游梁式抽油机能量反馈系统设计研究

摘要

常规的游梁式抽油机具有结构简单、制造容易、可靠性高、耐久性好、维修方便、适应现场工况等优点，在油田生产中占有举足轻重的地位。但是其本身的结构特点决定了它的平衡效果差，抽油机在采油的过程中，由于启动负荷大且地下油层出油量不十分稳定，一昼夜周期内的液位变化比较大，在其一个抽油周期中，其上冲程和下冲程的负荷不平衡，且差别较大。尽管采取了配重悬锤等措施，但其仍旧无法完全平衡，从而使实际工作中的电机往往处于两种工作状态：电动状态和发电机状态。电机处于发电状态既危害设备运行，又造成能量损失，同时还可能污染电网。为了上述问题，本文研究并设计了一种能量反馈装置，能很好的解决系统的能量反馈问题。
　　本文从经济角度出发采用了通用变频器带回馈单元的回馈系统设计方案，该方案优势在于可与普通变频器配合使用，适用性强，结构简单，成本低，同时，该方案可扩展为共直流母线方案，发展前景广阔。在有源逆变的基础上，融入现代电力电子技术、计算机控制技术、信号检测与处理技术等设计研究了该能量反馈系统。详细阐述了能量回馈工作原理，同时结合本论文，对电流、电压的双闭环控制、PI调节等方法的应用进行详细的阐述，既而得到本系统闭环控制方案。完成了能量回馈系统主电路硬件设计，详细介绍了电压检测电路、电流检测电路、滤波器、IGBT驱动电路、同步信号电路及相关元器件的选型等。最后，对本系统设计方案进行建模，仿真，验证了其可行性。

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选题的依据与意义

国内外文献资料综述

1 绪论

1.1 论文的研究背景

1.2 抽油机节能方法

1.3 抽油机的国内外概况及发展趋势

1.4 抽油机能量回馈技术的研究现状和发展趋势

1.5 本论文研究的目的及意义

1.6 本论文的主要内容

2 游梁式抽油机工作特性分析

2.1 抽油机的基本结构

2.2抽油泵运动过程中悬点载荷分析

2.3 游梁式抽油机的载荷特性分析

2.4 抽油机电机工作过程分析

2.5 本章小结

3 抽油机能量回馈系统设计

3.1 抽油机电机发电现象分析

3.2 能量回馈处理方式

3. 3有源逆变的工作原理

3.4本章小结

4抽油机能量回馈系统控制策略实现

4.1 电压型 PWM 逆变器数学模型

4.2双闭环控制系统

4.3 PI调节器

4.4本章小结

5能量回馈系统硬件设计及Matlab仿真

5.1 系统总体结构设计

5.2 Atmega128单片机简介

5.3 IGBT及二极管参数设计

5.4 直流母线电压检测电路

5.5 直流母线电流检测电路

5.6 滤波器设计

5.7 IGBT驱动电路

5.8 同步信号电路设计

5.9系统能量回馈主电路建模及仿真

5.9结论

5.10本章小结

6 总结与展望

参考文献

后记

附录：攻读硕士学位期间发表的部分学术论著