游梁式抽油机节能装置控制器的设计

摘要

游梁式抽油机是油田使用最广泛的开采设备，也是主要耗能设备，其多采用三相异步电机提供动力，由于其负载的特殊性，电动机大多数情况下处于轻载状态，使电能的利用率降低，增加了电能的损耗。为了解决游梁式抽油机的能耗等问题，研究游梁式抽油机节能装置的具有很好的实用价值。 通过对游梁式抽油机使用现状和运行工况的分析，提出了动态和静态无功补偿、依据负载率进行Y-△转换调压相结合的节能方案。在此基础上研制了采用Y-△转换调压和无功补偿相结合的节能装置控制器，采用ATT7022A检测电机运行参数，减少了CPU运算量，提高电机参数辨识的精度，并可以简化系统软件设计。系统以．Atmega128处理器为控制核心，采用功率因数控制和电压限制相结合的方式工作。输出控制采用晶闸管过零投切电容器的方法，可以解决电容器投切过程中的涌流问题。采取多次测量取平均值、连续两次电容器投切设定时间间隔的策略减少可能的电容投切振荡问题。装置对自身运行状态和抽油机运行参数等有重要意义的数据设计有最长达150天的记录功能，并有多种保护措施保证系统的稳定、可靠运行。设计了友好的人机接口和通讯接口，使控制器使用方便。在控制器的软件设计方面，采用层次化的模块结构，明确了各模块的功能，减少了模块之间的相互影响，增加了程序的可扩展性。 该装置的控制器软硬件设计全部完成，通过实际测试，能够准确进行电容器的投切，能够满足抽油机无功补偿和节能的要求。

目录

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致谢

1绪论

1.1游梁式抽油机各种节能方法比较

1.2无功补偿和Y-△转换调压相结合的节能控制方法

1.3课题的主要工作

1.4本章小结

2游梁式抽油机节能装置的原理

2.1游梁式抽油机的运行工况分析

2.1.1游梁式抽油机结构及工作原理

2.1.2异步电机相关理论分析

2.1.3抽油机电机一个冲程内的功率变化分析

2.2 Y-△转换调压和无功补偿节能原理

2.2.1 Y-△转换调压的节能原理

2.2.2无功补偿的节能原理

2.3游梁式抽油机节能装置的控制策略

2.3.1 Y-△转换调压方案的实施

2.3.2节能方案的实施

2.4本章小结

3节能装置控制器的硬件电路设计

3.1节能装置控制器的技术要求

3.2主控芯片Atmega128微处理器

3.3高精度三相电能专用计量芯片ATT7022A

3.4系统前向输入通道模块

3.5晶闸管过零触发电路

3.6电源模块的设计

3.7数据存储电路

3.8实时时钟电路

3.9液晶显示和键盘电路

3.10串行通讯部分

3.11电源监控电路

3.12硬件电路抗干扰设计

3.12.1印刷电路板抗干扰设计

3.12.2电源的抗干扰设计

3.12.3输入输出系统抗干扰设计

3.13本章小结

4节能装置控制器的软件设计

4.1软件系统结构

4.2电网参数读取模块

4.3电容器组投切计算与控制模块

4.4 Y-△转换调压控制模块

4.5电压保护逻辑模块

4.6 RS232串行通讯模块

4.7键盘操作与液晶显示模块

4.8时钟模块和数据存储模块

4.9本章小结

5结论与展望

参考文献

作者简历