【正文】 峰，保護(hù)單片機(jī)免受干擾信號的沖擊。電解電容用來穩(wěn)定電源電壓，無極性電容的作用是用來濾除電源信號中的高頻成分。 IO接口 繼電器輸出轉(zhuǎn)換就是用直流繼電器的輸出來控制交流接觸器，使之在抽油機(jī)節(jié)能控制器發(fā)生故障時短路晶閘管，使三相電直接加在電動機(jī)上，從而既不影響抽油機(jī)的繼續(xù)工作，又對抽油機(jī)節(jié)能控制器起到保護(hù)作用。如圖410所示，當(dāng)某一晶閘管因損壞而短路時，單片機(jī)將檢測到電流的異常增大，這時就會通過P17口發(fā)出一低電平控制信號，經(jīng)反相器VT3后加在電流放大器VT4的基極，使VT4飽和導(dǎo)通，這樣，直流固態(tài)繼電器SSR線包兩端就加上了+24 V的直流電壓，其觸點(diǎn)閉合，使交流接觸器KM3線包兩端通電(見圖42), KM3的觸點(diǎn)閉合，這時，KM3就短接了晶閘管，使三相電直接加在電動機(jī)上，電動機(jī)處于全壓運(yùn)行狀態(tài)。在任意時刻，如果有必要使電動機(jī)全壓運(yùn)行，可以按下S1鍵，這樣也能夠短路晶閘管，使電動機(jī)運(yùn)行于全壓狀態(tài)。圖410 繼電器輸出部分+24VSSRK1K1RELAYSPSTK2S1全壓K3P17 無功功率補(bǔ)償 三相異步電動機(jī)是典型的阻感負(fù)載，必須吸收無功功率才能正常工作。電力電子成套裝置與其他非線性裝置工作時要產(chǎn)生諧波電流并消耗無功功率，特別是晶閘管相控裝置工作時產(chǎn)生的諧波就更大，圖42中的三相晶閘管調(diào)壓器工作時基波電流滯后于電網(wǎng)電壓，要消耗大量的無功功率，而且它本身還會產(chǎn)生大量的諧波電流，這種電力電子裝置是較大的諧波源，在它的輸入側(cè)會產(chǎn)生大量的諧波電流。抽油機(jī)作為三相異步電動機(jī)的負(fù)載，在多數(shù)情況下經(jīng)常處于輕載運(yùn)行，功率因數(shù)不高，而且負(fù)載率愈低，功率因數(shù)愈低，浪費(fèi)電能更加顯著。因此對于異步電動機(jī)采取無功補(bǔ)償以提高功率因數(shù)、減小諧波影響、節(jié)約電能、減少運(yùn)行費(fèi)用以及提高電能質(zhì)量，是具有重要意義的。 無功補(bǔ)償?shù)姆椒ㄍǔＳ袃煞N:無功功率的電容投切補(bǔ)償和無功功率的電容直接補(bǔ)償，本裝置裝置采用電容直接補(bǔ)償。 無功功率的電容直接補(bǔ)償就是將電力電容器直接接入進(jìn)入異步電動機(jī)的三相電源上，對異步電動機(jī)的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償。如圖411所示，異步電動機(jī)的有功功率為，無功功率為，有功電流為，功率因數(shù)為。當(dāng)采用電容量為，即電容電流為的電容器補(bǔ)償后，由圖可見，補(bǔ)償后的無功功率為，補(bǔ)償后的功率因數(shù)為，由圖可得以下兩式: (44) (45)圖411 電容器直接補(bǔ)償相量圖上式中為無功功率補(bǔ)償率，即每單位有功功率所需的電容器補(bǔ)償值，其單位為kvar/kW。因?yàn)殡娙葜苯友a(bǔ)償?shù)氖侨喈惒诫妱訖C(jī)，因此補(bǔ)償電容器容量與其額定電容電流的關(guān)系為: （46） 式中：—電容器額定電流(A)； —電容器額定容量(kvar ) ； —電容器額定電壓((kV )。 電容器的電容C與電容器容量的關(guān)系：當(dāng)電網(wǎng)頻率f為5OHz,C以表示，U以kV表示，則根據(jù)式(46)可寫成: (47)三相異步電動機(jī)采用了電容直接補(bǔ)償后，功率因數(shù)從提高到，也就是改善了功率因數(shù)，使無功功率得到了補(bǔ)償。 節(jié)能裝置保護(hù)部分 外部線路斷相保護(hù) 三相電源C、B、A經(jīng)接觸器KM2后輸入到交流調(diào)壓環(huán)節(jié)，圖42中KM1和KM2均為交流接觸器。接通電源時，KM1的線圈通電，所以KM1的觸點(diǎn)閉合。SB1和SB2分別為手動啟動按鈕和人工停止按鈕。按下SB1, KM2線圈回路得電，KM2觸頭動作，其觸點(diǎn)閉合，節(jié)能裝置主電路接通，運(yùn)行指示燈亮。在電動機(jī)運(yùn)行過程中，若電網(wǎng)電源有一相由于某種原因突然斷開(假如是B相)，則交流接觸器KM1線圈斷電，KM1的觸點(diǎn)打開，這時KM2回路斷開，KM2線圈也斷電，KM2的觸點(diǎn)打開，使得節(jié)能裝置主電路自動斷開，電動機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，避免了三相缺相運(yùn)行時電動機(jī)的損壞，同理可分析C相斷開時的運(yùn)行過程。