位 置 能 够选 择 在 最接 近 负载 转 矩 平 均 测 量 点游 梁 摆 动 的 角 度 ， 以便 软 启 动 器 能 够进 行再 一次 的 启动 。 ４ ）抽油 机 电机 的超 载 ，丢 相 及其 他 故 障 ，能
够 被检 测 以便于 保 护 电机 。 ５ ）抽 油 机 电机 能 与 中控 计 算机 通 信 ，抽 油 机
３ ）因 为经 常 重 载 启动 ，抽 油机 电机需 要 一 个 启 动转 矩裕 量 。 由 于 上 述 规 定 和 限 制 ， 抽 油 机 电 机 的 平 均 负 载 率 仅 仅 达 ￣ ２ ％，极 少 的 富 油 井 中也 不 超 过 １０
３ ％。抽 油机 电机 的效率 和 功率 因数 非常 低 ，因 为 ０
机 的平 均 负载 率小 于额 定值 的 ３ ％，因 此电能 浪 费 ０
相当 巨大 。
蓦
簇
为 了节 约 能 源 实 现 自动 控 制 ，在 本 文 中重 点
论 述一种 抽 油机 智 能控 制器 。
智 能控 制器 具 备如 下功 能 ： ’
１ ）能 够 优化 抽 油 机 电机 的 功 率 因数 和 性 能 ，
键 盘 电 路 用 于输 入设 定 值 和 系统 必 须 的 参 数
些石油含量较少的老油井，抽油机的 占空比可
以进行调整 ，以保持最佳的系统效率和 更加节能。
（ ：占空 比、启动 时 间和控制 参数 等 ） 。 如 当 软 启动 器 失 效 或 需 要 快 速 启 动 时 可 以通 过
它 们 多数时 间在低 负载 条件 下 运行 。
按 照 抽 油 机 电 机 的 负 载 转 矩 分 析 ，我 们 能 够
电机 的运 行状 态能 被 中控计 算 机所 监控 。
１ 抽油机 电机 负载性 和节能原理
如 图 １ 示 ，很 明 显 ，抽 油机 电机 负载 转 矩 在 所
上 冲 程 和 下 冲程 之 间有 很 大 的不 同 。实 际上 ， 负 载 转 矩 在 不 同 的油 井 中特 性 并 不 相 同 ， 抽 油机 电 机 负载 转矩 有 以下 特性 ： １ ）抽 油机 电机 负载 转矩 是每 分 钟６ １次 的 — ２
接触 器直 接启动 。
、 Ｉ
ｌ 化 Ｉ ５
智 能抽 油机 控 制 器 的研 究
Ｓｔ ｄｙ ｔ ｌｇｅｎｔｃｏｎ ｒ ｌ ｏｒｏｉ ｐｕｍ ｐｉ ｇ ｕ ｏｎ ｉｅｌｉ ｔ ｏｌｅｒｆ ｌ － ｎ ｕｎｉ ｔ
高 宇
ＧＡＯ Ｙｕ
（ 沈阳职业技术学院 ，沈 阳 １ ０ ４ ） １０ ５
摘
Fra Baidu bibliotek
要 ：本 文重点论述一种智能抽油机 电机控制器 的结 构原 理。这种控制器具备节 能的特点 ，也 可以由 中控计算 机监控 。通过对 负载率 、触发角 、功率 因数等关系 的分析 ，提 出一种新 型的提高功 率因数方 案。系统分析表明 ，该控制器可 以有 效改善功 率因数和节约 能源 。
收稿 日期：２ １－ １ ５ ０ ０ ０ －２ 作者简介：高宇 （ ９ ９ ），男，沈阳人 ，副教授 ，硕士导师 ，研 究方 向为电气 自动化 。 １６ 一 第３ 卷 ２ 第６ 期 ２１— ００ ６ ｜３ ］ １３
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达 到 最 大 。在 不 同 的负 载 条件 下 保 持 功 率 因数 为 常 量 是 不可 能 的 ，为 了在 不 同负 载 转 矩下 使 功 率 因数 达 到最 大 ，我 们 必 须小 心 控 制 晶 闸 管 的触 发 角 。 当功 率 因数 增 加 时 ，效率 也 因为 定 子 电流 和 电压 改善 而提 高 。