多功能抽油电动机节能保护控制方法及控制器的制造方法
【专利说明】多功能抽油电动机节能保护控制方法及控制器
[0001]
所属技术领域
[0002]本发明涉及一种专门用于油田抽油机电动机的节能安全保护方法及控制器，属于异步电机控制技术领域。
【背景技术】
[0003]
电动机是油田的重要动力设备，仅抽油机电动机和注水栗电动机就占据了油田生产耗电总量60%以上。为了减少电动机的电能损耗，人们采用各种各样的节能控制措施，抽油机电动机的节电技术主要有两大类:一是开发不同类型的抽油节能电机，如超高转差率电动机、三相永磁同步电机、高启动转矩双定子结构电机和电磁调速电机等。但由于资金投入太大，在许多油田用节能电机取代普通交流异步电机尚无法全面推广，大多数仍旧沿用普通交流异步电机。二是使用交流异步电机节能配电箱，采用改变定子绕组的接法可以改变电机电压，但电机只能得到固定电压，节电效果并不太理想。其中常见的节能控制措施有:电动机调压、电动机三角-星接线方式切换、采用双功率电动机跟踪负载的变动、对电动机进行无功补偿，对于一些特定的以电动机为动力的负载往往还要进行电动机的间歇运行控制。这些控制方式的实现绝大部分都需要安装专用的分离式的保护控制装置或仪表。在一个电动机控制柜中需要安装多个控制设备，使电动机控制系统设备烦多、接线复杂、控制逻辑难以配合，造成投资增加、可靠性降低。
[0004]例如:在具有无功补偿的电动机控制柜中一般装有电容器、交流接触器、电流互感器、电机保护器、无功补偿控制器、电度表。并且电容补偿控制器没有电容器保护功能和防谐振控制功能。在具有谐波污染的系统中，经常出现补偿电容器或电动机被谐振过电压击穿的现象。
[0005]现有的电动机控制装置都是通过电动机电压、电流的测量分析实现其控制功能的。不同功能的控制装置有其不同的信号测量范围，目前电动机保护装置大都是采用带有铁磁材料的电流传感器进行电流的测量。带有铁磁材料的电流传感器在测量电流较小时，磁滞现象会使测量灵敏度降低，无功补偿需要测量小电流，电机保护需要测量大电流。在测量电流大较时磁路饱和会使测量线性度变差，造成控制失灵。
[0006]基于以上的情况，目前还没有一种简单可靠的控制方法和多功能控制装置可以一次性解决抽油机电动机的节电和安全运行的诸多问题，使普通交流异步电动机拖动的抽油机可以在无人监控的情况下安全高效运行。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种可以一次性解决抽油电动机的节电和安全运行的诸多问题，使普通交流异步电动机拖动的抽油机可以在无人监控的情况下，安全高效运行的多功能油田抽油电动机的节能保护控制方法及控制器。
[0008]本发明的技术特征是:
设计了一种宽范围电流测量电路以及装置内置的传感器和单片机电路，实现了电动机电压、电流的测量。控制器用单片机电路实现电流、电压信号的采集与分析，利用采集到的三相电流、电压信号，装置可以计算出电动机负载的有功功率、无功功率、用电量、功率因数等多个控制参数，可以用不同的子程序模块实现不同的控制功能。本发明提共了几种常用的控制功能，主要有:(I)电动机短路保护、电动机过电流保护、电动机缺相保护、电动机过电压保护、接触器接点粘连保护、电容器谐波保护、电容器不平衡保护、电容器过电压保护，