A相斷開時，KM2線包斷電，KM2觸點(diǎn)打開，也會使三相電路自動斷開，電動機(jī)停轉(zhuǎn)。若在三相異步電動機(jī)運(yùn)行過程中，需要使其停止，可以按下SB2，人為斷開KM2線圈供電線路，使電動機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 功率控制元件故障保護(hù)這一部分主要由交流接觸器KM3和控制電路中的直流固態(tài)繼電器SSR構(gòu)成。三相交流電通過節(jié)能裝置控制電機(jī)正常運(yùn)行時，KM3的觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，此時，固態(tài)繼電器SSR的觸點(diǎn)也斷開，電動機(jī)處于節(jié)能運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)節(jié)能裝置中的主要器件—六個晶閘管中的某一個因損壞而短路時，控制電路將檢測到電流異常增大，使固態(tài)繼電器觸點(diǎn)吸合，交流接觸器KM3的線圈回路得電，KM3的觸點(diǎn)吸合，于是節(jié)能裝置會自動地短接晶閘管，使電動機(jī)直接與三相電源相連，在不停機(jī)的情況下，仍然帶動抽油機(jī)工作而不至于影響生產(chǎn)，而損壞的晶閘管可在以后的時間里換下。 電機(jī)缺相保護(hù) 缺相保護(hù)是用來在電動機(jī)運(yùn)行過程中由于某種事故的發(fā)生而突然斷相時采取的一種保護(hù)措施。圖415為電機(jī)缺相保護(hù)原理圖。三相電流分別從三個電流互感器的6個端口，、和、引入，經(jīng)過缺相保護(hù)部分進(jìn)行檢測。，缺相保護(hù)主要是利用了光禍合器件的特性。，當(dāng)沒有缺相時，有電流通過光耦器件，，經(jīng)過光電耦合，三個光耦器件中的晶體管全部飽和導(dǎo)通，+5 V電壓直接加在和上，并對進(jìn)行充電，單片機(jī)的P10口檢測到的是高電平。當(dāng)某一相因故斷開時，由于該相中沒有電流，致使這一相的光禍器件中的晶體管截止，則原來的導(dǎo)通回路與+5V電源斷開。由于電容值很小，所以迅速放電，使單片機(jī)的P10口檢測到低電平，這時單片機(jī)就可以判斷為出現(xiàn)了缺相的現(xiàn)象，于是使D/A轉(zhuǎn)換器輸出的控制電壓變?yōu)榱?，使電動機(jī)停轉(zhuǎn)，保護(hù)了電動機(jī)。圖412 缺相保護(hù)部分P10在電機(jī)運(yùn)行過程中，檢測電路不斷對電流、電壓信號進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)電流超出給定值時，由CPU發(fā)出信號，接觸器動作，切斷主回路電源，起到到短路和過載保護(hù)作用。第5章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 單片機(jī)系統(tǒng)軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計的，應(yīng)該能夠可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，因此要求軟件具有以下特點(diǎn): 1).軟件結(jié)構(gòu)清晰、簡潔，流程合理。 2).功能程序?qū)崿F(xiàn)模塊化，以便于調(diào)試、連接、移植和修改。 3).程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器的規(guī)劃合理，既節(jié)約內(nèi)存容量，又使操作方便。 4).運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)標(biāo)志化指示。 5).實(shí)現(xiàn)軟件的抗干擾措施。 遵循以上原則，根據(jù)功能的要求，采用模塊化編程，設(shè)計軟件整體流程圖。 模塊化編程是一種軟件設(shè)計方法，各模塊程序分別編寫、編譯和調(diào)試，最后模塊一起連接。模塊化編程有以下優(yōu)點(diǎn): 1).模塊化編程使程序開發(fā)更有效，小程序更容易理解和調(diào)試。當(dāng)知道模塊的輸入和輸出時，可以直接測試小模塊。 2).當(dāng)同類的需求較多時，可把程序放入庫中己備以后使用。3).