本發(fā)明涉及電機(jī)拖動領(lǐng)域，具體說是一種用于游梁式抽油機(jī)的調(diào)壓節(jié)能拖動裝置。

背景技術(shù)：

目前油田上應(yīng)用的抽油機(jī)絕大部分是游梁式抽油機(jī)，并且都配有平衡配重塊。為了能順利起動和完成抽油工作，在選配拖動裝置時，必須按最大載荷選配，否則不能正常起抽。起動后正常運(yùn)行時，由于游梁式抽油機(jī)載荷的特殊性，導(dǎo)致負(fù)載率大大降低，負(fù)載率低至10%～30%，產(chǎn)生“大馬拉小車”現(xiàn)象，且這種現(xiàn)象普遍存在。由于負(fù)載率低，使電機(jī)綜合效率低，損耗大，且功率因數(shù)低，功率因數(shù)在0.2～0.4間，這樣還要增大線損。油田常用的游梁式抽油機(jī)配用的是Y280-8電機(jī)，額定功率37KW，額定電流78.2A，而實際正常起抽后工作電流只在25～40A之間。由此可見，上述常規(guī)拖動裝置效率低，損耗大，這樣會浪費了寶貴能源。

現(xiàn)在有用可控硅交流調(diào)壓來解決“大馬拉小車”的拖動裝置。但因可控硅交流調(diào)壓的輸出電壓調(diào)整是靠改變導(dǎo)通角，電壓越低輸出波形缺角越大。產(chǎn)生嚴(yán)重的波形畸變，因而不是正波弦，嚴(yán)重降低電機(jī)的輸出。檢測到電壓雖可降低到160V左右，但對比節(jié)能效果卻不明顯，而且會產(chǎn)生大量諧波注入電網(wǎng)，造成嚴(yán)重的諧波污染。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種用于游梁式抽油機(jī)的調(diào)壓節(jié)能拖動裝置，能根據(jù)負(fù)載的大小自動調(diào)整電機(jī)工作電壓，進(jìn)而調(diào)整輸出功率的節(jié)能型拖動裝置，以解決油田游梁式抽油機(jī)使用的常規(guī)Y系列電機(jī)及配套常規(guī)控制設(shè)備能效低，大量電能被浪費的問題。

所述一種用于游梁式抽油機(jī)的調(diào)壓節(jié)能拖動裝置包括：

主控單元，實時檢測調(diào)壓節(jié)能拖動裝置中電機(jī)的工作電流和電壓，計算所述電機(jī)的工作電流和電壓，用來發(fā)送拖動裝置起停的控制指令和電機(jī)工作電壓的調(diào)整指令；

檢測單元，與主控單元相連接，用于調(diào)壓節(jié)能拖動裝置中電機(jī)的工作電流值和電壓值進(jìn)行檢測；

電壓調(diào)整單元，與所述主控單元連接，用于使電機(jī)繞組的工作電壓范圍為380V～167.5V的正弦波；

電機(jī)，與所述電壓調(diào)整單元相連接，用于控制拖動裝置的起停。

優(yōu)選地，所述一種用于游梁式抽油機(jī)的調(diào)壓節(jié)能拖動裝置還包括：

人機(jī)交互單元，用于對所述檢測單元檢測到的電流值和電壓值進(jìn)行可視化顯示，以及用于對所述主控單元進(jìn)行控制命令的輸入。

優(yōu)選地，所述電壓調(diào)整單元包括：

三相變壓器，初級繞組具有抽頭，用于改變電機(jī)的工作電壓，且所需變壓器的容量是所控制電機(jī)功率的8%；

電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)，根據(jù)所述控制單元發(fā)出的指令，用于控制所述三相變壓器的初級繞組不同抽頭分別接入三相電源及首末端接入三相電源或N線，并控制電機(jī)繞組接成角型接線或星形接線，并同時控制電機(jī)的接通與斷開。

優(yōu)選地，所述電機(jī)為Y系列電機(jī)。

優(yōu)選地，所述三相變壓器的次級繞組線圈串接在所述電機(jī)的繞組回路內(nèi)。

優(yōu)選地，所述三相變壓器是采用同名端和異名端不同的連接法改變電壓相位。

優(yōu)選地，所述三相變壓器初級繞組的抽頭個數(shù)為2個，每個抽頭引出2個引出線。

優(yōu)選地，所述電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過接觸器控制所述三相變壓器的初級繞組不同抽頭分別接入三相電源及首末端接入三相電源或N線，并控制電機(jī)繞組接成角型接線或星形接線，并同時控制電機(jī)的接通與斷開。

