關于油田抽油機用感應電動機調壓節能控制對策的若干思考

馮海江(西區采油廠動力裝備科 陜西省延安市 717500)

油田作為耗能大戶， 其節能問題受到了世界各個國家的廣泛關注與高度重視。 對于我國而言，抽油機的節能設計同樣具有較大的意義。 據統計數據顯示，我國每年機械采油所耗電量達到40 億度電，這個數字非常大，但是根據實際測定結果表明：我國油田抽油機耗能總效率卻較低，僅為20%左右，這就是說每年約有30 億度電未進行有效利用。 因此，對于油田抽油機而言，應該采取有效的改進措施，提高其電能的有效利用率。 本研究所涉及的油田抽油機用感應電動機調壓節能效果較好，應用十分廣泛。

一、節能控制器的節能原理分析

調壓式抽油機節能控制器一般采取雙向反并聯晶閘管加以控制的技術，該技術屬于一種三相交流調壓技術，電壓隨著抽油機的交變載荷的變化而變化，當電壓變化時，通過機器的電流也會出現一定的變化。 抽油機在實際的工作過程中，若對抽油電動機運行的電壓值加以改變， 這樣不僅能夠最大程度地降低電機的無功功率， 而且還能夠最大程度地降低電機所消耗的有功功率。 究其原因，筆者認為主要是由于抽油機電極在空載或者輕載狀態下，對電機端的電壓進行降低，這樣能夠減少電機的電損。抽油機電機的損耗△P 可以用下式加以表示：

上式（1）中：PCu1,PCu2——電機定子以及轉子的銅耗；

PFe——電機定子鐵耗；

Ps——電機機械損耗；

Pm——電機其他損耗。

由上式（1）可以看出，若要降低△P，那么就需要降低PCu1,PCu2，PFe，Ps 以及Pm，這樣就能夠總體上降低電機損耗，從而起到節能的作用。

二、控制原理與主電路

因為異步電機屬于電感性荷載， 由電力電子技術方面的相關知識可以得知， 只有當移向角α 要遠遠大于感性負載的功率因數角β 的時候才能夠起到調節電壓的作用。若α 小于β 時，電流導通角始終保持在平角， 該情況與兩種角度相等時的情況表現一致，相控未起到調節壓強的作用，甚至在晶閘管觸發脈沖寬度不充足的條件下，還會出現有一個方向的晶閘管工作，負載上可能會出現直流分量危害晶閘管安全地應用。 所以，移相調壓的時候除了必須確保晶閘管觸發角度α 大于β 之外， 其所發出的觸發脈沖還應該使得晶閘管正常地觸發導通。 軟啟動器的結構示意圖如下圖1 所示：

下圖2 主要是以晶閘管所組成的軟啟動器的主電路。 由下圖可知，VT1-VT2、VT3-VT6 以及VT2-VT5 三個反并聯普通晶閘管串聯接在電動機的三相電路之中， 經過控制電路來對晶閘管的導通角的大小進行調節與控制， 使得電動機的啟動電路按照工作的特殊要求來對電流的大小變化加以設定。 這樣，電動機啟動電流大小以及啟動方向均可以進行任意的改變與選擇，使電動機處于最佳的啟動狀態， 同時還可以減少啟動功率方面的損耗等。

三、軟件設計

軟件設計主要采用模塊化的設計思想，它的主要特點為：思路清晰、實用性強、可讀性強，且容易查找故障。 本研究使用的啟動器的軟件主要包括如下幾個方面的內容所組成：

（1）主程序。 主程序主要是用于完成80C196KC 的內部寄存器的含義、設計以及中斷系統，定時器，高速輸入輸出等方面的初始化。

（2）故 障檢測模塊。 主要完成啟動前后的判斷與處理，主要包括：相序檢測， 斷相、過壓以及過流等方面的故障加以檢測、報警以及處理等。

（3）軟 啟動模塊。 按照設計的初始晶閘管控制的 角 度α 以及檢測到的電流大小以及同步信號等，對當前晶閘管的控制角度大小加以計算與分析，按照相序關系將其送出，從而實現電動機的限流軟啟動過程。

四、結論

綜上所述，本研究中所介紹的節能控制器主要采用的是單片機技術以及雙向晶閘管調壓技術，所設計的軟啟動機節能控制器與傳統方式相比， 具有如下幾個方面的優點：1）控制機理先進，適合于工業控制；2)系統結構簡單、噪聲小、重量輕和占地面積小；3)電動機啟動平穩，起始電壓、啟動時間可調，在此范圍內，轉速緩慢上升，減少了機械沖擊；4)系統設有斷相、斷路、漏電和過熱等保護，整定值可由用戶設定。因此， 該油田抽油機電動機調壓節能控制器得到了較為廣泛地應用。

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