模塊化編程使得要解決的問題與特定模塊分離，很容易找到錯誤的模塊，大大簡化了調(diào)試。主程序流程圖如圖51所示。主程序由以下幾個子程序模塊構(gòu)成:上電自檢，初始化參數(shù)，軟起動，A/D轉(zhuǎn)換，計算銅耗、鐵耗及其差值，D/A轉(zhuǎn)換和輸出控制電壓子程序，下面將分別介紹各子程序模塊的功能。開始上電自檢初使化參數(shù)軟起動A/D轉(zhuǎn)換計算銅耗、鐵耗及差值D/A轉(zhuǎn)換輸出控制電壓圖51 主程序流程圖 ，對系統(tǒng)RAM進(jìn)行自檢，可以有效避免因RAM失常對系統(tǒng)帶來的損害。自檢方法:先后向整個數(shù)據(jù)區(qū)分別送入0XOOH和OXFFH，再先后讀出比較，若不一樣，說明出錯。上電自檢子程序流程圖如圖52所示:圖52 上電自檢子程序流程圖開始將0寫入首址讀出校驗(yàn)是否為0？下一個地址檢測完畢？A出錯處理返回A將255寫入首址讀出校驗(yàn)是否為255？下一個地址檢測完畢？NNNNYY 。初始化參數(shù)子程序包括以下幾部分: 1).CPU內(nèi)部寄存器的初始化 這一部分包括定時器的初始化，中斷初始化和中斷優(yōu)先級的設(shè)定等。 2）.I/O口的初始化 這部分主要是根據(jù)硬件電路的設(shè)計來確定單片機(jī)某些I/0口的初始狀態(tài)。 3).全局變量初始化 在程序中自定義的一些全局變量和標(biāo)志位狀態(tài)的初始化。 4).電機(jī)參數(shù)初始化 這一部分主要是三相異步電動機(jī)的勵磁參數(shù)的設(shè)定，由于電動機(jī)型號一旦確定，其勵磁參數(shù)也隨之確定，這部分根據(jù)電動機(jī)型號，設(shè)定、和。 初始化參數(shù)子程序流程圖如圖59所示。開始CPU內(nèi)部寄存器初始化圖53 初始化參數(shù)子程序流程圖I/O口初始化全局變量初始化電機(jī)參數(shù)初始化返回 由于三相異步電動機(jī)全壓起動時，起動電流是其額定電流的5～7倍，這需要電網(wǎng)有很大的容量，而且還會降低電器控制設(shè)備的使用壽命，影響其它電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。又由于起動轉(zhuǎn)矩大(為其額定轉(zhuǎn)矩的2倍)，會對負(fù)載產(chǎn)生沖擊，增加傳動部件的摩擦和額外維護(hù)，致使電動機(jī)發(fā)熱快，因此，在程序中設(shè)置軟起動子程序?qū)﹄妱訖C(jī)進(jìn)行降壓起動是很有必要的。 所謂軟起動就是在單片機(jī)的控制下，在電動機(jī)起動過程中，通過改變晶閘管的導(dǎo)通角，使加到電動機(jī)定子繞組上的線電壓從零逐步增加，降低起動電流的過程，程序設(shè)計起動時，晶閘管的導(dǎo)通角從開始以預(yù)設(shè)函數(shù)關(guān)系逐漸增大，電動機(jī)的端電壓也從零開始上升，直至達(dá)到滿足起動轉(zhuǎn)矩的要求，保證起動成功。運(yùn)用不同的設(shè)定方法，使被控電動機(jī)定子繞組上的輸入電壓按不同的要求而變化，就可以實(shí)現(xiàn)不同的起動效果。在本課題中，電動機(jī)軟起動采用斜坡升壓軟起動控制模式。斜坡電壓起動控制模式是指在起動過程中，通過控制晶閘管導(dǎo)通角，使電動機(jī)端電壓從初始電壓(由用戶設(shè)置)開始平滑按斜坡函數(shù)關(guān)系上升，然后，待電流穩(wěn)定后，再上升至電源電壓，這樣，電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩大，起動時間短，起動電流小，該子程序的流程圖如圖54所示。設(shè)置輸出電壓初值開始圖54 軟啟動子程序流程圖延時500ms輸出電壓加5輸出電壓等于200V?延時5s設(shè)電壓初始值為200V延時500ms輸出電壓加20輸出電壓等于380V?返回A/D轉(zhuǎn)換子程序的作用是將采樣到的電壓、電流值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，在連續(xù)采樣半個周期后，進(jìn)行數(shù)字濾波，通過再計算有效值作為采樣值，采樣次數(shù)為30次。程序設(shè)計采用查詢方式，使用計數(shù)器TO作為定時器，計數(shù)滿申請中斷，5OOus中斷一次，采樣此時的電壓、電流值，分別保存在兩個數(shù)組中，并計算它們的有效值。該子程序的流程圖如圖55所示:開始設(shè)置定時器T0啟動定時器T0標(biāo)志位=1?