本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明在負(fù)載率低至10%～30%，不會產(chǎn)生“大馬拉小車”現(xiàn)象；解決電機(jī)綜合效率低，損耗大，且功率因數(shù)低的問題，同時，可以得到電機(jī)繞組的工作電壓范圍為380V～167.5V的正弦波，正弦波不失真；保證電機(jī)工作在最高綜合效率區(qū)，從而實現(xiàn)電機(jī)最佳節(jié)能效果；而且不會產(chǎn)生諧波注入電網(wǎng)，避免了諧波污染。

附圖說明

通過以下參考附圖對本發(fā)明實施例的描述，本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點更為清楚，在圖例中：

圖1是本發(fā)明實施例的系統(tǒng)示意框圖；

圖2是本發(fā)明實施例的主回路電氣原理圖。

具體實施方式

以下基于實例對本發(fā)明進(jìn)行描述，但是值得說明的是，本發(fā)明并不限于這些實施例。在下文對本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。然而，對于沒有詳盡描述的部分，本領(lǐng)域技術(shù)人員也完全可以理解本發(fā)明。

此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，所提供的附圖只是為說明本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點，附圖并不是實際按照比例繪制的。

同時，除非上下文明確要求，否則整個說明書和權(quán)利要求書中的“包括”、“包含”等類似詞語應(yīng)當(dāng)解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就 是說，是“包含但不限于”的含義。

圖1是本發(fā)明實施例的系統(tǒng)示意框圖。如圖1所示，一種用于游梁式抽油機(jī)的調(diào)壓節(jié)能拖動裝置，包括主控單元1、檢測單元2、電壓調(diào)整單元3、電機(jī)4、人機(jī)交互單元5和電源單元6，電源單元6為主控單元1、檢測單元2、電壓調(diào)整單元3、電機(jī)4和人機(jī)交互單元5進(jìn)行供電。

圖1中，主控單元1實時檢測調(diào)壓節(jié)能拖動裝置中電機(jī)的工作電流和電壓，計算電機(jī)4的工作電流和電壓，用來發(fā)送拖動裝置起停的控制指令和電機(jī)4工作電壓的調(diào)整指令；檢測單元2與主控單元1相連接，用于調(diào)壓節(jié)能拖動裝置中電機(jī)4的工作電流值和電壓值進(jìn)行檢測；電壓調(diào)整單元3與主控單元1連接，用于使電機(jī)繞組的工作電壓范圍為380V～167.5V的正弦波；電機(jī)4與電壓調(diào)整單元3相連接，用于控制拖動裝置的起停；人機(jī)交互單元5用于對檢測單元2檢測到的電流值和電壓值進(jìn)行可視化顯示，以及用于對主控單元1進(jìn)行控制命令的輸入；電壓調(diào)整單元3包括三相變壓器32和電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)31，三相變壓器32的初級繞組具有抽頭，用于改變電機(jī)的工作電壓；電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)31，根據(jù)所述控制單元發(fā)出的指令，用于控制所述三相變壓器的初級繞組不同抽頭分別接入三相電源及首末端接入三相電源或N線，并控制電機(jī)繞組接成角型接線或星形接線，并同時控制電機(jī)的接通與斷開。

其中，三相變壓器32的次級低壓大電流繞組串接在電機(jī)的電源回路里，通過控制初級繞組的不同接線方式，即可降壓也可升壓，還可以保持輸出電壓和輸入電壓相同，即零壓降；同時根據(jù)不同需要而改變電機(jī)4三相繞組的接線方式，可以是角形接線，也可以是星形接線；從而使電機(jī)繞組得到的工作電壓可從380V～167.5V之間有11種不同的電壓，保證Y系列電機(jī)工作在最高綜合效率區(qū)，同時保證電機(jī)得到的工作電壓是純正弦波。

