油田抽油机中变载电机运行的节能控制研究

摘要

自从进入21世纪以来，中国经济发展和社会发展取得了很大的进步的同时，石油产业也同样取得了繁荣的发展。在油田抽油机采油过程中其装备的三相异步电机运行所需功率一般小于其装机功率，这就会导致抽油机电机效率低下。在日常实际采油的过程中“大马拉小车”的现象非常普遍，即这种情况就是大功率电机带动小功率负荷的现象。特别是在油井产量下降时，会导致抽油机效率大幅的下降和能耗的増加。因此本文选择抽油机中三相异步电机的节能控制为研究对象，分别在电机启动时和轻载运行时进行节能控制，降低电机的能耗，达到抽油机节能的效果。 电机在直接启动时会产生较大的启动电流，这将会对电机及电网产生冲击影响，为了更好地解决这个问题和满足电机节能的要求，设计了限流法软启动器。对几种常见的传统软启动器进行了仿真分析，证实本文设计的软启动器具有更好的控制效果。在电机轻载运行时，首先对电机的调压节能控制理论进行了分析研究，重点分析说明了电机的损耗和电机功率的传递关系。节能控制方法采用的是模糊控制，同样也设计了PID控制方法来进行对比说明，在采用模糊控制方法时通过结合电机节能的情况，将功率因数与给定值的差值及其变化量作为两个输入量，输出量为晶闸管触发角变化值，并且基于恒功率因数法设计编写了35条模糊规则。 最后在基于电机调压的理论基础上搭建了电机节能控制系统的整体模型并且详细的描述了整体模型中的主要模块。分别对没有采用节能控制器、采用PID控制器和采用模糊控制器时电机的输入功率和功率因数进行了波形的仿真和分析，通过对比结果证明采用模糊控制器时电机的各项数据是最优的，同样证明采用此方法的电机节能效果是最好的。

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摘 要

Abstract

1.1 论文研究背景及意义

1.2 抽油机的发展趋势

1.3 抽油机的发展趋势

1.4 本文主要内容

第2章 游梁式抽油机的介绍

2.1 游梁式抽油机的主要构成结构

2.2 游梁式抽油机的采油系统的工作原理

2.3 游梁式抽油机电机的负载特性

2.4 抽油机节能方法比较

2.5 本章小结

第3章 异步电机的调压节能理论研究分析

3.1 电机的损耗分析

3.2 电机的功率理论分析

3.3 调压节能原理

3.4 电机调压节能方法与技术

3.5 功率因数与效率的关系

3.6 本章小结

第4章 软启动器的研究与仿真

4.1 电机直接启动及其仿真

4.2 电机传统软启动器的介绍及其仿真

4.3 限流法软启动器的设计研究及其仿真

4.4 本章小结

第5章 基于模糊控制理论的电机节能控制器的仿真研究

5.1 电机模糊节能控制器的设计方法和步骤

5.2 异步电机节能控制器系统的仿真

5.3 本章小结

第6章 三相异步电机节能控制系统硬件及软件设计

6.1 功率变送器主电路设计

6.2 三相异步电机节能控制系统的硬件设计

6.3 七路IGBT驱动电路与主控单片机连接

6.4 信号采集电路

6.5 A/D模拟/数字转换

6.6 双向反串联电子开关斩波调压的主电路驱动控制编程

6.7 基于模糊控制的恒功率因数调压移相角计算编程

6.8 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致 谢