STC单片机抽油机节能控制系统的研制

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# O, y1 L7 Q, O% \( N1 o摘要:针对当今抽油机浪费电能相对严重的实际情况，采用STC89C58单片机技术和就地电容补偿原理对抽油机节能控制系统进行
; d2 B+ h7 E/ C) \) q, T3 v9 q  L+ }了研究;介绍了抽油机的负荷特点和目前国内普遍使用的几种抽油机节能控制方法，较详细论述了系统的工作原理，并给出了系统的硬
件组成电路和主要软件程序的流程图:且通过实验表明，该控制系统可使抽油机在其负载变化时始终处于较佳运行状态，达到节能降耗
% p, z+ e. G9 E$ D9 Z的目的，具有较好的控制效果。
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关键词:抽油机;节能; STC89C58单片机
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0 引言
对于有杆抽油系统来说普遍存在以下问题:系统效率比较
0 c5 v# J6 q% |8 j: |4 r低，能耗较大，导致油田供电紧张，对单井或区块井不能自动
控制或控制程度不高。电耗约占产油成本的一半。而在电能消
耗中，抽油机又占了45%~50%。因此，研究抽油机的节能
效率，对于降低生产成本，提高经济效益具有重要意义。
抽油机在工作过程中，其电动机的平均输出功率与最高输
/ k: ~( }& ]1 A+ I+ F! X出功率之比通常为0.3~0.4,有的甚至更低。负载的变化周.
期大约为15~20s。此外，抽油机起动负荷较大，而运行负荷
小;起动转矩与运行转矩之比为1.5~1.8; 对于稠油井和结
8 I- t3 r+ L: Y盐结构井严重的则更大些。根据调查油田储油量各有差异，当
! V3 A2 ]2 M  ^4 z& k抽油机的单位抽油量少于满抽的20%时，从经济角度考虑，
抽油量的价值抵不上实际所需电费、损耗和其它费用，出现所
谓的“空抽”现象。因此，抽油机电动机长期处于低负荷，低
功率因数的状态下运行，势必要造成大量电能的浪费。若能根
* d0 h* M% v9 h. ^% K据抽油机负载变化，采用自动改变电动机的端电压、提高功率
1 U, c& K% O5 Y" J8 h3 W因数等措施，使电动机工作在最佳状态，从而达到降低损耗、
. q6 L: |  K6 E$ ]" J! O' {提高效率、节约电能的目的以。目前，国内普遍使用的抽油机
  H. X+ [4 u" U) K# j节能控制系统主要有以下几种。
$ w, Q' H" F6 Y# Q3 D& Q. a(1)定子绕组Y-△调压:电机正常运行时，定子绕组为

2 c/ ~2 |$ f6 e$ w" Q5 |△接法，起动时为Y接法，虽然控制简单，但只能减小电机
启动过程中的能量损失，每次起动需要人工干预，减压范围一
" n8 Q  {2 D& c定，用途受到限制。
(2)可控硅调压(软起动):通过采用晶闸管调压电路来
1 M9 B  l3 j0 p控制电压的大小，虽然节电效果较好，但是电源电流波形发生
畸变，电网谐波污染严重，另外在油田的恶劣环境下，其可靠
: G. m. X8 X7 f; I2 W: [性等都受到制约，而且结构复杂，成本较高。
(3)液态电阻软起动:在起动过程中，将可变电阻串人定
子，实现限流，在起动完成后将它短接。电阻的可变性是靠改
' I# S( W* F& H+ c7 E1 Q. U1 X8 A$ A变电解液电阻箱的极板距离实现的。电解液电阻箱串人定子的
方法在本质上属于降压起动，它是以牺牲起动力矩为代价的。
虽然成本低，易如维护，工作环境要求不高，但体积大，占地
面积大。
9 F) f( E5 O+ [  q(4)变频电源:采用基于双PWM变频电路的电源系统，
实现电能的双向流动，且功率因数接近1，是抽油机类频繁可
0 ~8 p) r1 d; H- c( R7 u6 U逆、快速制动负载的最佳电源选择，其节电效率可达15%。
其缺陷是设备成本较高，控制系统复杂，在油田的恶劣环境下
, X7 `1 g: B7 _1 m& Z( n4 M& W工作，其可靠性受到限制[23。
7 h! T4 F* e' Q% @3 x9 X: {; s鉴于此，笔者研制了一种新型抽油机节能控制器。该节能
- v9 x& V& D9 M5 L& ?$ B; X# _控制器利用就地电容补偿原理，降低了抽油机的总损耗，提高
了工作效率和功率因数，具有较好的节能效果。
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- G9 D' g8 U5 a0 ?& f) @' t实现原理
: C9 O$ ?6 L7 ^1 y8 k3 M由抽油机的工作原理可知，当其负载大小发生变化时，负
载电流及功率因数会产生相应的变化，所以可以把抽油机的负
; S5 L6 M8 b8 ]  H/ o载电流和电压、电流相位差作为检测信号，根据它的数值判断
9 q  O3 L1 X1 e7 w, I负载的情况田。通过实验确定出各工作状态之间切换的负载临



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一盆绿箩

研究抽油机的节能效率，对于降低生产成本，提高经济效益具有重要意义