游梁式抽油机用电动机高效节能控制系统的研究
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摘要
游梁式抽油机是石油开采的主要设备,也是主要耗能设备,其驱动电机负载率通常都小于30%。这种情况的存在,使电能的利用率降低,增加了电能的损耗。针对上述情况,本文对一种应用于游梁式抽油机拖动电动机的高效节能控制系统进行了研究。
论文介绍了国内外抽油机的发展概况及游梁式抽油机的工作原理,阐述了游梁式抽油机系统效率低下的原因。在此基础上,介绍了油田抽油机常用的节能方法并对其优缺点进行了分析,提出了一种基于变频调速和功率因数闭环控制的节能方案。游梁式抽油机节能装置的硬件部分以AT89C51单片机为核心,包括主电路、控制电路、驱动电路、保护电路、功率因数检测电路和能量回馈电路等部分。主电路采用交-直-交电压型结构;控制电路部分由脉宽调制芯片SA866AE产生SPWM控制信号。AT89C51单片机控制部分由显示电路、键盘电路、复位电路、记忆电路、功率因数计算电路和频率输出电路等组成;驱动电路选用IGBT专用驱动模块EXB841进行控制信号的放大;保护电路实现过流过压保护、短路保护等功能。软件部分包括SA866AE外接EEPROM初始化参数的设计、单片机控制程序和电机软启动程序,软件采用汇编语言编程。
论文最后对所设计的部分电路进行了实验分析。胜利油田现场运行测试结果表明,该装置可以使三相交流异步电动机功率因数大幅提高,综合节电率达到26.58%,节能效果明显。
Beam-Pumping Units is the main equipment and energy consumer in recover petroleum. Under the normal operation condition, the average load ratio of the oil-pumping motor is usually less than 30% of the rated value. This circumstance causes the coefficient of utilization of the electrical machinery and increase the electric power loss. In order to solve this problem, this paper develops a High-efficiency Saving Energy Control System for Beam-balanced Pumping Unit.
This paper introduces the present internal and external situation of using the Beam-Pumping Units and analyses the working way of it. Then the paper discusses the cause of low efficiency of the Beam-Pumping Units. On the basis, by comparing different measures of saving energy that have been used in oil fields and pumping machine characteristics, a new saving energy scheme of VVVF and power factor loop control is proposed in this thesis.
The controller of the Beam-Pumping Units is based on the AT89C51 single chip micro-computer. The hardware part is made of main circuit, drive circuit, control circuit, protection circuit, power factor and energy regeneration circuit etc. Main circuit adopts the structure of AC-DC-AC voltage source type. The main switch component uses IGBT power module. Control circuit selects pulse width modulation chip SA866AE that can generate SPWM control signal. The single chip micro-compute control part is composed of display circuit, keyboard circuit, reset circuit, memory circuit, power factor detection circuit and frequence output circuit etc. The IGBT drive circuit uses the special-purpose EXB841 module to carry on the amplification of control signal. Protection circuit includes over-voltage protection, over-current protection, short-circuit protection. The software part comprise the initialization parameters designs of SA866AE’s EEPROM, the program of micro controlled unit and the program of motor soft start. The software programmed with the compilation language.
Finally, the paper gives out some results of the experiment. The developed system applied in Shengli oilfield showed the power factor of AC asynchronous motor of up to 0.98 at the best and its energy-saving result of total efficiency are by 28.4%, exhibited a good effect on energy saving.
论文介绍了国内外抽油机的发展概况及游梁式抽油机的工作原理,阐述了游梁式抽油机系统效率低下的原因。在此基础上,介绍了油田抽油机常用的节能方法并对其优缺点进行了分析,提出了一种基于变频调速和功率因数闭环控制的节能方案。游梁式抽油机节能装置的硬件部分以AT89C51单片机为核心,包括主电路、控制电路、驱动电路、保护电路、功率因数检测电路和能量回馈电路等部分。主电路采用交-直-交电压型结构;控制电路部分由脉宽调制芯片SA866AE产生SPWM控制信号。AT89C51单片机控制部分由显示电路、键盘电路、复位电路、记忆电路、功率因数计算电路和频率输出电路等组成;驱动电路选用IGBT专用驱动模块EXB841进行控制信号的放大;保护电路实现过流过压保护、短路保护等功能。软件部分包括SA866AE外接EEPROM初始化参数的设计、单片机控制程序和电机软启动程序,软件采用汇编语言编程。
论文最后对所设计的部分电路进行了实验分析。胜利油田现场运行测试结果表明,该装置可以使三相交流异步电动机功率因数大幅提高,综合节电率达到26.58%,节能效果明显。
Beam-Pumping Units is the main equipment and energy consumer in recover petroleum. Under the normal operation condition, the average load ratio of the oil-pumping motor is usually less than 30% of the rated value. This circumstance causes the coefficient of utilization of the electrical machinery and increase the electric power loss. In order to solve this problem, this paper develops a High-efficiency Saving Energy Control System for Beam-balanced Pumping Unit.
This paper introduces the present internal and external situation of using the Beam-Pumping Units and analyses the working way of it. Then the paper discusses the cause of low efficiency of the Beam-Pumping Units. On the basis, by comparing different measures of saving energy that have been used in oil fields and pumping machine characteristics, a new saving energy scheme of VVVF and power factor loop control is proposed in this thesis.
The controller of the Beam-Pumping Units is based on the AT89C51 single chip micro-computer. The hardware part is made of main circuit, drive circuit, control circuit, protection circuit, power factor and energy regeneration circuit etc. Main circuit adopts the structure of AC-DC-AC voltage source type. The main switch component uses IGBT power module. Control circuit selects pulse width modulation chip SA866AE that can generate SPWM control signal. The single chip micro-compute control part is composed of display circuit, keyboard circuit, reset circuit, memory circuit, power factor detection circuit and frequence output circuit etc. The IGBT drive circuit uses the special-purpose EXB841 module to carry on the amplification of control signal. Protection circuit includes over-voltage protection, over-current protection, short-circuit protection. The software part comprise the initialization parameters designs of SA866AE’s EEPROM, the program of micro controlled unit and the program of motor soft start. The software programmed with the compilation language.
Finally, the paper gives out some results of the experiment. The developed system applied in Shengli oilfield showed the power factor of AC asynchronous motor of up to 0.98 at the best and its energy-saving result of total efficiency are by 28.4%, exhibited a good effect on energy saving.
引文
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[5] 白连平,马文忠,杨艳等.关于游梁式抽油机用电动机节能的讨论.石油机械,1999;27(3):41~44
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