進(jìn)一步地，通過人機(jī)交互單元5可根據(jù)具體工況設(shè)置保護(hù)值等參數(shù)，主控單元1還具有缺相、過載、三相不平衡等常規(guī)保護(hù)功能；還可設(shè)置檢測單元2中電流互感器的不同變比，可適配不同功率的拖動裝置，小到幾千瓦 ，大至幾百千瓦；三相變壓器32輸出電壓的升或降，電機(jī)4的起停和繞組接線方式的改變，都是由主控單元1進(jìn)行控制的，具體來說，主控單元1根據(jù)人工指令或者工作中檢測單元2檢測到電流電壓值的變化，經(jīng)運(yùn)算后，發(fā)出相應(yīng)指令，控制電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)31中接觸器的閉合達(dá)到控制拖動裝置的起停和調(diào)整電機(jī)的工作電壓。

圖2是本發(fā)明實施例的主回路電氣原理圖。如圖2所示，并結(jié)合圖1進(jìn)行說明，TM1、TM2和TM3為3個圖1中的三相變壓器32；U，V，W為電源單元6的3個相線，N為中性線；主空氣開關(guān)QF1是變壓器二次級大電流以及KMY和KMΔ的開關(guān)，二次空氣開關(guān)QF2是KM1～KM6的開關(guān)；接觸器KM1三相觸點的一側(cè)分別接1a、1b、1c，另一側(cè)接電源單元6的N線；接觸器KM2的一側(cè)接1a、1b、1c，另一側(cè)分別接電源單元6的U、V、W；接觸器KM3一側(cè)分別接2a、2b、2c，另一側(cè)接電源單元6的U、V、W；接觸器KM4一側(cè)分別接3a、3b、3c，另一側(cè)接電源單元6的U、V、W；接觸器KM5三相觸點一側(cè)分別接4a、4b、4c，對側(cè)分別接電源單元6的U，V，W；接觸器KM6三相觸點分別接4a、4b、4c，對側(cè)接電源單元6的N線；電機(jī)M繞組和接觸器KMΔ的具體連接是a接y，b接z，c接x；而接觸器KMY一側(cè)分別接x、y、z，而對側(cè)接點用短路線短接；電機(jī)M也就是圖1中的電機(jī)4，電機(jī)M為Y系列電機(jī)。

三相變壓器TM1、三相變壓器TM2和三相變壓器TM3升壓或降壓輸出是由接觸器KM1、接觸器KM2、接觸器KM3、接觸器KM4、接觸器KM5和接觸器KM6的不同開閉組合來完成的。在任何狀態(tài)下連接變壓器部分的6臺接觸器都有2臺而且必須有2臺接觸器同時工作；并且在每次啟動時接觸器KM1和接觸器KM6必須同時閉合，即電壓不升不降保證電機(jī)M全壓啟動。

改變電機(jī)M繞組接線方式是由接觸器KM△和接觸器KMY兩臺接觸器和電機(jī)M三相繞組構(gòu)成，但針對抽油機(jī)的特殊工況，每次開機(jī)時必須保證電機(jī)繞組接成角形接線，保證電機(jī)M全壓啟動。

進(jìn)一步地，電機(jī)繞組得到的工作電壓380V～167.5V的11種改變是通過以下過程做到的。送電時，接觸器KM1和接觸器KM6閉合，此時變壓器次級輸出為零，類似于電流互感器二次短接；如此時按啟動按鈕使接觸器KMΔ閉合，電機(jī)M繞組按角形接線全壓啟動并工作（380±0V）；運(yùn)行平穩(wěn)后，控制器根據(jù)檢測單元2中的電流互感器檢測到的電流信號和電機(jī)M實際電壓判斷需降低電壓，使接觸器KM1斷開，接觸器KM△、接觸器KM6和接觸器KM2閉合；這時電機(jī)M每相繞組工作電壓約為350V（380－17.5V）（以下簡稱電機(jī)電壓）；接觸器KM△、接觸器KM6、接觸器KM3閉合電機(jī)電壓約為320V（380－2*17.5V）；接觸器KM△、接觸器KM6和接觸器KM4閉合，電機(jī)電壓約290V（380－3*17.5）；當(dāng)接觸器KM△斷開和接觸器KM6斷開，接觸器KMY、接觸器KM1和接觸器KM3閉合時，電機(jī)電壓272.5V（220+3*17.5V）；接觸器KMY、接觸器KM1、接觸器KM4閉合，電機(jī)電壓255V（220+2*17.5V)；接觸器KMY、接觸器KM1和接觸器KM5閉合時，電機(jī)電壓237.5V（220+17.5V）；當(dāng)接觸器KMY、接觸器KM1和接觸器KM6閉合時，電機(jī)電壓220V（220±0V）；接觸器KMY、接觸器KM6和接觸器KM2閉合電機(jī)電壓202.5V（220-17.5V）； 當(dāng)接觸器KMY、接觸器KM6和接觸器KM3閉合，電機(jī)電壓185V（220-2*17.5V）；當(dāng)接觸器KMY、 接觸器KM6和接觸器KM4閉合時，電機(jī)電壓167.5V（220-3*17.5V）。主控單元1在工作中自動根據(jù)檢測到的電流值和電壓值，經(jīng)運(yùn)算根據(jù)負(fù)載情況自動在以上11種電壓之間選擇最佳工作電壓，保證電機(jī)M工作在最佳節(jié)能狀態(tài)。

