【正文】 STK2S1全壓K3P17 無(wú)功功率補(bǔ)償 三相異步電動(dòng)機(jī)是典型的阻感負(fù)載，必須吸收無(wú)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(shí)要產(chǎn)生諧波電流并消耗無(wú)功功率，特別是晶閘管相控裝置工作時(shí)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(shí)基波電流滯后于電網(wǎng)電壓，要消耗大量的無(wú)功功率，而且它本身還會(huì)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(huì)產(chǎn)生大量的諧波電流。抽油機(jī)作為三相異步電動(dòng)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(duì)于異步電動(dòng)機(jī)采取無(wú)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(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒ㄍǔＳ袃煞N:無(wú)功功率的電容投切補(bǔ)償和無(wú)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(wú)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(dòng)機(jī)的三相電源上，對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償。如圖411所示，異步電動(dòng)機(jī)的有功功率為，無(wú)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(jiàn)，補(bǔ)償后的無(wú)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(wú)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?dòng)機(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(dòng)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(wú)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(shí)，KM1的線圈通電，所以KM1的觸點(diǎn)閉合。SB1和SB2分別為手動(dòng)啟動(dòng)按鈕和人工停止按鈕。按下SB1, KM2線圈回路得電，KM2觸頭動(dòng)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(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)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(shí)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(dòng)斷開，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，避免了三相缺相運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的損壞，同理可分析C相斷開時(shí)的運(yùn)行過(guò)程。A相斷開時(shí)，KM2線包斷電，KM2觸點(diǎn)打開，也會(huì)使三相電路自動(dòng)斷開，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。若在三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)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(dòng)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(guò)節(jié)能裝置控制電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，KM3的觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，此時(shí)，固態(tài)繼電器SSR的觸點(diǎn)也斷開，電動(dòng)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(gè)晶閘管中的某一個(gè)因損壞而短路時(shí)，控制電路將檢測(cè)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(huì)自動(dòng)地短接晶閘管，使電動(dòng)機(jī)直接與三相電源相連，在不停機(jī)的情況下，仍然帶動(dòng)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(shí)間里換下。 電機(jī)缺相保護(hù) 缺相保護(hù)是用來(lái)在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中由于某種事故的發(fā)生而突然斷相時(shí)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(gè)電流互感器的6個(gè)端口，、和、引入，經(jīng)過(guò)缺相保護(hù)部分進(jìn)行檢測(cè)。，缺相保護(hù)主要是利用了光禍合器件的特性。，當(dāng)沒(méi)有缺相時(shí)，有電流通過(guò)光耦器件，，經(jīng)過(guò)光電耦合，三個(gè)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(duì)進(jìn)行充電，單片機(jī)的P10口檢測(cè)到的是高電平。當(dāng)某一相因故斷開時(shí)，由于該相中沒(méi)有電流，致使這一相的光禍器件中的晶體管截止，則原來(lái)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(cè)到低電平，這時(shí)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?dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，保護(hù)了電動(dòng)機(jī)。圖412 缺相保護(hù)部分P10在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，檢測(cè)電路不斷對(duì)電流、電壓信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)電流超出給定值時(shí)，由CPU發(fā)出信號(hào)，接觸器動(dòng)作，切斷主回路電源，起到到短路和過(guò)載保護(hù)作用。第5章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng)軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)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(jiǎn)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(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(jì)軟件整體流程圖。 模塊化編程是一種軟件設(shè)計(jì)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(shí)，可以直接測(cè)試小模塊。 2).當(dāng)同類的需求較多時(shí)，可把程序放入庫(kù)中己備以后使用。3).模塊化編程使得要解決的問(wèn)題與特定模塊分離，很容易找到錯(cuò)誤的模塊，大大簡(jiǎn)化了調(diào)試。主程序流程圖如圖51所示。主程序由以下幾個(gè)子程序模塊構(gòu)成:上電自檢，初始化參數(shù)，軟起動(dòng)，A/D轉(zhuǎn)換，計(jì)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(dòng)A/D轉(zhuǎn)換計(jì)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(duì)系統(tǒng)RAM進(jìn)行自檢，可以有效避免因RAM失常對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)的損害。