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抽油机的必威体育精装版进展张明明中国石油大学（北京）摘要:目前，各油田广泛使用游梁式抽油机进行石油开采，但其拖动系统普遍存在以下问题：采油泵充满度低，“大马拉小车”问题严重，导致驱动电机效率和功率因数都很低；抽油机负载剧烈波动，并且存在电机倒发电馈能冲激问题。本论文针对这些问题研究开发一种基于 DSP 的抽油机专用变频节能控制装置，提高抽油机的采收率和节能效率；同时介绍利用机构选型中的组合原理设计了一种新型天轮式长冲程抽油机，该新型抽油机由曲柄摇杆机构与双变径增程天轮机构组成,可以通过对现有的游梁式抽油机进行改造而制得。关键字：倒发电 DSP 天轮式抽油机游梁式抽油机的工作原理和负载特性1.1游梁式抽油机的工作原理游梁式抽油机采油系统主要由三部分组成：一是地面部分——游梁式抽油机，它由电动机、减速箱和四连杆（包括曲柄、连杆和游梁）等组成；二是井下部分——抽油泵（包括吸入阀、泵阀、柱塞和排出阀等），它悬挂在套管中油管的下端；三是联接地面抽油机和井下抽油泵的中间部分——抽油杆柱，它由一种或几种直径的抽油杆和接箍组成。如图一：图一：游梁式抽油机结构采油工作原理是：电动机通过皮带和减速器带动曲柄作匀速圆周运动，曲柄通过连杆带动四连杆机构的游梁以支架上中央轴承为支点，做上下摆动，带动游梁前端的驴头悬点连接抽油杆柱、油泵柱塞做上下往复直线运动，实现机械采油。1.2游梁式抽油机的负载特性目前，游梁式抽油机广泛采用曲柄平衡方式实现抽油机的平衡。这种平衡方式中，平衡重块在曲柄轴上所产生的平衡扭矩，随曲柄的转动按正弦规律变化。 一个工作循环中，净扭矩在有较高的“峰值”和较深的负向“谷值”，即有较大的“负扭矩”。扭矩波动很大，抽油机平衡效果不佳。从能耗角度讲，净扭矩波动大势必加大功率而增大能耗；从动力角度讲，峰值扭矩高，为了保证抽油机的正常运转，势必要选用较大的动力机，这种大电机、大峰值电流的配套方案，必将导致电机自身损耗和电路损耗的增加。如图二：图二：游梁式抽油机典型扭矩1.3存在的问题——“倒发电”现象“倒发电”现象主要发生在抽油杆下落的过程中，随着抽油杆下落速度的不断增大，到油杆下落的中后期，油杆反拖“驴头”使交流电机处于发电状态，向电网回馈电能，这样一部分油杆下落时的能量被交流电机吸收。到油杆上升时，电机需再次做功补偿油杆下落时被自己吸收的能量，因而加大了交流电机的动载负荷及转换损失，这种转化损耗可达 50%左右。由于“倒发电”现象使电机与电网之间发生了能量交换，无用功增大，降低了电机的功率因数，恶化了电网的品质。基于DSP的游梁式抽油机2.1抽油机变频节能系统原理装置具有软启动的特性，通过对电机负载参数的自动检测和综合分析，实现系统的动态负载跟踪寻优节能和上、下冲程独立变频控制，改善电机的工作状态，提高系统的节电效率。抽油机变频节能系统方案的原理，主要包括交-直-交变频主电路、检测与保护控制单元、DSP 控制单元、倒发电耗能单元、隔离驱动单元以及键盘、显示单元等部分。DSP 控制单元作为整个系统的智能化控制核心，连续不断地通过检测与保护控制单元进行系统的故障检测，对系统直流侧的电压、电流等参数进行实时监测，进而对电机的工作状态进行综合判断，并通过电源控制功率模块，实现对电机绕组工作电压的平滑控制。原理图见图三：图三：抽油机变频节能系统原理DSP 控制单元DSP 控制单元作为整个系统的智能化控制核心，连续不断地通过检测与保护控制单元进行系统的故障检测，对系统直流侧的电压、电流等参数进行实时监测，进而对电机的工作状态进行综合判断，并通过电源控制功率模块，实现对电机绕组工作电压的平滑控制。简化的双PWM（脉宽调制）结构脉宽调制（PWM）技术，是利用半导体器件的导通和关断，把直流电压变成一定形状的电压脉冲列，以实现变频、变压及控制和消除谐波为目的的一门技术。正弦脉宽调制SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的、目前使用较广泛的PWM法，其波形就是与正弦波等效的一系列等幅、不等宽的矩形脉冲波形。从SPWM调制脉冲的极性看，SPWM可分为两点式与三点式两种控制模式。如图四：图四：SPWM 相电压波形2.4简化的双PWM结构常规双PWM变频器具有复杂的硬件电路和控制结构，目前大多还是处于实验室的研究中，并不能满足现场恶劣的环境要求——考虑了一种简化的双PWM结构：在电机电动状态时，整流侧工作于不控整流状态，此时与抽油机方案相同；在电机工作于倒发电状态时，回馈能量在直流侧反映，直流侧电压迅速升高，整流侧工作在可控整流阶段，将能量回馈交流电网。如图五所示：图五：双 PWM 变频节能系统原理2.4. 双 PWM 变频节能系统运行状态（1）能量由交流电网流向电动机负载当电动机处于拖动运行状态时，能量由交流电网经系统中的整流器流向逆变器。