專利名稱：靈活接入式電機節(jié)能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電機節(jié)能控制裝置和節(jié)能電機，特別是一種與多極功率輸出的油田抽油井節(jié)能電機配合使用的控制裝置。
當(dāng)前，油田廣泛使用的采油設(shè)備是電動機驅(qū)動抽油機的抽油泵上、下往返運動提取地下原油。抽油機在提升狀態(tài)啟動時，負載很大，而在下降時，負載較底。實際應(yīng)用中電動機都是按照最大負載配備電機功率，這樣在多數(shù)情況下，電機處于低負載狀態(tài)運行，工作效率和功率因數(shù)都降低，造成電力能源的極大浪費。中國專利CN1188340A公開了《用于抽油機的繞線式節(jié)能電機及控制裝置》的技術(shù)方案是在電機定子上設(shè)計兩個功率關(guān)系為P1/(P1+P2)＝0.618-0.7的Y型繞組，與之配合的控制裝置是通過位移傳感器向單片機提供信號，并由單片機給電力電子開關(guān)器件T1和T2提供控制信號。單片機實時檢測電機的電壓和電流，并將檢測和計算的參數(shù)通過接口送數(shù)嗎顯示單元。
本實用新型的目的是針對通常使用的采油電機存在功率因數(shù)低，能耗高的問題，提供一種比現(xiàn)有技術(shù)效率更高，接線更加靈活的靈活接入式電機節(jié)能裝置及節(jié)能電機。
本實用新型的技術(shù)方案包括靈活接入式電機節(jié)能裝置及節(jié)能電機兩部分一、靈活接入式電機節(jié)能裝置，由裝置柜體和安裝在柜體內(nèi)的接線端子、控制電路組成，其特征是控制電路包括電流采樣電路5、A/D轉(zhuǎn)換電路4、電壓采樣電路8、四組交流接觸器控制電路6、四路光電控制轉(zhuǎn)換電路3、電源電路2和單片機處理電路1組成；電流采樣電路5在電源引線上裝有三組電流互感器，然后通過A/D數(shù)字轉(zhuǎn)換電路4輸入到單片機處理電路1；電壓采樣電路3從電源引入線直接輸入單片機處理電路1；四組交流接觸器控制電路6的輸入端并聯(lián)接入電源引線，輸出端和電機的輸入端子相接，交流接觸器的繼電器開關(guān)K1、K2、K3、K4分別與四路光電轉(zhuǎn)換控制電路3的輸出端子相接，光電轉(zhuǎn)換控制電路3的輸入端與單片機處理電路1連接；直流電源電路2的輸入端接在電源引線上，經(jīng)過變壓、整流輸出低壓直流電后，接入單片機處理電路1。
1、單片機處理電路1由中央處理器IC1-8031、鎖存器IC2-74LS373、程序存取器IC3-2764、讀寫存取器IC4-6116連接組成。
2、A/D數(shù)字轉(zhuǎn)換電路4是集成電路IC5-ADC0809，其輸入端與電流采樣電路5連接，輸出端與單片機處理電路1連接。
3、電流采樣電路5由三組套入電源引線的交流互感器分別接入D1和D4、D2和D5、D3和D6串聯(lián)后并聯(lián)的整流電路，通過電阻R6、R7分壓后輸出0-5V的變化信號到A/D數(shù)字轉(zhuǎn)換電路4。
4、電源電路2包括輸出12V的變壓器、橋式整流電路、穩(wěn)壓電路，從橋式整流電路輸出端接入分壓電阻R8后，輸出0-5V的電壓采樣信號與A/D數(shù)字轉(zhuǎn)換電路4的輸入端連接，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，輸入到單片機處理電路1；從穩(wěn)壓電路輸出12V的直流電源接入單片機處理電路1。
5、單片機處理電路1的輸出端分別接入四路光電轉(zhuǎn)換控制電路3，四路光電轉(zhuǎn)換控制電路分別由IC7-74LS00、IC6-74LS00并列接入單片機處理電路1的輸出端，并聯(lián)后接入四組交流接觸器控制電路6；每組交流接觸器控制電路的輸入端并聯(lián)接入光電轉(zhuǎn)換電路的輸出端后，經(jīng)過分壓電阻R2(R3、R4、R5)、發(fā)光電路01(02、03、04)、電阻R10(R11、R12、R13)和三極管N1(N2、N3、N4)后分別接入開關(guān)繼電器J1(J2、J3、J4)；開關(guān)繼電器J1、J2、J3、J4分別控制交流接觸器JK1、JK2、JK3、JK4的開閉，交流接觸器JK1、JK2、JK3、JK4的輸入端分別接入三相交流電源，其輸出端接入柜體內(nèi)的接線端子。
6、安裝在柜體內(nèi)的接線板為階梯形，接線端子分三行均勻分布在接線板上，其中電源引線直接接入上排接線端子，交流接觸器的JK1、JK2、JK3、JK4的的輸出端子通過導(dǎo)線分別接入接線板第二、三排接線端子。
二、與靈活接入式電機節(jié)能裝置配合的節(jié)能電機，由定子、轉(zhuǎn)子和繞組組成，其特征是在電機定子的繞組中V1-V3、U1-U3、W1-W3之間分別接有抽頭V2、U2、W2，三組抽頭組合成三種功率P1、P2、P3，其比值是P1∶P2∶P3＝5∶3∶2。電機功率P1對應(yīng)的輸入端子接入接線板的交流繼電器JK2的輸出端子，電機功率P2對應(yīng)的輸入端子接入交流繼電器JK3的輸出端子，電機功率P3對應(yīng)的輸入端子接入交流繼電器JK4的輸出端子。
