机电一体化说明书.docx
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机电一体化说明书
第一章概述
目前，国内外广泛采用的抽油机由于其机械特性的特殊原因，造成了抽油机的动力系统大部分运行在“大马拉小车”的工作状态，动力系统的效率一般低于30%，造成了效率低下、能耗高、采油成本居高不下的局面。
由于抽油机的动力系统电压使用标准与民用标准一致，使得与村镇相临的油井的电力失窃现象十分严重，甚至达到使抽油机无法正常工作的地步。
因此，为使油田的采油生产降低成本和防止油田电能被窃，必须对抽油机的供电系统进行技术改造。
为降低采油成本、防止油田电能被窃，我公司科研部门经过在油田广泛调研和同类产品的基础上，开发生产出了XPJF-IV抽油机有载调容调压机电一体化智能控制装置（以下简称控制装置），本装置通过有载调容调压器微电脑智能控制系统，使其实现了智能化闭环控制。
该装置由高效节能有载调容调压变压器装置和拖动装置及附件组成，并具有高节能、高防窃电等特点，为油田的节能降耗、防窃电提供了有效的技术依托，是目前国内非常适合游梁式抽油机负载特性的成套配电设备。
有载调容调压变压器配合调容调压控制器即可实现对电机有效控制，如下图：
调容调压控制器调容调压变压器电机控制箱
图1有载调容调压控制系统
第二章XPJF-IV抽油机有载调容调压
机电一体化智能控制系统
2.1、功能
2.1.1控制系统具有输出容量调整控制功能。
2.1.2控制系统具有电容补偿自动控制功能。
2.1.3控制系统具有自动、手动控制调容与电容补偿功能。
2.1.4控制系统具有停机自动回高档位（第5档）控制功能。
2.1.5控制系统具有控制参数设定功能。
2.1.6控制系统选用一相作为采样控制，具有相电压、相电流、相有功功率的计算及显示功能。
2.1.7控制系统具有多种方式防窃电的功能。
2.2、使用条件和环境温度
2.2.1电源：
AC220V、50Hz
2.2.2环境温度：
-40℃~+85℃
2.2.3相对湿度：
+20℃达到98%
2.2.4大气压力：
86~106KPa
2.2.5野外：
无腐蚀性气体及操作场所
2.2.6海拔高度2000m
2.3、技术特性
2.3.1输出容量自动调整功能：
当控制器选择自动控制模式时，本控制系统自动检测运行时的平均有功功率、运行电流，当控制系统检测运行的平均有功功率大于高一档位或最大运行电流大于额定运行电流的1.1倍时，本控制器将转换向上一个运行档位并禁止再次转换向下一档运行（防止转换振荡）；当系统的最大运行电流小于额定电流的90%时，控制系统将延时3分钟转换到下一个档位。
在每一个档位运行，控制器都要检测平均有功功率，当某一档的运行平均有功功率大于上一档位的平均有功功率，控制器将控制转换至上一档位运行；若某一档位运行时间小于15分钟，平均有功功率大于上一档的平均有功功率，转换至上一个档位后，控制器将禁止再次向下一档位转换。
注：
本控制器对应的调容开关为“有5个控制档位”，且第5档为输出电压最高档位。
2.3.2电容补偿控制：
当控制器稳定工作于某一档位时（大于10分钟），控制器将采样系统的功率因数，并逐步投入补偿电容，直至功率因数达到最高值（控制器在档位转换时将切除全部电容器）。
注：
当电容投切控制接触器线圈供电电压低于150V时，将禁止手动和自动投电容操作。
2.3.3自动、手动控制功能：
控制系统设有自动和手动两种操作模式，当操作模式设置为手动时，手动指示灯亮，允许使用升、降按键控制档位的升降转换及手动投切电容器（主要用于产品的测试及应急控制）；当操作模式设置为自动时，自动指示灯亮，控制系统将根据运行电流自动控制档位的升降转换及电容器的投切控制。
2.3.4停机自动回高档位控制功能：
当控制系统检测到设备停机或控制系统来电，控制系统将使变压器档位回到最高档位，以满足设备起动运行需要。
注：
抽油机设备每次停机后再次开机，中间应至少停机2分钟，以保证调容开关回至最高档。
2.3.5控制参数设定功能：
控制系统采用按键输入方式，以设定系统的控制参数。
在停机状态下，控制系统允许对控制参数进入修改，修改完成后，按确认键保存设定的控制参数，直到下次改变这些设置。
2.3.6档位检测失败时，禁止向上或向下转换，在数值显示中显示为“LIFAL”。
2.4、操作面板功能
2.4.1功能按键：
用于不同功能项选择的切换按键。
2.4.2增加按键：
在自动状态下，停机设定参数时，设定数值按循环值增加“1”；在手动状态下，手动控制档位向上一档位转换控制或投一组电容器。
2.4.3减小按键：
在自动状态下，停机设定参数时，设定数值按循环值减小“1”；在手动状态下，手动控制档位向下一档位转换控制或切除一组电容器。
2.4.4确认按键：
