【正文】 最后，向在我讀書(shū)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:上海科學(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] 王愛(ài)霞，朱傳琴，閏敬東，董明霞。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。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。 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。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。該子程序的流程圖如圖55所示:開(kāi)始設(shè)置定時(shí)器T0啟動(dòng)定時(shí)器T0標(biāo)志位=1?打開(kāi)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。設(shè)置輸出電壓初值開(kāi)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。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。 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(kāi)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(kāi)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。開(kāi)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。 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。 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)。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(kāi)始將0寫(xiě)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(xiě)入首址讀出校驗(yàn)是否為255？下一個(gè)地址檢測(cè)完畢？NNNNYY 。開(kāi)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。主程序流程圖如圖51所示。 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。模塊化編程有以下優(yōu)點(diǎn): 1).模塊化編程使程序開(kāi)發(fā)更有效，小程序更容易理解和調(diào)試。 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。 4).運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)標(biāo)志化指示。 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。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。當(dāng)某一相因故斷開(kāi)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(kāi)。缺相保護(hù)主要是利用了光禍合器件的特性。圖415為電機(jī)缺相保護(hù)原理圖。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。 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。A相斷開(kāi)時(shí)，KM2線包斷電，KM2觸點(diǎn)打開(kāi)，也會(huì)使三相電路自動(dòng)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。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。接通電源時(shí)，KM1的線圈通電，所以KM1的觸點(diǎn)閉合。 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(xiě)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。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。 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。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。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。在任意時(shí)刻，如果有必要使電動(dòng)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(dòng)機(jī)運(yùn)行于全壓狀態(tài)。 IO接口 繼電器輸出轉(zhuǎn)換就是用直流繼電器的輸出來(lái)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(shí)短路晶閘管，使三相電直接加在電動(dòng)機(jī)上，從而既不影響抽油機(jī)的繼續(xù)工作，又對(duì)抽油機(jī)節(jié)能控制器起到保護(hù)作用。圖中用來(lái)獲取電壓信號(hào)，穩(wěn)壓管用來(lái)使輸入單片機(jī)的脈沖電壓穩(wěn)定在5V左右，小電容可以濾除輸入電壓信號(hào)的尖峰，保護(hù)單片機(jī)免受干擾信號(hào)的沖擊。圖49 U與I相位角檢測(cè)原理圖U3U4I3I4LM393LM393+9VINT1–++–將正脈沖輸入到單片機(jī)的INT1引腳，通過(guò)對(duì)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的方式寄存器TMOD編程，置位門(mén)控位GATE，并選擇計(jì)數(shù)器方式。該矩形波利用二極管的單相導(dǎo)電性，使二極管的輸出端波形僅為正脈沖。由于三相電源電壓信號(hào)和電流信號(hào)在相位上相差一個(gè)角度，所以電壓方波信號(hào)與電流方波信號(hào)也相差一個(gè)角度。交流電壓信號(hào)在經(jīng)過(guò)LM393后，輸出為方波信號(hào)，這個(gè)電壓方波信號(hào)與三相電源具有相同的頻率。圖49是U和1相位角的檢測(cè)原理圖。為此，將來(lái)自電流互感器的電流信號(hào)流經(jīng)一個(gè)電阻，然后從該電阻兩端取出電壓信號(hào)，再進(jìn)行整流、濾波、采樣，圖中和的作用都是為了濾除高頻干擾，保護(hù)A/D轉(zhuǎn)換器。和起到了保護(hù)A/D轉(zhuǎn)換器免受干擾信號(hào)沖擊的作用。圖中晶體管和的作用是:開(kāi)始時(shí)單片機(jī)的P12口為高電平，使和飽和導(dǎo)通，則U端和I端為低電平。