CN1190002C - 抽油机用变频器频率控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于变频控制领域，具体地说是一种抽油机用变频器频率控制方法。在变频器的直流回路或变频器输出端，通过检测单元检测电压或电流值，判断电机是处于电动状态、还是处于发电状态，相应调整变频器输出频率，改变电机的速度，减少或消除制动单元制动电阻上电能的消耗；所述调整变频器的输出频率是用增加或减小变频器输出频率的办法，来调整电机速度，使抽油机的平均速度至其运行的期望速度值。本发明具有节能效果好的特点。
Description
技术领域
本发明属于变频控制领域，具体地说是一种抽油机用变频器频率控制方法。
背景技术
现有变频器用于抽油机时，由于抽油机的重力负载不平衡，或者说抽油机的平衡块与油杆不平衡，使抽油机在旋转时，电机时而处于电动状态，时而处于发电状态。产生发电状态的原因是系统中的位能减小，变为电能，使电机处于发电状态，从而将能量回馈到变频器中的直流回路，使中间直流回路的电压上升。在现有技术中，抽油机的变频控制方法一般采用释放能量的办法，在中间直流环节加有制动单元。在抽油机工作过程中，为了避免电压上升的过高、导致毁坏变频器，迫使制动单元开始工作，将能量释放给制动电阻，但是这些制动能量被制动电阻白白消耗掉，造成了能量的浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种节能效果好的抽油机用变频器频率控制方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：在变频器的直流回路或变频器输出端，通过检测元件检测电压或电流值，判断电机是处于电动状态、还是处于发电状态，相应调整变频器输出频率，改变电机的速度，减少或消除制动单元直流回路中制动电阻上电能的消耗；所述调整变频器频率是用增加或减小变频器输出频率的办法，来调整电机速度，使抽油机的平均速度至其运行的期望速度值；具体为：当电机处于发电状态时，增加变频器输出频率，当电机处于电动状态时，减小变频器输出频率；
所述调整变频器输出频率可以采用直流电压检测方式，具体为：设定初始直流电压值，在变频器中逆变器输入端，通过检测单元检测变频器中直流回路直流电压值，通过直流回路直流电压值是否大于初始设定值，判断电机是处于电动状态、还是处于发电状态；当检测到直流电压大于设定值时，说明电机处于发电状态，有制动能量馈入直流回路，这时，为了减少这种制动能量的回馈，控制变频器中逆变器，使其输出频率升高至逆变器最大频率限定范围之内，以减少或者完全消除制动能量的产生，使电机不发电或少发电；当检测到直流电压小于设定值时，说明电机是处于电动状态，为了保持抽油机的冲次平衡，减小变频器中逆变器的输出频率至逆变器最小频率限定范围之内，使抽油机旋转的平均速度与变频器的给定频率一致；所述设定初始直流电压值为制动能量引起的直流回路电压增高、得到大于变频器的整流器产生的直流电压值；
所述调整变频器输出频率可以采用逆变器输出电流大小检测方式，具体为：设定初始电流值，通过检测单元检测逆变器输出电流大小，判断电机是处于电动状态、还是处于发电状态；当逆变器的输出电流低于初始设定值时，控制变频器，增加其逆变器的输出频率至逆变器最大频率限定范围之内；当逆变器的输出电流高于初始设定值时，减小逆变器输出频率至逆变器最小频率限定范围之内，使抽油机旋转的平均速度与变频器的给定频率一致；所述初始电流值可以为：小于抽油机全冲程的电机最小负载电流值；
所述调整变频器输出频率可以采用直流回路电流方向检测方式，具体为：通过检测单元检测变频器内部直流回路电流方向，判断电机是处于电动状态、还是处于发电状态；当电流方向为负值时，电机处于发电状态，控制变频器中逆变器，增加逆变器的输出频率至逆变器最大频率限定范围之内；当电流方向为正值时，电机处于电动状态，控制变频器，减小逆变器输出频率至逆变器最小频率限定范围之内，使抽油机旋转的平均速度与变频器的给定频率一致；
本发明所述检测单元可为电压检测单元或电流检测单元；其中：
用于直流电压检测的检测单元可采用电阻分压器，所述电阻分压器由串联的第一分压电阻和第二分压电阻组成，并联于变频器内部的直流回路，第一分压电阻与第二分压电阻的节点对地电压为电阻分压器的输出；
用于电流检测的检测单元可采用电流传感器或检测电阻，与逆变器三相输出端电连接；
用于电流方向检测的检测单元可采用电流传感器或分流电阻，串联于直流回路。
本发明的优点如下：
采用本发明方法，当检测到电机是处于发电状态时增加变频器的输出频率，从而抑制电机的发电，使回馈到变频器中制动单元的直流回路的能量大大减小，甚至没有回馈，即避免了因电压上升的过高毁坏变频器的可能性，又减小了能量的浪费。以37kw电机的抽油机为例，与现有技术相比，采用本发明可节能约3kw。
