帶自動間抽和直接沖次控制的低功耗抽油機變頻器制造技術

本發明專利技術公開了帶自動間抽和直接沖次控制的低功耗抽油機變頻器，涉及油田抽油機控制技術領域，包括操控面板，控制單元，整流單元，逆變單元和遠程及報警接口。控制單元整合了自動間抽邏輯、沖次變換算法和超低功耗逆變調制算法，使得該變頻器不僅具有比相同功率等級的通用變頻器低一半的自身功耗，而且具有非常方便的自動間抽功能和快捷的改變沖次功能，是特別適合油田抽油機的專用節能變頻器。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及油田抽油機控制

技術介紹
油田抽油機現在已經規模使用的變頻器以降低能耗、并根據液量靈活控制采油產量，從而全面提升采油效率，降低采油成本。但目前絕大多數采用的是通用變頻器。而通用變頻器應用于抽油機時，首先，變頻器自身具有一定規模的能耗，通常幾十千瓦以下的變頻器其自身功耗約占容量的3～4%，其自身功耗會抵消掉等量的調速帶來的節能效果，因而使得大部分油井的能耗在較大的調速范圍內降低很少甚至略有升高。其次，通用變頻器直接顯示的是輸出頻率，調速是通過調整其輸出頻率的大小實現的，要調整抽油機的沖次，每次都要經過改變輸出頻率，人工卡秒表測量連續數個沖程的時間，計算改變后的沖次，再與所要求的沖次比較，根據差值重新改變輸出頻率進行測量、計算和比較，如此需要多次循環測算才逐步趨近所要求的沖次，既費時又費力。再次，對于任何油井，在不影響產量的情形下，間抽都是較佳的節能途徑，通用變頻器實現間抽往往需要額外增加較昂貴的外部設施，如PLC控制器或專門的間抽控制器，并且目前的間抽定時控制都是小時量級的，在不掉產的條件下，僅適合于2噸以下產液量的油井，而無法應用到更高液量的油井。
技術實現思路
針對現有技術不足，本專利技術提供一種帶自動間抽控制的，可以直接輸入所要求的沖次而無須卡秒表人工計算的，超低功耗的抽油機變頻器。本專利技術主要由操控面板、控制單元、整流單元、逆變單元和報警接口組成，控制單元由主控模塊、逆變調制模塊、沖次變換模塊和自動間抽模塊組成，所述整流單元設有與電網連接的輸入端，整流單元的控制輸出端連接在主控模塊的輸入端，整流單元的電信號輸出端連接在逆變單元的一端，逆變單元設有電機供電端；逆變調制模塊的控制信號輸入端連接在主控模塊的輸出端，逆變調制模塊的控制信號輸出端與逆變單元的控制信號輸入端連接；操控面板的輸出端連接在主控模塊的輸入端，沖次變換模塊和自動間抽模塊分別與主控模塊連接，在自動間抽模塊的輸出端設置報警接口。自動間抽功能由控制單元中的自動間抽模塊完成。通過操控面板設定間抽的啟動定時常數和停止定時常數以及間抽使能常數。當啟動定時常數、停止定時常數和使能常數都設定后，自動間抽模塊開始“啟動計時”工作，“啟動定時”結束后，自動間抽模塊通過主控模塊自動停止變頻器輸出，并開始“停止計時”工作，“停止定時”結束前1分鐘，報警接口輸出語音報警信號，外接揚聲器語音報警，“停止定時”完成后，解除語音報警，自動間抽模塊通過主控模塊自動啟動變頻器輸出，開始下一個間抽循環。直接沖次控制功能由控制單元中的沖次變換模塊完成。對于相同頻率（例如50Hz）的三相電源，不同的油井由于其電機極數和抽油機傳動比等機械參數可能各不相同，因而沖次可能各有不同。但就同一口井而言，在電機和抽油機等機械部件不變的情形下，沖次與三相電源的頻率成正比。沖次變換模塊依據此原理實現。在把此變頻器裝到油井后，以隨意的一個頻率啟動變頻器，測量出此時的沖次，然后把該沖次通過操控面板輸入到變頻器，沖次變換模塊會自動計算出該油井的沖次與電源頻率的比例常數，并存儲到非易失的存儲器中。這就完成了沖次變換模塊的初始化。以后任意時刻需要改變沖次時，只須在操控面板輸入新的沖次數值，沖次變換模塊就會自動計算出新的電源頻率，并通過主控模塊到逆變調制模塊再到逆變單元使變頻器輸出該頻率的三相交流電。于是抽油機就立刻以新的沖次運行。低功耗由控制單元中的逆變調制模塊實現。