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。 【关键词】：抽油机 节能 控制器 ATT7022A Atmega128
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TE933.1
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 游梁式抽油机各种节能方法比较10-13
• 1.2 无功补偿和Y-△转换调压相结合的节能控制方法13
• 1.3 课题的主要工作13-14
• 1.4 本章小结14-15
• 2 游梁式抽油机节能装置的原理15-30
• 2.1 游梁式抽油机的运行工况分析15-24
• 2.1.1 游梁式抽油机结构及工作原理15-18
• 2.1.2 异步电机相关理论分析18-22
• 2.1.2.1 异步电机的运行方式18-19
• 2.1.2.2 异步电机的磁通19-20
• 2.1.2.3 异步电动机的能量损耗20-21
• 2.1.2.4 异步电机的等效电路和相量图21
• 2.1.2.5 异步电机的无功功率理论分析21-22
• 2.1.3 抽油机电机一个冲程内的功率变化分析22-24
• 2.2 Y-△转换调压和无功补偿节能原理24-27
• 2.2.1 Y-△转换调压的节能原理25-26
• 2.2.2 无功补偿的节能原理26-27
• 2.3 游梁式抽油机节能装置的控制策略27-29
• 2.3.1 Y-△转换调压方案的实施27-29
• 2.3.2 节能方案的实施29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 节能装置控制器的硬件电路设计30-46
• 3.1 节能装置控制器的技术要求30-31
• 3.2 主控芯片Atmega128微处理器31-32
• 3.3 高精度三相电能专用计量芯片ATT7022A32-33
• 3.4 系统前向输入通道模块33-35
• 3.5 晶闸管过零触发电路35-36
• 3.6 电源模块的设计36
• 3.7 数据存储电路36-38
• 3.8 实时时钟电路38-39
• 3.9 液晶显示和键盘电路39-41
• 3.10 串行通讯部分41-42
• 3.11 电源监控电路42-43
• 3.12 硬件电路抗干扰设计43-45
• 3.12.1 印刷电路板抗干扰设计43-44
• 3.12.2 电源的抗干扰设计44
• 3.12.3 输入输出系统抗干扰设计44-45
• 3.13 本章小结45-46
• 4 节能装置控制器的软件设计46-61
• 4.1 软件系统结构46-48
• 4.2 电网参数读取模块48-51
• 4.3 电容器组投切计算与控制模块51-53
• 4.4 Y-△转换调压控制模块53-54
• 4.5 电压保护逻辑模块54
• 4.6 RS232串行通讯模块54-56
• 4.7 键盘操作与液晶显示模块56-58
• 4.8 时钟模块和数据存储模块58-60
• 4.9 本章小结60-61
• 5 结论与展望61-62
• 参考文献62-64
• 作者简历64-66
• 学位论文数据集66

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