(2)电动机用电量计量、电气参数运行监视，(3)电动机晃电自起动控制，(4)无功功率跟踪补偿、电动机绕组有功功率跟踪切换控制。将多种独立的控制装置的功能集于一体，简化了控制系统的二次接线，降低系统的整体造价，达到各种控制功能集成配合互补，提高系统工作的可靠性;本发明实现电流宽范围测量所采用的技术方案是在监控装置本身有三根固定的铜排穿过装置壳体，铜排既是装置三相电源的接入点，又是被控制设备三相电流的测量线。利用铜排和装置内置的线性霍尔元件组成了宽范围的电流测量电路。三根铜排一端接电源，另一端连接用电负载的主控器件的电源进线端;主控器件有:异步电动机、交流接接触器、控制补偿电容用的三相固态继电器。本综合控制器的二次控制端子可以直接连接各种交流接触器的二次的控制线和三相固态继电器的控制线不需要再接其他中间器件。二次控制端子内部有两种输出控制方式，一种是继电器常开接点控制方式，用于控制不频繁操作的交流接触器。另一种是经光电器件隔离的直流接控制方式，用于控制需要快速频繁操作的三相固态继电器。
[0009 ] —种多功能油田抽油电动机的节能保护控制器，包括，壳体、一次接线端子、二次接线端子，所述壳体内设置电路板，所述电路板上设置有检测控制电路；
所述检测控制电路包括电流传感电路、电压传感电路，单片机、键盘显示电路和电源模块以及光电隔离芯片、继电器隔离驱动电路，其特征在于，
所述电流传感电路包括线性霍尔元件、导磁材料和固定件，所述线性霍尔元件对应各一次接线端子相应固定在电路板上方，其测量平面与一次接线端子中电流所形成的磁场方向垂直，与相邻一次接线端子中电流所形成的磁场方向平行;所述一次接线端子平行的设置在电路板下方，所述固定件用于将一次接线端子可拆卸的固定在电路板下方;所述导磁材料环绕设置在一次接线端子中段上，并固定于电路板下方。
[0010]所述一次接线端子的固定铜排为中部宽度小于其两端端部宽度的异形结构，该异形结构有效的集中了环绕铜排的感应磁场;感应磁场中设置线性霍尔元件，且在异形结构固定铜排中段下方加装了导磁材料聚磁。
[0011]所述检测控制电路直接连接至外部主控制器件，实现电动机保护、电动机绕组切换、无功动态补偿、晃电自启动控制以及用电量计量。
[0012]所述的外部主控制器件包括主控开关KM1、用于三角-星接线方式切换的开关KM2、KM3以及至少两组三相固态继电器分别联接的电容器组Cl、C2。
[0013]所述电路板为印刷电路板，固定在壳体内。
[0014]所述一次接线端子为平行排布的铜排，所述铜排的中部宽度小于其两端端部宽度，且铜排两端上还设置有与固定件配合的孔洞。
[0015]所述导磁材料为聚磁环，采用“U”形铁氧体制成。
[0016]多功能油田抽油电动机的节能保护控制器为一套装置，能同时具有电动机的保护、有功节能、无功补偿控制功能，各个功能既能单独使用，又可以组合使用；电动机保护与电容器保护相对独立，电容器设有谐波保护、过电压保护、不平衡保护；电动机启动后再投入补偿电容器，电动机跳闸时同时切除补偿电容器，电容器故障或发生谐振时可快速切除电容器。
[00?7] —种多功能油田抽油电动机的节能保护控制方法，其特征是包括以下步骤:
a、启动电机时控制器接通交流接触器KMl、KM2，电机绕组三角形接线全功率起动运行，运行稳定后控制器检测无功功率值，开启相应三相固态继电器，将电容器接入进行无功补偿；
b、节能模式切换，控制器检测到有功功率小于电动机额定功率1/3时，先断开三相固态继电器切除电容器，再断开交流接触器KM2，由电机粘连保护确认电流为零后接通交流接触器KM3，电动机绕组星形接线低功率运行，运行稳定后控制器检测无功功率值，开启相应三相固态继电器，将电容器接入进行无功补偿；
C、抽油机负载增加时，控制器检测到有功功率大于电动机额定功率1/3时