本實用新型采用電機電壓、電流信號實時檢測采樣，通過數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，輸入中央處理器，配合編程軟件控制程序，由中央處理器進行處理后向交流接觸器的控制電路發(fā)出指令，控制電機在不同功率輸出，提高電機功率因數(shù)，實現(xiàn)節(jié)約能源、提高效率的目的。
以下結(jié)合附圖就具體實施例進行說明。


圖1是本實用新型電機節(jié)能裝置及節(jié)能電機的電路方框圖2是本實用新型電機節(jié)能裝置的電路圖；圖3是本實用新型交流接觸器控制電路與節(jié)能電機繞組的電路圖；圖4是本實用新型節(jié)能電機三種繞組接線示意圖；圖5是本實用新型接線板的接線端子結(jié)構(gòu)圖。
圖2給出了本裝置的一個具體實施例的電路圖。按照圖2電路圖制作電路板，安裝在控制柜的柜體內(nèi)。接線板按圖5所示加工成階梯形，接線端子分三行固定在接線板上，然后固定在柜體內(nèi)。電路板與接線板之間絕緣隔離。
交流電源的引線接入接線板上行接線端子，然后按圖3所示分別接入交流接觸器JK1、JK2、JK3、JK4的輸入端，其輸出端分別接入接線板接線端子上。
節(jié)能電機的三種功率狀態(tài)的繞組按圖4所示組合成功率P1、P2、P3，P1∶P2∶P3＝5∶3∶2。功率P1對應(yīng)的繞組U1-U3、V1-V3、W1-W3引線端于分別接入交流接觸器JK1、JK2的輸出接線端子；功率P2對應(yīng)的繞組U1-U2、V1-V2、W1-W2引線端子分別接入交流接觸器JK1、JK4的輸出接線端子；功率P3對應(yīng)的繞組U2-U3、V2-V3、W2-W3引線端子分別接入交流接觸器JK2、JK3的輸出接線端子。
該裝置是以電動機的電流作為信號源，通過電流互感器采樣電路5采集平均信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路4轉(zhuǎn)換為隨機跟蹤的數(shù)字信號，由單片機處理電路1處理后，計算出電動機的瞬時功率及平均功率，以平均功率同電機的額定功率相比較，相應(yīng)地切換到功率P1、P2、P3功率狀態(tài)下運行。
1、接通電源且單片機處理電路1初始化后，首先由P10、P10送低電平(0信號)信號，經(jīng)過四路光電控制轉(zhuǎn)換電路3使繼電器J1、J2吸合，從而導(dǎo)致K1-1、K2-2接通，QK1、QK2隨機得電工作，交流接觸器JK1、JK2接通電機的U1-U3、V1-V3、W1-W3繞組(見圖3)，節(jié)能電機在5/5額定功率下運行。
2、節(jié)能電機在5/5滿負荷功率下運行時，電流采樣電路5通過互感器感應(yīng)出三相交流電路的電流信號，并且平均后以0-5V的變化信號送給A/D數(shù)字轉(zhuǎn)換電路4，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后將0-5V變化的電流信號轉(zhuǎn)化為0-5的數(shù)字信號送給單片機處理電路1的讀寫存取器IC4-6116存儲。
3、電流信號存儲后，單片機處理電路1控制A/D轉(zhuǎn)換電路(由操作軟件設(shè)定)切換電流采樣電路5，即關(guān)IN-0腳，開IN-1腳，從電壓采樣電路8采集電壓信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后，輸出給單片機處理電路1。
4、單片機處理電路1在獲得電流信號和電壓信號后，計算出相應(yīng)的瞬時功率，并將一段時間內(nèi)的瞬時功率取平均值為P，同原存在存取器內(nèi)的電機額定功率值P1、P2、P3相比較。
當(dāng)P1＞P＞P2＞P3時，則單片機處理電路1控制交流接觸器JK1、JK2接通；當(dāng)P1＞P2＞P＞P3時，則單片機處理電路1控制交流接觸器JK1、JK3接通；當(dāng)P1＞P2＞P3＞P時，則單片機處理電路1控制交流接觸器JK2、JK4接通。
5、單片機處理電路1在控制交流接觸器JK1、JK2、JK3、JK4觸點轉(zhuǎn)換時，均采用內(nèi)部延時1秒，這樣在切換過程中，不會造成電機堵轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)換時的弧光短路現(xiàn)象。
通過以上實時控制，很好地解決了電機在變負荷使用中的能源浪費現(xiàn)象。
