基于驱动电机运行状态控制的抽油机节能技术研究

论文摘要

游梁式抽油机是油田采油的主要耗能设备,由于其负载的特殊性,游梁式抽油机电能利用率很低,本文针对油田实际情况设计了节能降耗装置。首先,本文介绍抽油机工作原理,说明了其效率低下的原因,利用matlab的simulink动态仿真平台和S函数建立了游梁机-电动机数学仿真模型,首先建立了感应电机模型和游梁机负载模型,用感应电机带游梁机负载进行仿真研究。重点研究了对电动机倒发电状态的控制:当电动机转速从低速增加到同步转速时将其从电源断开,而当电动机在断电情况下转速从高速减速到低于同步转速时将其与电源接通。仿真结果表明,对于利用转差率控制电机可以获得较好的的节能效果。其次,本文设计了以单片机为核心的IGBT控制的游梁机节能控制系统,该系统由转速测量、单片机系统、键盘显示、电机驱动等组成。该系统通过测量转速来判断游梁机-电动机是不是由电动状态变为发电状态。当电动机为发电状态时将游梁机从电网中断开,当其由发电状态转为电动状态时将游梁机接入电网,达到节能目的。最后,设计、进行了电机转速控制的小型实验,对试验数据进行了分析、比较,证明所设计的抽油机节能所用电机转速控制电路原理正确,抽油机节能方案可行。该研究可为游梁式抽油机节能提供依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 抽油机节能技术方法
• 1.4 本论文主要工作
• 第2章 游梁式抽油机新节能方案仿真分析
• 2.1 游梁式抽油机新节能技术方案
• 2.2 感应电机的数学方程及仿真模型
• 2.2.1 感应电机在abc 坐标下线性数学模型
• 2.2.2 感应电机在αβ0 系统下的数学模型
• 2.2.3 感应电机在simulink 环境下的仿真模型
• 2.2.4 感应电机仿真模型的实验验证
• 2.3 Simulink 环境下新节能方案仿真模型的建立
• 2.3.1 建立新节能方案仿真模型的基本思路
• 2.3.2 新节能方案simulink 仿真模型的建立
• 2.3.3 新节能方案的仿真结果及分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 节能控制装置系统设计
• 3.1 硬件系统设计思想
• 3.2 节能装置主电路设计
• 3.2.1 主电路结构
• 3.2.2 主电路参数
• 3.2.3 缓冲保护电路选择
• 3.3 转速测量系统设计
• 3.4 单片机控制模块系统
• 3.4.1 单片机简介
• 3.4.2 键盘显示部分
• 3.4.3 电机驱动电路
• 3.5 软件系统设计基础
• 3.5.1 Keil uVision2 开发环境
• 3.5.2 AT89S52 的定时器\计数器
• 3.6 节能控制装置软件系统
• 3.6.1 测控模块
• 3.6.2 设置模块
• 3.7 本章小结
• 第4章 节能控制系统关键技术模拟实验
• 4.1 试验电路及各部分电路元件
• 4.1.1 试验电路原理图
• 4.1.2 试验电路器件的选择
• 4.2 电机驱动控制试验电路
• 4.2.1 转速测量电路
• 4.2.2 IGBT 驱动控制电路
• 4.3 实验结果及分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录一 单片机程序
• 附录二 Matlab 电机仿真程序
• 附录三 电路原理图
• 致谢