附图说明
图1为本发明检测单元为电压检测单元的电路连接的一个实施例结构示意图。
图2为本发明检测单元为电流检测单元的电路连接的一个实施例连接结构示意图。
图3a为本发明检测单元为电流检测单元的电路连接的另一个实施例连接结构示意图。
图3b为本发明检测单元为电流检测单元的电路连接的另一个实施例连接结构示意图。
图4为本发明检测单元为电压检测单元的计算机控制程序流程图。
图5为本发明检测单元为电流检测单元一个实施例的计算机控制程序流程图。
图6为本发明检测单元为电流检测单元另一个实施例的计算机控制程序流程图。
具体实施方式
下面结合以下实施例及附图给出本发明的详细结构说明。
实施例1
本发明方法是在变频器的直流回路中或变频器输出端，通过检测单元5检测电压或电流值，判断电机是处于电动状态、还是处于发电状态，相应调整变频器输出频率，改变电机的速度，减少或消除制动单元4制动电阻上电能的消耗；所述调整变频器的输出频率是用增加或减小变频器输出频率的办法，来调整电机速度，使抽油机的平均速度至其运行的期望速度值；具体为：当电机处于发电状态时，增加变频器频率，当电机处于电动状态时，减小变频器输出频率。
如图1、4所示，变频器由整流器1、直流回路2、逆变器3、制动单元4组成，用于直流电压检测的检测单元5采用电阻分压器；所述电阻分压器由串联的第一分压电阻R1和第二分压电阻R2组成，并联在逆变器3与制动单元4之间，第一分压电阻R1与第二分压电阻R2的节点对地电压为电阻分压器的输出；本实施例针对使用37kw电机的抽油机，所述电阻分压器的电阻值为：第一分压电阻R1＝600kΩ和第二分压电阻R2＝1kΩ，串联后取第二分压电阻R2两端的电压作为控制电路的检测电压，所述调整变频器频率可以采用模拟电路硬件控制，也可以将结果传入计算机中用控制程序实现，本实施例采用计算机控制程序；
所述抽油机用变频器频率控制具体流程(如图4所示)为：先设定初始直流电压值，实施例为600V，在变频器中逆变器3输入端，通过检测单元5检测变频器中直流回路直流电压值，通过直流回路直流电压值是否大于初始设定值，判断电机是处于电动状态、还是处于发电状态；当检测到直流电压大于设定值时，说明电机处于发电状态，有制动能量馈入直流回路，这时，为了减少这种制动能量的回馈，控制变频器中逆变器3，使其输出频率升高至逆变器3最大频率限定范围之内，本实施例为55HZ，以减少或者完全消除制动能量的产生，使电机不发电或少发电；当检测到直流电压小于设定值时，说明电机是处于电动状态，为了保持抽油机的冲次平衡，减小变频器中逆变器3的输出频率至逆变器最小频率限定范围之内，以减少从电网吸收的电能，使抽油机旋转的平均速度与变频器的给定频率一致；所述设定初始直流电压值为制动能量引起的直流回路电压增高、得到大于变频器的整流器1产生的直流电压值。
当本实施例期望的抽油机运行速度所对应的变频器输出频率为45Hz时，加速可以达到55Hz，减速可以达到35Hz。
本发明原理是：当电机处于发电时，抽油机机械系统的位能降低，转化为电能，转化的电能馈入变频器的直流回路2，使直流回路2的电压上升，为了避免电压上升的过高，毁坏变频器，必须使制动单元4开始工作，将能量释放给制动电阻，这些制动能量被制动电阻消耗掉；本发明为了避免转化的电能被变频器中直流回路2中的制动电阻消耗掉，采用调整变频器频率的方法，使其输出频率上升，带动电机速度增加，从而将系统中的位能转化为动能，减少制动电阻上消耗的电能。
以37kw电机的抽油机为例，与现有技术相比，采用本发明可节能3kw。
实施例2
如图2、5所示，变频器由整流器1、中间直流回路2、逆变器3、制动单元4组成，用于电流检测的检测单元5采用三个第一电流传感器CT1，分别与逆变器3三相输出端电连接；本实施例采用37kw电机的抽油机，电流检测元件第一电流互感器CT1选150A的霍尔电流互感器，将结果传入计算机中的控制程序。
本实施例抽油机用变频器频率控制具体流程(如图5所示)为：设定初始电流值，实施例为10A，通过检测单元5检测逆变器3输出电流大小，判断电机是处于电动状态、还是处于发电状态；当逆变器的输出电流低于初始设定值10A时，控制变频器，增加其逆变器3的输出频率至逆变器3最大频率限定范围之内，本实施例为55Hz；当逆变器的输出电流高于初始设定值时，减小逆变器3输出频率至逆变器最小频率限定范围之内，使抽油机旋转的平均速度与变频器的给定频率一致；所述初始电流值可以为：小于抽油机全冲程的电机最小负载电流值。
当本实施例期望的抽油机运行速度所对应的变频器输出频率为45Hz时，加速可以达到55Hz，减速可以达到35Hz。