采集到的電壓信號(hào)經(jīng)U端進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，給單片機(jī)提供可處理的數(shù)字量。從電壓互感器取出的信號(hào)經(jīng)過(guò)橋式整流后，由電容濾波，形成的直流電壓信號(hào)再經(jīng)分壓，加在電位器RP1上，VS1為穩(wěn)壓管。采樣和檢測(cè)電路獲得的的電壓和電流信號(hào)為計(jì)算銅耗、鐵耗做準(zhǔn)備，控制電路里還利用來(lái)自三個(gè)電流互感器的電流進(jìn)行缺相保護(hù)。設(shè)計(jì)的電壓互感器的變比為50:1，其輸出電壓輸入到控制電路里進(jìn)行電壓信號(hào)采樣、檢測(cè)。使用片內(nèi)上電復(fù)位時(shí)不需要外接元件；、電流采樣由一個(gè)電壓互感器和三個(gè)電流互感器構(gòu)成。P87LPC762的主要特性如下：1）操作頻率為20MHz時(shí)，除乘法和除法指令外，加速80C51指令執(zhí)行時(shí)間為300～600ns。由于控制電路的輸入變量和輸出變量較少，所要求的運(yùn)算速度和精度不是很高。當(dāng)需要甩開(kāi)節(jié)能裝置或晶閘管出現(xiàn)故障時(shí)，單片機(jī)發(fā)出一控制信號(hào)，由直流固態(tài)繼電器控制交流接觸器KM3，使其觸點(diǎn)接通，工頻三相電源直接加于三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組上。鍵盤(pán)部分利用一些獨(dú)立式按鍵來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作以及有關(guān)顯示的部分。另外，來(lái)自互感器的電壓、電流信號(hào)還進(jìn)入電壓與電流的相位角檢測(cè)電路，獲得它們之間的相位角，單片機(jī)利用得到的相位角來(lái)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的銅耗和鐵耗。4. 4節(jié)能裝置控制部分控制電路是整個(gè)節(jié)能裝置的核心，接收檢測(cè)信號(hào)、發(fā)出指令，控制節(jié)能裝置的所有操作，如圖44所示，控制電路的系統(tǒng)構(gòu)成包括主控CPU，電壓、電流的采樣，電壓與電流的相位角檢測(cè)，A/D和D/A轉(zhuǎn)換，缺相保護(hù)，繼電器輸出，監(jiān)控和電源。至于各晶閘管門(mén)極的觸發(fā)脈沖，同相間兩管的觸發(fā)脈沖應(yīng)互差，三相間的同方向晶閘管的觸發(fā)脈沖要互差，要采用寬脈沖或雙窄脈沖觸發(fā)，在這里采用的是雙窄脈沖觸發(fā)方式。在圖42中使用的是三相交流調(diào)壓電路，相當(dāng)于三個(gè)單相晶閘管交流調(diào)壓電路的組合，電路中晶閘管承受的電壓、電流就是每相間的單相調(diào)壓器需要考慮的數(shù)值，所不同的是晶閘管承受的電壓為線電壓，而流過(guò)反并聯(lián)晶閘管的電流為線電流而己，其工作原理和每相負(fù)載上的電壓波形與單相交流調(diào)壓情況有點(diǎn)類似但卻不完全相同。交流調(diào)壓的原理就是利用晶閘管導(dǎo)通角的變化來(lái)改變輸出電壓的有效值以實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載電路輸入電壓的調(diào)節(jié)。若正負(fù)半周以同樣的移相角觸發(fā)和，則負(fù)載電壓有效值可以隨角而改變，實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓，圖43示出其波形。單相交流調(diào)壓電路如圖43所示，其中晶閘管和反并聯(lián)連接與負(fù)載電阻R串聯(lián)接到交流電源上。它是使晶閘管在電源電壓每一周期中，在選定的時(shí)刻內(nèi)將負(fù)載與電源接通，改變選定的時(shí)刻可達(dá)到調(diào)壓的目的。這種控制方式電路簡(jiǎn)單，功率因數(shù)高，適用于有較大時(shí)間常數(shù)的負(fù)載，缺點(diǎn)是輸出電壓或功率調(diào)節(jié)不平滑。即把晶閘管作為開(kāi)關(guān)將負(fù)載與交流電源接通幾個(gè)周期(工頻1周期為20ms)，然后再斷開(kāi)數(shù)個(gè)周期，以改變通斷時(shí)間比值達(dá)到調(diào)壓的目的。（2）交流調(diào)壓電路用晶閘管組成的交流電壓控制電路，可以方便地調(diào)節(jié)輸出電壓有效值。4）要使晶閘管關(guān)斷，必須去掉陽(yáng)極正向電壓(=0)，或者給陽(yáng)極加反壓( 0)；或者降低陽(yáng)極正向電壓，使通過(guò)晶閘管的電流降低到維持電流以下。2）當(dāng)晶閘管承受正向電壓，即0時(shí)，僅在門(mén)極承受正向電壓( 0)的情況下晶閘管刁一能導(dǎo)通。晶閘管有三個(gè)電極：陽(yáng)極、陰極和門(mén)極。第六部分為電動(dòng)機(jī)缺相保護(hù)部分。第四部分為IO接口裝置通訊部分。第二部分為節(jié)能裝置控制部分。節(jié)能控制系統(tǒng)構(gòu)成圖如圖41所示。第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 概述 三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)負(fù)荷時(shí)，基本上處于周期性變化之中，這種變化主要引起電流及功率因數(shù)的變化，因此也可由電流或功率因數(shù)的變化獲知負(fù)載的變化情況，從而便可以將電流或功率因數(shù)作為反饋量來(lái)對(duì)抽油機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制。當(dāng)電動(dòng)機(jī)輕載或空載時(shí)，中分量所占的比重較大，分量所占的比重較小，電壓適當(dāng)下降時(shí)，定子電流能夠減小，相應(yīng)地定子銅耗也可以減小。5）定子銅耗定子銅耗取決于定子電流的大小。還可以由轉(zhuǎn)差率直接算出轉(zhuǎn)子銅耗的大小，故轉(zhuǎn)子銅耗又稱為轉(zhuǎn)差損耗或轉(zhuǎn)差功率： （337 ）對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載來(lái)說(shuō)，由于輸入功率幾乎不變，所以當(dāng)降壓運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子銅耗將隨轉(zhuǎn)差率的增大而增大。（2）電壓變化對(duì)電動(dòng)機(jī)的損耗影響 電動(dòng)機(jī)的損耗，: (332) 電壓變化對(duì)各項(xiàng)損耗的影響如下: 1）機(jī)械損耗 機(jī)械損耗與轉(zhuǎn)速成正比，由于電壓變化所引起的轉(zhuǎn)速變化不大，因此可認(rèn)為 常數(shù) (333) 2）附加損耗 附加損耗與電流的平方成正比，與電壓的平方成反比 (334)3）定子鐵耗當(dāng)電壓接近額定值時(shí)，電動(dòng)機(jī)的磁路趨于飽和:當(dāng)電壓低于額定值時(shí)，鐵耗近似地與外加電壓的平方成正比，即 （335）4）轉(zhuǎn)子銅耗轉(zhuǎn)子銅耗的大小主要取決于轉(zhuǎn)子電流的大小，而轉(zhuǎn)子電流的大小