權(quán)利要求1.一種靈活接入式電機節(jié)能裝置，由柜體和安裝在柜體內(nèi)的接線端子、控制電路組成，其特征是控制電路包括電流采樣電路(5)、A/D轉(zhuǎn)換電路(4)、電壓采樣電路(8)、四組交流接觸器控制電路(6)、四路光電控制轉(zhuǎn)換電路(3)、電源電路(2)和單片機處理電路(1)組成；電流采樣電路(5)在電源引線上裝有三組電流互感器，然后通過A/D數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(4)輸入到單片機處理電路(1)；電壓采樣電路(3)從電源引入線直接輸入單片機處理電路(1)；四組交流接觸器控制電路(6)的輸入端并聯(lián)接入電源引線，輸出端和電機的輸入端子相接，交流接觸器的繼電器開關(guān)K1、K2、K3、K4分別與四路光電轉(zhuǎn)換控制電路(3)的輸出端子相接，光電轉(zhuǎn)換控制電路(3)的輸入端與單片機處理電路(1)連接；直流電源電路(2)的輸入端接在電源引線上，經(jīng)過變壓、整流輸出低壓直流電后，接入單片機處理電路(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的靈活接入式電機節(jié)能裝置，其特征是單片機處理電路(1)由中央處理器IC1-8031、鎖存器IC2-74LS373、程序存取器IC3-2764、讀寫存取器IC4-6116連接組成；A/D數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(4)是集成電路IC5-ADC0809，其輸入端與電流采樣電路(5)連接，輸出端與單片機處理電路(1)連接；電流采樣電路(5)由三組套入電源引線的交流互感器分別接入D1和D4、D2和D5、D3和D6串聯(lián)后并聯(lián)的整流電路，通過電阻R6、R7分壓后輸出0-5V的變化信號到A/D數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(4)；電源電路(2)包括輸出12V的變壓器、橋式整流電路、穩(wěn)壓電路，從橋式整流電路輸出端接入分壓電阻R8后，輸出0-5V的電壓采樣信號與A/D數(shù)字轉(zhuǎn)換電路(4)的輸入端連接，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，輸入到單片機處理電路(1)；從穩(wěn)壓電路輸出12V的直流電源接入單片機處理電路(1)；單片機處理電路(1)的輸出端分別接入四路光電轉(zhuǎn)換控制電路(3)，四路光電轉(zhuǎn)換控制電路分別由IC7-74LS00、IC6-74LS00并列接入單片機處理電路(1)的輸出端，并聯(lián)后接入四組交流接觸器控制電路(6)；每組交流接觸器控制電路的輸入端并聯(lián)接入光電轉(zhuǎn)換電路的輸出端后，經(jīng)過分壓電阻R2(R3、R4、R5)、發(fā)光電路01(02、03、04)、電阻R10(R11、R12、R13)和三極管N1(N2、N3、N4)后分別接入開關(guān)繼電器J1(J2、J3、J4)；開關(guān)繼電器J1、J2、J3、J4分別控制交流接觸器JK1、JK2、JK3、JK4的開閉，交流接觸器JK1、JK2、JK3、JK4的輸入端分別接入三相交流電源，其輸出端接入柜體內(nèi)的接線端子。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的靈活接入式電機節(jié)能裝置，其特征是安裝在柜體內(nèi)的接線板為階梯形，接線端子分三行均勻分布在接線板上，其中電源引線直接接入上排接線端子，交流接觸器的JK1、JK2、JK3、JK4的的輸出端子通過導(dǎo)線分別接入接線板第二、三排接線端子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的靈活接入式電機節(jié)能裝置，其特征是在電機定子的繞組中V1-V3、U1-U3、W1-W3之間分別接有抽頭V2、U2、W2，三組抽頭組合成三種功率P1、P2、P3，其比值是P1∶P2∶P3＝5∶3∶2。
專利摘要本實用新型涉及一種電機節(jié)能裝置和節(jié)能電機,特別是一種適用于油田抽油井電機變負荷運行使用的靈活接入式電機節(jié)能裝置及節(jié)能電機。該節(jié)能裝置包括電流采樣電路、A/D數(shù)字轉(zhuǎn)換電路、電壓采樣電路、交流接觸器控制電路、光電控制轉(zhuǎn)換電路和單片機處理電路等組成,具有實時檢測采樣,延時切換功率輸出。節(jié)能電機采用三角形繞組組合,具有多種功率輸出。兩者結(jié)合后,極大地提高電機工作效率,節(jié)約能源。
文檔編號H02K27/12GK2411615SQ9924741
公開日2000年12月20日 申請日期1999年12月7日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月7日
發(fā)明者劉平, 郭衛(wèi)東, 李建軍, 黃奔 申請人:勝利油田金島實業(yè)公司勞動服務(wù)公司