以37kw电机的抽油机为例，与现有技术相比，采用本发明可节能3kw。
实施例3
如图3a、6所示，变频器由整流器1、中间直流回路2、逆变器3、制动单元4组成，用于电流方向检测的检测单元5可采用第二电流传感器CT2，串联于逆变器3与制动单元4之间；本实施例采用37kw电机的抽油机，所述第二电流互感器CT2选用150A的霍尔电流互感器，将结果传入计算机中的控制程序。
本实施例抽油机用变频器频率控制具体流程为：通过检测单元5检测变频器内部直流回路2电流方向，判断电机是处于电动状态、还是处于发电状态；当电流方向为负值时，电机处于发电状态，控制变频器中逆变器3，增加逆变器3的输出频率至逆变器3最大频率限定范围之内，本实施例为55HZ；当电流方向为正值时，电机处于电动状态，控制变频器，减小逆变器输出频率至逆变器最小频率限定范围之内，使抽油机旋转的平均速度与变频器的给定频率一致。
当本实施例期望的抽油机运行速度所对应的变频器输出频率为45Hz时，加速可以达到55Hz，减速可以达到35Hz。
以37kw电机的抽油机为例，与现有技术相比，采用本发明可节能3kw。
实施例4
本实施例与实施例3不同之处在于：
如图3b所示，本发明所述用于电流检测的检测单元5亦可采用分流电阻R3，串联在直流回路逆变器3与制动单元4之间；本实施例采用37kw电机的抽油机，电流检测元件可选0.02Ω的分流电阻R3。
Claims (8)
1.一种抽油机用变频器频率控制方法，其特征在于：在变频器的直流回路或变频器输出端，通过检测单元检测电压或电流值，判断电机是处于电动状态、还是处于发电状态，相应调整变频器输出频率，改变电机的速度，减少或消除制动单元制动电阻上电能的消耗；所述调整变频器的输出频率是用增加或减小变频器输出频率的办法，来调整电机速度，使抽油机的平均速度至其运行的期望速度值；具体为：当电机处于发电状态时，增加变频器频率，当电机处于电动状态时，减小变频器输出频率。
2.按照权利要求1所述抽油机用变频器频率控制方法，其特征在于：所述调整变频器输出频率可以采用直流电压检测方式，具体为：设定初始直流电压值，在变频器中逆变器输入端，通过检测单元检测变频器中直流回路的直流电压值，通过直流回路直流电压值是否大于初始设定值，判断电机是处于电动状态、还是处于发电状态；当检测到直流电压大于设定值时，控制变频器中逆变器，使其输出频率升高至逆变器最大频率限定范围之内；当检测到直流电压小于设定值时，减小变频器中逆变器的输出频率至逆变器最小频率限定范围之内，使抽油机旋转的平均速度与变频器的给定频率一致；
所述设定初始直流电压值为制动能量引起的直流回路电压增高、得到大于变频器的整流器产生的直流电压值。
3.按照权利要求1所述抽油机用变频器频率控制方法，其特征在于：所述调整变频器输出频率可以采用逆变器输出电流大小检测方式，具体为：设定初始电流值，通过检测单元检测逆变器输出电流大小，判断电机是处于电动状态、还是处于发电状态；当逆变器的输出电流低于初始设定值时，控制变频器，增加其逆变器的输出频率至逆变器最大频率限定范围之内；当逆变器的输出电流高于初始设定值时，减小逆变器输出频率至逆变器最小频率限定范围之内，使抽油机旋转的平均速度与变频器的给定频率一致；
所述初始电流值可以为：小于抽油机全冲程的电机最小负载电流值。
4.按照权利要求1所述抽油机用变频器频率控制方法，其特征在于：所述调整变频器输出频率可以采用直流回路电流方向检测方式，具体为：通过检测单元检测变频器内部直流回路电流方向，判断电机是处于电动状态、还是处于发电状态；当电流方向为负值时，电机处于发电状态，控制变频器中逆变器，增加逆变器的输出频率至逆变器最大频率限定范围之内；当电流方向为正值时，电机处于电动状态，控制变频器，减小逆变器输出频率至逆变器最小频率限定范围之内，使抽油机旋转的平均速度与变频器的给定频率一致。
5.按照权利要求1所述抽油机用变频器频率控制方法，其特征在于：所述检测单元可为电压检测单元或电流检测单元。
6.按照权利要求1或2所述抽油机用变频器频率控制方法，其特征在于：用于直流电压检测的检测单元可采用电阻分压器，所述电阻分压器由串联的第一分压电阻和第二分压电阻组成，并联于变频器内部的直流回路，第一分压电阻与第二分压电阻的节点对地电压为电阻分压器的输出。
7.按照权利要求1、3或4所述抽油机用变频器频率控制方法，其特征在于：用于电流检测的检测单元可采用电流传感器或分流电阻，与逆变器三相输出端电连接。
8.按照权利要求1或4所述抽油机用变频器频率控制方法，其特征在于：用于电流方向检测的检测单元可采用电流传感器或分流电阻，串联于直流回路。
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