抽油機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)略談
相關(guān)鏈接： 中國(guó)安全網(wǎng) 中國(guó)質(zhì)量網(wǎng) 中國(guó)論文網(wǎng) 中國(guó)資訊網(wǎng)
摘要:針對(duì)油田抽油機(jī)輕載時(shí)效率低、功率因數(shù)低,且現(xiàn)有的輕載節(jié)能模型要求精確了解電動(dòng)機(jī)的模型和參數(shù),難以用于工程實(shí)現(xiàn)等問(wèn)題,利用電機(jī)線性化的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率關(guān)系,對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載介紹了電機(jī)選型方式。在電機(jī)控制上考慮了抽油機(jī)上行和下行對(duì)能量的需求，在周期上對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)供電進(jìn)行了合理的配置，本方法有實(shí)用、簡(jiǎn)單的特點(diǎn),可使電動(dòng)機(jī)的效率有較大提高，大量節(jié)約了抽油機(jī)的用電量。
論文關(guān)鍵詞：直流電機(jī),脈沖控制器
引言
在油田實(shí)際運(yùn)行中,由于電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品容量不連續(xù)性,安全系數(shù)選擇過(guò)高等因素,使電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載總是超過(guò)最大可能峰值30%,而峰值所持續(xù)的時(shí)間又往往遠(yuǎn)小于總運(yùn)行時(shí)間。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在輕載的時(shí)間占了它運(yùn)行時(shí)間的大部分。輕載時(shí),尤其是負(fù)載率低于20%的情況下,有功電流很小,而無(wú)功電流不變。本文在基于抽油機(jī)電機(jī)近似恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的情況下,假定已知負(fù)載特性和電機(jī)額定參數(shù),根據(jù)不同工況(負(fù)載轉(zhuǎn)矩和運(yùn)行頻率)按一定規(guī)律來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的輸入電壓或脈寬使整個(gè)抽油機(jī)系統(tǒng)效率提高。
1.電機(jī)的選型:
針對(duì)抽油機(jī)負(fù)載情況，需要合理計(jì)算出電機(jī)的負(fù)載。負(fù)載分為抽油機(jī)克服重力做功情況以及抽油機(jī)依靠重力自行轉(zhuǎn)動(dòng)部分。
電機(jī)力矩的選擇是電機(jī)選型的最重要內(nèi)容，以下內(nèi)容介紹制約力據(jù)選擇的因素：
A.轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的選擇
在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J對(duì)應(yīng)于直線運(yùn)動(dòng)中的物體質(zhì)量。要計(jì)算系統(tǒng)在加速過(guò)程中產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)載荷，即必須計(jì)算物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J和角加速度ε，然后得慣性力矩T=J*ε。物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
J=
式中，L：長(zhǎng)度（mm）
D：直徑（mm）
B.加速度計(jì)算
控制系統(tǒng)要定位準(zhǔn)確，物體運(yùn)動(dòng)必須有加減速過(guò)程。已知加速時(shí)間
，最大角速度
，很容易算出奠基的角加速度：
ε=/（rad/s2）
C.電機(jī)力矩計(jì)算
T=（J*ε+TL）/η
其中：TL為系統(tǒng)外力折算到電機(jī)上的力矩；
η為傳動(dòng)系統(tǒng)的效率。
根據(jù)計(jì)算出的力矩T再加上一定的安全系數(shù)，即可選出電機(jī)型號(hào)。
2.控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
驅(qū)動(dòng)電機(jī)的硬件設(shè)計(jì)可分為控制部分和驅(qū)動(dòng)部分�？刂撇糠值闹饕酒瑸轱w利浦P89V51RD2型單片機(jī)和脈沖分配控制器PMM8713。
1）飛利浦P89V51RD2功能介紹：
該款單片機(jī)為飛利浦公司設(shè)計(jì)，使用方便并且便于調(diào)試，有優(yōu)良的在線調(diào)試功能，flash可擦寫(xiě)次數(shù)超過(guò)1000次。
對(duì)單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)配置如圖1所示：
圖1 系統(tǒng)配置
在配置中定義P1.0口為脈沖輸出口，定義P1.1為轉(zhuǎn)向控制輸出。
2） PMM8713芯片
PMM8713是由日本三洋電機(jī)公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)控制用脈沖分配器(又稱邏輯轉(zhuǎn)換器)，為雙列直插式16腳單片CMOS集成芯片。PMM8713既可以用于3相控制，又可以用于4相控制。勵(lì)磁有1相、2相和1-2相3種方式。此外，PMM8713還具有單時(shí)鐘或雙時(shí)鐘工作方式，帶有正反轉(zhuǎn)控制功能以及初始化復(fù)位功能，其內(nèi)部有時(shí)鐘選通、激勵(lì)方式控制、可逆環(huán)形計(jì)數(shù)、激勵(lì)方式判斷等電路。
因?yàn)镻MM8713所有輸入端均采用施密特整形電路，因此抗干擾能力強(qiáng)。輸出電流大于20 mA，可直接驅(qū)動(dòng)微型步進(jìn)電機(jī)。邏輯框圖如圖2所示。
3.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
a)流程設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件構(gòu)思是基于硬件的功能而定的，要使電機(jī)正常的啟動(dòng)，就要合理的分配脈沖頻率或者PWM寬度。要考慮到抽油機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，對(duì)電動(dòng)機(jī)的能量供給合理配置，從而有效地節(jié)能，提高效率。實(shí)驗(yàn)證明，此種方式能節(jié)約電能25%以上。以下是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖：
圖3 軟件設(shè)計(jì)流程
b)程序設(shè)計(jì)
電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的脈沖輸出口子程序設(shè)計(jì)，在P1.0口輸出脈沖：
itime0Count=itime0Count+1;
P1_0=!P1_0;
TH0=-(cirTime/256); TL0=-(cirTime%256);
ET0=TR0=1;
if(itime0Count>iIntCount)
ET0=TR0=0;
其中if(itime0Count>iIntCount)可作為判斷電機(jī)是否進(jìn)入慣性運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的條件，從而進(jìn)一步對(duì)電機(jī)的通電進(jìn)行控制。
4．結(jié)語(yǔ)
本文對(duì)抽油機(jī)用電機(jī)的節(jié)能降耗作了一定的可行性分析，給出了一種簡(jiǎn)單有效的節(jié)能方法。通過(guò)使用相信會(huì)產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，從而給油田的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)產(chǎn)生更好的經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn):
[1]李井水,梁巍.抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)[J].油氣田地面工程,2005,24(11):58-59.
[2]孫歡慶,李橋梁.MC33035在直流無(wú)刷電機(jī)控制中的應(yīng)用。電機(jī)技術(shù),2007,(3):27-30.
[3]許士真.關(guān)于游梁抽油機(jī)合理驅(qū)動(dòng)和電機(jī)節(jié)能的討論。石油礦場(chǎng)機(jī)械,2005,34(2):85-87.
[4]王曉遠(yuǎn),查宏民.基于變頻技術(shù)的新型抽油機(jī)節(jié)能控制器。石油機(jī)械,2005,33(8):42-44.
[5]孫正貴,徐軍.游梁式抽油機(jī)倒發(fā)電現(xiàn)象的消除與節(jié)能。承德石油高等�？茖W(xué)校學(xué)報(bào), 2003,22(1):33-35.