自檢方法:先后向整個(gè)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(shuō)明出錯(cuò)。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(gè)地址檢測(cè)完畢？A出錯(cuò)處理返回A將255寫入首址讀出校驗(yàn)是否為255？下一個(gè)地址檢測(cè)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(shí)器的初始化，中斷初始化和中斷優(yōu)先級(jí)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(jì)來(lái)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(dòng)機(jī)的勵(lì)磁參數(shù)的設(shè)定，由于電動(dòng)機(jī)型號(hào)一旦確定，其勵(lì)磁參數(shù)也隨之確定，這部分根據(jù)電動(dòng)機(jī)型號(hào)，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(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)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(huì)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(dòng)轉(zhuǎn)矩大(為其額定轉(zhuǎn)矩的2倍)，會(huì)對(duì)負(fù)載產(chǎn)生沖擊，增加傳動(dòng)部件的摩擦和額外維護(hù)，致使電動(dòng)機(jī)發(fā)熱快，因此，在程序中設(shè)置軟起動(dòng)子程序?qū)﹄妱?dòng)機(jī)進(jìn)行降壓起動(dòng)是很有必要的。 所謂軟起動(dòng)就是在單片機(jī)的控制下，在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)改變晶閘管的導(dǎo)通角，使加到電動(dòng)機(jī)定子繞組上的線電壓從零逐步增加，降低起動(dòng)電流的過(guò)程，程序設(shè)計(jì)起動(dòng)時(shí)，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(dòng)機(jī)的端電壓也從零開始上升，直至達(dá)到滿足起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求，保證起動(dòng)成功。運(yùn)用不同的設(shè)定方法，使被控電動(dòng)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(dòng)效果。在本課題中，電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)采用斜坡升壓軟起動(dòng)控制模式。斜坡電壓起動(dòng)控制模式是指在起動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)控制晶閘管導(dǎo)通角，使電動(dòng)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(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)時(shí)間短，起動(dòng)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(dòng)子程序流程圖延時(shí)500ms輸出電壓加5輸出電壓等于200V?延時(shí)5s設(shè)電壓初始值為200V延時(shí)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(gè)周期后，進(jìn)行數(shù)字濾波，通過(guò)再計(jì)算有效值作為采樣值，采樣次數(shù)為30次。程序設(shè)計(jì)采用查詢方式，使用計(jì)數(shù)器TO作為定時(shí)器，計(jì)數(shù)滿申請(qǐng)中斷，5OOus中斷一次，采樣此時(shí)的電壓、電流值，分別保存在兩個(gè)數(shù)組中，并計(jì)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(shí)器T0啟動(dòng)定時(shí)器T0標(biāo)志位=1?打開三級(jí)管采樣電壓、電流關(guān)定時(shí)器關(guān)三級(jí)管消標(biāo)志位計(jì)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(duì)抽油機(jī)負(fù)載特性和交流動(dòng)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(dòng)功能，可明顯減小交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流。延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)壽命，而且獨(dú)特巧妙的軟硬件設(shè)計(jì)，可時(shí)刻保證抽油機(jī)拖動(dòng)電動(dòng)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(dòng)電動(dòng)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(gè)工作周期中不改變交流電動(dòng)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(guò)載等保護(hù)功能，可有效、及時(shí)的防止電動(dòng)機(jī)在缺相、過(guò)載時(shí)損壞。具有時(shí)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(dòng)機(jī)的節(jié)能控制是今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)油田廣泛關(guān)注的一個(gè)課題，該裝置雖然取得了一定成果，但由于測(cè)試手段不夠完善，使用晶閘管所帶來(lái)的諧波問(wèn)題還沒(méi)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(guò)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(dòng)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(qǐng)各位老師給予批評(píng)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(jì)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(jì)和研制過(guò)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(lì)著我，使我在理論和研究能力上得到長(zhǎng)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(guò)程中，我還得到了許多老師無(wú)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(dòng)機(jī)節(jié)能改造實(shí)用手冊(cè)[M]. 上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1994[2] [M].北京:中國(guó)電力出版社,2005.[3] 張自學(xué)，兆文清，王鋼. 國(guó)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(dòng)[J].2001,2.[9] 許宏綱，[J].2002,3.[10] 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