更進(jìn)一步地，根據(jù)三相變壓器TM1、三相變壓器TM2和三相變壓器TM3同名端，異名端不同的連接法可改變電壓相位，進(jìn)而改變電機(jī)M的工作電壓。具體的說，因變?nèi)嘧儔浩?2次級低壓大電流繞組線圈串接在電機(jī)M繞組回路里，如初級和次級同名端都經(jīng)開關(guān)設(shè)備和電源的相線相接，那么輸出電壓較電源電壓降低了三相變壓器32次級電壓輸出值；反之輸出電壓較輸入電源電壓升高了三相變壓器32次級電壓輸出電壓值。本發(fā)明中在電機(jī)M角形接法時，電機(jī)M電壓可是電源電壓（380±0V），即變壓器次級輸出為零；也可以降低17.5V、2*17.5V、3*17.5V，即350V、320V、290V。若仍需降壓，電機(jī)M繞組需改為星形接線，但單純星形接法電機(jī)M每相繞組的工作電壓為380/V即220V，但此時接觸器KMY、接觸器KM1和接觸器KM3閉合，電機(jī)M繞組電壓為272.5V(220+3*17.5V)；同理接觸器KMY、接觸器KM1和接觸器KM4閉合，電機(jī)M繞組電壓255V（220+2*17.5V)；接觸器KMY、接觸器KM1和KM5閉合，電機(jī)M繞組電壓為237.5V（220+17.5V）；接觸器KMY、接觸器KM6和接觸器KM1閉合，電機(jī)M繞組電壓為220V（220±0V)；依同理接觸器KMY、接觸器KM6和接觸器KM2閉合，電機(jī)M繞組電壓202.5V（220-17.5V）；接觸器KMY、接觸器KM6和接觸器KM3閉合，電機(jī)M繞組電壓185V（220-2*17.5）；接觸器KMY、接觸器KM6和接觸器KM4閉合，電機(jī)M繞組電壓167.5V（220-3*17.5V），共計11個調(diào)壓檔位。

調(diào)壓基礎(chǔ)級差電壓值Vjc和變壓器抽頭數(shù)Cts，調(diào)壓檔位數(shù)Dws可根據(jù)以下方法計算：Dws=3*(Cts+1)+2 ；(注Dws，Cts應(yīng)為正整數(shù))，即變壓器1個抽頭8個檔位；2個抽頭11個檔位；3個抽頭時14個檔位?；A(chǔ)電壓級差值Vjc=(380-220)/[Cts+2+(Cts+1)*];具體數(shù)值為變壓器繞制方便可考慮適當(dāng)四舍五入，如基礎(chǔ)電壓級差值為17.5V，兩個抽頭，即Cts=2，Vjc=17.5V，而電機(jī)M在角形接法時具體降壓值應(yīng)為*17.5=30V。

所需變壓器額定容量的計算如下，基礎(chǔ)級差電壓值除以相電壓（220V）再乘以所控電機(jī)M功率數(shù)。若電機(jī)M功率37KW，基礎(chǔ)電壓級差17.5V，故所需變壓器容量S=17.5/220*37=3KW，變壓器容量S/電機(jī)功率=3/37=0.081，因此所需變壓器的容量只是所控制電機(jī)功率的8%。

以上所述實施例僅為表達(dá)本發(fā)明的實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的前提下，還可以做出若干變形、同等替換、改進(jìn)等，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。