逆變調制模塊生成逆變單元工作所需的三相PWM調制控制信號。變頻器的功耗絕大部分集中在逆變單元，其中的逆變器件IGBT的飽和壓降近似于一個常數VCEO，該常數與通過其的電流的乘積就是該IGBT的飽和導通損耗。IGBT由截止到導通和由導通到截止處于放大狀態，此時的損耗遠大于飽和導通損耗，該損耗稱為開關損耗。導通損耗和開關損耗構成逆變器件IGBT的功耗。由于PWM調制的特點，使得逆變器件始終工作于一定頻率的脈沖波狀態下，因而逆變單元的功耗近似正比于開關頻率。然而，調制頻率越高，調制品質越好，調制頻率越低，調制品質越差。逆變調制模塊在調制頻率和調制品質間求得接近最優的平衡點，采用保證調制品質下的最低的調制頻率，從而大幅降低逆變器件的開關損耗，也就是大幅降低了變頻器的功耗。本專利技術的操控面板用于輸入指令和顯示參數；控制單元執行電參數監測、間抽控制、沖次變換、產生三相PWM調制控制信號，協調其它各個單元之間的工作；整流單元把電網的三相交流電整流為直流電并濾波；逆變單元依據控制單元給出的三相PWM調制控制信號把整流單元輸出的直流電逆變成頻率和電壓可變的三相交流電，驅動三相電機轉動；報警接口在間抽期間內部自動啟動變頻器時提前一分鐘給出語音報警信號。其間抽控制是分鐘量級的精細控制，可適用于20噸以下產液量的油井，大大提高間抽的應用范圍；其控制面板可直接顯示沖次，改變該沖次數值，立刻以新沖次運行，調沖次簡便快捷準確；其自身功耗降低至容量的1-2%，節能效果明顯增加。另外，本專利技術還可在主控模塊的輸出端還連接遠程輸入接口，可以遠程操控該變頻器的通道。附圖說明圖1為本專利技術的結構原理圖。具體實施方式如圖1所示，本專利技術主要由操控面板1、控制單元2、整流單元3、逆變單元4、遠程輸入接口5和報警接口6組成。控制單元2由主控模塊21、逆變調制模塊、沖次變換模塊23和自動間抽模塊24組成。整流單元3設有與電網7連接的輸入端，整流單元3的控制輸出端連接在主控模塊21的輸入端，整流單元3的電信號輸出端連接在逆變單元4的一端，逆變單元4設有電機供電端。逆變調制模塊22的控制信號輸入端連接在主控模塊21的輸出端，逆變調制模塊22的控制信號輸出端與逆變單元4的控制信號輸入端連接。操控面板1和遠程輸入接口5的輸出端分別連接在主控模塊21的輸入端，沖次變換模塊23和自動間抽模塊24分別與主控模塊21連接，在自動間抽模塊24的輸出端設置報警接口6。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
帶自動間抽和直接沖次控制的低功耗抽油機變頻器，其特征在于主要由操控面板、控制單元、整流單元、逆變單元和報警接口組成，控制單元由主控模塊、逆變調制模塊、沖次變換模塊和自動間抽模塊組成，所述整流單元設有與電網連接的輸入端，整流單元的控制輸出端連接在主控模塊的輸入端，整流單元的電信號輸出端連接在逆變單元的一端，逆變單元設有電機供電端；逆變調制模塊的控制信號輸入端連接在主控模塊的輸出端，逆變調制模塊的控制信號輸出端與逆變單元的控制信號輸入端連接；操控面板的輸出端連接在主控模塊的輸入端，沖次變換模塊和自動間抽模塊分別與主控模塊連接，在自動間抽模塊的輸出端設置報警接口。

【技術特征摘要】
1.帶自動間抽和直接沖次控制的低功耗抽油機變頻器，其特征在于主要由操控面板、控制單元、整流單元、逆變單元和報警接口組成，控制單元由主控模塊、逆變調制模塊、沖次變換模塊和自動間抽模塊組成，所述整流單元設有與電網連接的輸入端，整流單元的控制輸出端連接在主控模塊的輸入端，整流單元的電信號輸出端連接在逆變單元的一端，逆變單元設有電機供電端；逆變調制模塊的控...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭海金，王國輝，
申請(專利權)人：鄭海金，揚州江蘇油田瑞達石油工程技術開發有限公司，王國輝，
類型：發明
國別省市：江蘇;32