打開三級管采樣電壓、電流關(guān)定時器關(guān)三級管消標(biāo)志位計算電壓、電流的有效值返回圖55 A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖第6章 結(jié)論 理論分析和試驗(yàn)結(jié)果證明了在對抽油機(jī)負(fù)載特性和交流動電機(jī)機(jī)械特性分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用單片機(jī)的智能控制特點(diǎn)所研制的新型抽油機(jī)節(jié)能控制裝置的合理性、有效性和實(shí)用性，該新型抽油機(jī)節(jié)能控制裝置不但具有軟啟動功能，可明顯減小交流電動機(jī)起動電流。延長電動機(jī)壽命，而且獨(dú)特巧妙的軟硬件設(shè)計，可時刻保證抽油機(jī)拖動電動機(jī)運(yùn)行在銅損耗等于鐵損耗的最低損耗狀態(tài)，明顯降低了抽油機(jī)驅(qū)動電動機(jī)的工作電壓和電流、使抽油機(jī)工作效率及功率因數(shù)提高、具有顯著的節(jié)能效果，在抽油機(jī)的整個工作周期中不改變交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，不影響抽油機(jī)的生產(chǎn)效率，且該新型抽油機(jī)節(jié)能控制裝置具有缺相、過載等保護(hù)功能，可有效、及時的防止電動機(jī)在缺相、過載時損壞。具有時序控制功能，為油田實(shí)現(xiàn)有序采油、降低成本提供條件。 油田抽油機(jī)電動機(jī)的節(jié)能控制是今后相當(dāng)長的時期內(nèi)油田廣泛關(guān)注的一個課題，該裝置雖然取得了一定成果，但由于測試手段不夠完善，使用晶閘管所帶來的諧波問題還沒有進(jìn)行更進(jìn)一步的研究，控制參數(shù)還需要進(jìn)一步優(yōu)化，這些都是需要我們今后繼續(xù)努力探索和解決。 通過理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐，自己的業(yè)務(wù)水平和能力得到了提高，我相信，隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，抽油機(jī)電動機(jī)節(jié)能技術(shù)還將繼續(xù)得到發(fā)展。由于自己能力所限，論文中肯定也存在許多不足之處，懇請各位老師給予批評指正。致謝 本文是在導(dǎo)師 老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的。從選題、設(shè)計到論文的完成，都凝聚著導(dǎo)師的心血和汗水。在學(xué)習(xí)及課題的設(shè)計和研制過程中，導(dǎo)師 在學(xué)習(xí)及生活、課題研究中一直都給予我極大的關(guān)心和幫助。本課題能得以順利完成，也與導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)是分不開的。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)及高度的責(zé)任心，深深地影響并激勵著我，使我在理論和研究能力上得到長足進(jìn)步。在此，向?qū)煴硎旧钌畹木匆夂椭孕牡母兄x 在研究課題的過程中，我還得到了許多老師無私的幫助，在此表示深深的感謝。 最后，向在我讀書期間所有關(guān)心和支持我的親人、老師、同學(xué)、朋友致以衷心的感謝和深深的祝福！參考文獻(xiàn)[1] 陸安定，陳渭. 電動機(jī)節(jié)能改造實(shí)用手冊[M]. 上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1994[2] [M].北京:中國電力出版社,2005.[3] 張自學(xué)，兆文清，王鋼. 國內(nèi)外新型抽油機(jī)[M].北京:石油工業(yè)出版社，1994 .[4] 劉洪智，[M].北京:石油工業(yè)出版社，1997.[5] 李玉生，王琪，[J].電源技術(shù)應(yīng)用，(11).[6] [J].2000,18.[7] 薄保中，[J].節(jié)能，2000,3.[8] 史玉升，電氣傳動[J].2001,2.[9] 許宏綱，[J].2002,3.[10] 王愛霞，朱傳琴，閏敬東，董明霞。電動機(jī)D–Y技術(shù)在抽油機(jī)上的應(yīng)用[J].電工技術(shù)雜志，2000,3[11] MicroProcessorbased AdaPtive Power Factor Correcter for Nonliner Loads[J].IEEE