用于控制参数改变后保护控制（若参数改变后没有按确认按键，参数将不被保存，失电后此数据将丢失，再次运行时将以使用上次确认的数值）。
2.4.5数码管显示：
用于显示数值和各参数代表符（表附后）。
2.4.6发光管指示：
用于指示当前状态。
电源指示：
当控制系统有电源时，电源指示灯亮。
运行指示：
在自动状态下，当检测到一次线中有电流时（大于额定电流的10%），判断设备为运行状态，此时运行指示灯亮，控制系统按运行状态控制；当检测到一次线中无电流时（小于额定电流的10%），判断设备为停机状态，此时运行指示灯灭。
自动指示：
指示为自动控制状态。
手动指示：
指示为手动控制状态。
上升指示：
指示为控制电机向上一档转换。
下降指示：
指示为控制电机向下一档转换。
2.5、使用方法
2.5.1自、手动选择及操作功能：
在控制系统上电后，若抽油系统未运行，此时功能项显示为“SA”，数值项显示为“00”或“01”，“00”为自动操作模式，“01”为手动操作模式，通过升或降按键可以改变自、手动操作模式选择的切换（可以查看发光管指示）。
在手动操作模式下，可以完成向自动模式的切换，手动控制档位的升、降操作，手动控制补偿的投、切操作。
在自动操作模式下，可以完成向手动操作模式的切换、控制参数的设置及保存操作（正常运行时应将操作模式选择为自动并按确认键保存，下次来电再运行时即为自动方式）。
2.5.2手动操作：
当选择手动操作模式时，按功能按键，当功能项显示为“EC”时，数值项显示值为当前系统的档位值，此时按“升”按键，档位将上调一档，此时“升”指示灯亮，当开关转换后指示灯灭；按“降”按键，档位将下调一档，此时“降”指示灯亮，当开关转换后指示灯灭，在档位转换过程中，将屏蔽按键。
向上可调至最高档（5档），向下可调至设定的档位数值。
当功能项显示为“EJ”时，数值项显示值为当前系统的补偿的电容组数值，此时按“升”按键，将投入一组电容器；按“降”按键，将切除一组电容器。
最多可投入设定的电容组数。
注：
在一次手动控制档位转换过程中，控制系统不再响应按键，直到一次档位转换完成后，系统才会响应下一个按键操作。
2.5.3自动操作：
当选择自动操作模式时，在非运行状态下，控制器允许设置所需的控制参数；在运行状态下，控制器将自动调整系统输出控制并显示系统的运行数据。
2.5.4首次使用时，在控制系统上电后，应按使用要求设置控制参数，数据改变后按确认按键保存这些内容，直至再次改变这些设置。
2.5.5控制参数的设置：
A、电机额定电流设定：
当功能显示为“SP”时，数值显示为电机的额定电流值，用增、减按键改变其数值，数值从20-150A循环可选。
B、电流互感比的设定：
当功能显示为“CT”时，数值显示为电流互感比，用增、减按键改变其数值，数值从10-100循环可选（例如：
电流互感器为100/5时，CT应设定为“20”）。
C、补偿电容器组数设定：
当功能显示为“SJ”时，数值显示为补偿电容器组数值，用增、减按键改变其数值，数值从0-3循环可选。
2.5.6运行数据的查看：
当抽油机系统运行时，在自动运行状态下，自动指示灯亮，运行指示灯亮，允许查看相电压，相电流，相有功功率，相功率因数，用功能按键切换功能项。
2.5.7补偿电容器容量选择：
应根据抽油机系统的电机功率，抽油机系统的平衡度，合理地选用电容器容量及组数。
本补偿功能最多可有三路补偿电容，排列应按从大到小的原则排列。
2.6、安装接线方法
注：
当有功功率“正负符号”显示值与实际相反时，应将CT的两根输入线交换。
注：
本控制系统电源及PT采样电压等级为220V（相电压），若相电压非220V，应将其转换为220V，在功率计算时未将电压变比计算在内。
停机状态下，手动模式操作
显示
功能
SA
00=自动；01=手动，可以用升、降按键切换
EC
当前档位，可以用升，降按键对档位的升、降操作
EJ
当前补偿电容组数，可以用升、降按键投、切补偿电容
停机状态下，自动模式操作
显示
功能
SA
00=自动；01=手动，可以用升、降按键切换
SP
电机额定电流设定
CT
电流互感比设定
SJ
补偿电容器组数设定
运行状态下，自动模式显示运行参数
显示
功能
EU
输出相电压（单位：
V）
EI
输出相电流（单位：
A）
“—”P
相有功功率（单位：
KW），“—”为有功功率为负
EC
当前运行档位值
EJ
当前补偿电容器组数
FAL
指示档位输入开关检测失败
2.7、XPJF-IV有载调容调压机电一体化智能控制装置原理图
第三章有载高压调容变压器简介
抽油机用有载高压调容变压器（以下简称有载调容变压器）与电动机控制柜、电动机（XPJF-IV抽油机井口控制箱）结合在一起构成了抽油机用高效节能成套供电设备。
现将有载调容变压器的工作原理、试验情况、节能效果以及运行维护等方面内容作一简介：
3.1运行原理：
