游梁式抽油机用电动机高效节能控制系统的研究

【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。 【关键词】：游梁式抽油机 变频调速 功率因数闭环 能量反馈
【学位授予单位】：中国石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TE933.1
【目录】：

• 中文摘要4-5
• 英文摘要5-9
• 第1章 前言9-12
• 1.1 抽油机的国内外现状9
• 1.2 本课题的背景及意义9-11
• 1.3 论文的研究内容及创新点11-12
• 第2章 游梁式抽油机的节能讨论12-20
• 2.1 游梁式抽油机的工作原理12-13
• 2.2 游梁式抽油机系统效率低的原因13-15
• 2.3 游梁式抽油机的节能机理及评价15-18
• 2.3.1 游梁式抽油机的节能机理15-17
• 2.3.2 抽油机节能的评价指标17-18
• 2.4 节能方案的确定18-20
• 第3章 变频调速的脉宽调制（PWM）控制技术20-26
• 3.1 PWM控制的基本原理20-23
• 3.2 SPWM型逆变电路的控制方式23-24
• 3.3 SPWM控制信号的生成方法24-26
• 第4章 变频控制装置的硬件设计26-51
• 4.1 变频控制装置的设计思想26-27
• 4.2 变频装置的主电路设计27-30
• 4.2.1 主电路结构27-28
• 4.2.2 主电路参数计算28-30
• 4.3 变频装置控制电路设计30-37
• 4.3.1 脉宽调制芯片SA866AE30-33
• 4.3.2 SA866AE外接EEPROM的电路设计33-34
• 4.3.3 单片机控制电路34-37
• 4.4 IGBT模块驱动电路设计37-40
• 4.5 节能控制系统辅助电路设计40-51
• 4.5.1 保护电路40-42
• 4.5.2 功率因数检测电路42-46
• 4.5.3 能量回馈电路46-51
• 第5章 变频控制装置的软件设计51-63
• 5.1 控制装置的软件结构51
• 5.2 SA866AE外接EEPROM初始化参数设计51-55
• 5.3 单片机控制部分软件设计55-59
• 5.3.1 主程序55-56
• 5.3.2 启动及停止程序56
• 5.3.3 点动正反转程序56
• 5.3.4 频率设定程序56-59
• 5.4 软启动程序设计59-63
• 5.4.1 软启动的类型和优缺点60-61
• 5.4.2 软启动的具体实现61-63
• 第6章 电路实验结果与分析63-67
• 6.1 频率设置与SPWM波形输出实验63-65
• 6.2 软启动实验结果分析65-67
• 第7章 现场应用效果分析67-69
• 第8章 结论69-71
• 参考文献71-74
• 附录74-83
• 致谢83-84
• 个人简历、在学期间的研究成果84

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