馮海江(西區(qū)采油廠動(dòng)力裝備科 陜西省延安市 717500)

油田作為耗能大戶， 其節(jié)能問題受到了世界各個(gè)國家的廣泛關(guān)注與高度重視。 對(duì)于我國而言，抽油機(jī)的節(jié)能設(shè)計(jì)同樣具有較大的意義。 據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國每年機(jī)械采油所耗電量達(dá)到40 億度電，這個(gè)數(shù)字非常大，但是根據(jù)實(shí)際測定結(jié)果表明：我國油田抽油機(jī)耗能總效率卻較低，僅為20%左右，這就是說每年約有30 億度電未進(jìn)行有效利用。 因此，對(duì)于油田抽油機(jī)而言，應(yīng)該采取有效的改進(jìn)措施，提高其電能的有效利用率。 本研究所涉及的油田抽油機(jī)用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)調(diào)壓節(jié)能效果較好，應(yīng)用十分廣泛。

一、節(jié)能控制器的節(jié)能原理分析

調(diào)壓式抽油機(jī)節(jié)能控制器一般采取雙向反并聯(lián)晶閘管加以控制的技術(shù)，該技術(shù)屬于一種三相交流調(diào)壓技術(shù)，電壓隨著抽油機(jī)的交變載荷的變化而變化，當(dāng)電壓變化時(shí)，通過機(jī)器的電流也會(huì)出現(xiàn)一定的變化。 抽油機(jī)在實(shí)際的工作過程中，若對(duì)抽油電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的電壓值加以改變， 這樣不僅能夠最大程度地降低電機(jī)的無功功率， 而且還能夠最大程度地降低電機(jī)所消耗的有功功率。 究其原因，筆者認(rèn)為主要是由于抽油機(jī)電極在空載或者輕載狀態(tài)下，對(duì)電機(jī)端的電壓進(jìn)行降低，這樣能夠減少電機(jī)的電損。抽油機(jī)電機(jī)的損耗△P 可以用下式加以表示：

上式（1）中：PCu1,PCu2——電機(jī)定子以及轉(zhuǎn)子的銅耗；

PFe——電機(jī)定子鐵耗；

Ps——電機(jī)機(jī)械損耗；

Pm——電機(jī)其他損耗。

由上式（1）可以看出，若要降低△P，那么就需要降低PCu1,PCu2，PFe，Ps 以及Pm，這樣就能夠總體上降低電機(jī)損耗，從而起到節(jié)能的作用。

二、控制原理與主電路

因?yàn)楫惒诫姍C(jī)屬于電感性荷載， 由電力電子技術(shù)方面的相關(guān)知識(shí)可以得知， 只有當(dāng)移向角α 要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于感性負(fù)載的功率因數(shù)角β 的時(shí)候才能夠起到調(diào)節(jié)電壓的作用。若α 小于β 時(shí)，電流導(dǎo)通角始終保持在平角， 該情況與兩種角度相等時(shí)的情況表現(xiàn)一致，相控未起到調(diào)節(jié)壓強(qiáng)的作用，甚至在晶閘管觸發(fā)脈沖寬度不充足的條件下，還會(huì)出現(xiàn)有一個(gè)方向的晶閘管工作，負(fù)載上可能會(huì)出現(xiàn)直流分量危害晶閘管安全地應(yīng)用。 所以，移相調(diào)壓的時(shí)候除了必須確保晶閘管觸發(fā)角度α 大于β 之外， 其所發(fā)出的觸發(fā)脈沖還應(yīng)該使得晶閘管正常地觸發(fā)導(dǎo)通。 軟啟動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖1 所示：

下圖2 主要是以晶閘管所組成的軟啟動(dòng)器的主電路。 由下圖可知，VT1-VT2、VT3-VT6 以及VT2-VT5 三個(gè)反并聯(lián)普通晶閘管串聯(lián)接在電動(dòng)機(jī)的三相電路之中， 經(jīng)過控制電路來對(duì)晶閘管的導(dǎo)通角的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制， 使得電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電路按照工作的特殊要求來對(duì)電流的大小變化加以設(shè)定。 這樣，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流大小以及啟動(dòng)方向均可以進(jìn)行任意的改變與選擇，使電動(dòng)機(jī)處于最佳的啟動(dòng)狀態(tài)， 同時(shí)還可以減少啟動(dòng)功率方面的損耗等。

三、軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，它的主要特點(diǎn)為：思路清晰、實(shí)用性強(qiáng)、可讀性強(qiáng)，且容易查找故障。 本研究使用的啟動(dòng)器的軟件主要包括如下幾個(gè)方面的內(nèi)容所組成：

（1）主程序。 主程序主要是用于完成80C196KC 的內(nèi)部寄存器的含義、設(shè)計(jì)以及中斷系統(tǒng)，定時(shí)器，高速輸入輸出等方面的初始化。

（2）故 障檢測模塊。 主要完成啟動(dòng)前后的判斷與處理，主要包括：相序檢測， 斷相、過壓以及過流等方面的故障加以檢測、報(bào)警以及處理等。

（3）軟 啟動(dòng)模塊。 按照設(shè)計(jì)的初始晶閘管控制的 角 度α 以及檢測到的電流大小以及同步信號(hào)等，對(duì)當(dāng)前晶閘管的控制角度大小加以計(jì)算與分析，按照相序關(guān)系將其送出，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的限流軟啟動(dòng)過程。

四、結(jié)論

綜上所述，本研究中所介紹的節(jié)能控制器主要采用的是單片機(jī)技術(shù)以及雙向晶閘管調(diào)壓技術(shù)，所設(shè)計(jì)的軟啟動(dòng)機(jī)節(jié)能控制器與傳統(tǒng)方式相比， 具有如下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：1）控制機(jī)理先進(jìn)，適合于工業(yè)控制；2)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、噪聲小、重量輕和占地面積??；3)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)平穩(wěn)，起始電壓、啟動(dòng)時(shí)間可調(diào)，在此范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速緩慢上升，減少了機(jī)械沖擊；4)系統(tǒng)設(shè)有斷相、斷路、漏電和過熱等保護(hù)，整定值可由用戶設(shè)定。因此， 該油田抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)調(diào)壓節(jié)能控制器得到了較為廣泛地應(yīng)用。

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