该装置的高效节能变压器是根据抽油机的工作特点而设计的，在抽油机起动时变压器的输出电压为电动机上的额定输入电压，这样可以保证抽油机有足够的起动转矩，抽油机起动完毕进入到正常状态后，控制系统将通过传感器所检测到的电动机消耗的有功功率的大小，反馈给微电脑智能控制系统，通过运算，自动改变变压器的输出电压和容量，然后再对抽油机上电动机所消耗的有功功率进行检测、记录和比较，最终找到有功功率消耗最小的运行点运行，达到节能的目的。
3.2节能原理：
抽油机在正常工作时，其电动机的平均输出转矩只要达到额定输出转矩的20-40%，就可以保证抽油机的正常运行。
电动机在20-40%的负载率时的功率因数和效率非常低下，而电动机在这种情况下本身所消耗的有功功率（主要铁损、铜损）和无功功率与在满负荷运行时是一样的。
根据电动机的输出转矩和输入电压的关系
M∝U2
可知适当的降低电动机的输入电压，在保证电动机的输出转矩大于等于抽油机所需转矩的前提下，即可降低电动机本身有功和无功消耗的结果。
变压器在改变输出电压的同时改变了铁芯中的磁通密度值，使变压器铁损、铜损下降，与此同时电动机的总电流将比调压前下降，因此使变压器的铜损也比调压前有所下降，由于采用有载调容装置，电动机和变压器的能耗都将下降，从而达到电动机—变压器双向节能目的。
3.3有载调容装置的防窃电、防盗原理：
有载调容装置在本身结构上设计了坚固的防盗措施，可以有效地防止高效节能变压器被盗，同时在抽油机节能运行工作时，可根据设定防窃电时间方式，使输出电压波动，使窃电者即使将电窃回，也会由于电压波动而使家用电器无法使用，因此变压器具有高性能防窃电功能。
3.4本控制装置采用单片机为主控制元件，运用数字处理及控制技术，具有速度快、精度高、控制功能强大等优点，由于采用数码管显示及按键输入，使人、机交互操作更方便。
3.5有载高压调容变压器的容量及参数
表1有载高压调容变压器
额定
容量
kVA
电压组合
kV
连接组
标号
输出容量
kVA
4~5级
空载
损耗
W
负载
损耗
W
调容前
短路阻抗
%
空载
电流
%
高压
低压
50
6.3
10
10.5
4~5级
0.4~0.28
Yyn0
50
195
850
4
2.3
20
95
245
63
63
215
940
4
2.2
20
115
340
80
80
265
1200
4
2.0
30
130
460
100
100
315
1500
4
1.8
40
165
550
125
125
385
1700
4
1.6
50
180
810
第四章XPJF-IV有载调容调压机电一体化智能控制装置
概述
XPJF-IV有载调容调压机电一体化智能控制装置，是抽油机井口电动机专用控制与保护装置；具有手动起动和停止或自动延时自起动功能，并对电动机断相、过载、堵转、过热等保护和记忆的功能、使用灵活方便，保护功能完善，结构新颖，防护等级高等特点，可作为油田抽油机新一代控制产品。
4.1、电动机综合保护器
电动机综合保护器是在SJDB系列保护器的基础上，为“高转差率电动机”专门设计而生产的新型综合保护器。
具有断相、过载、短路、过热等保护与记忆功能，及“电流跟踪指示、电源指示、自动延时启动、电流整定”等功能，该产品经“机械电子工业部上海电器科学研究所”测试合格，各项技术指标均达到标准。
4.2、技术性能
4.2.1负载电流等于整定电流时，长期不动作。
4.2.2负载电流等于整定电流的1.2倍时，动作时间60-360s。
4.2.3负载电流等于整定电流的2倍时，动作时间20-30s。
4.2.4启动电流等于整定电流的10倍时，动作时间0.3s。
4.2.5断相保护：
当电路中有任一相断相，动作时间≤2s。
4.2.6过热保护：
当电机温度上升到“设定温度值”时，动作时间≤0.3s。
4.2.7周围介质温度不高于+85℃，不低于-40℃。
4.2.8输出动作继电器触点容量5A。
4.3、保护器的整定
4.3.1电动机综合保护器根据用户使用要求，设定了18.5kW（23.8A）、22kW（27A）、30kW（36.4A）、37kW（40.5Ａ）、45kW（53.8A）、55kW（64.7Ａ）六个整定参数，用户可根据电机功率与电机的转矩（对应电机的额定电流）将波段开关对应选择参数即可，接线方式均采用直穿式接线。
4.3.2跟踪：
即自动跟随电动机的工作电流与指示。
4.3.3延时整定：
自动延时启动时间设定了0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、0（单位：
分钟）十个参数，为避免一台变压器供电的多台电机同时启动造成电压降过大，可调整延时时间使电机能够顺序启动。
4.4、安装使用方法
4.4.1保护器1-2接线柱为自控常闭触点，电机发生故障时，1-2断开，保护设备。
4.4.2保护器1-3接线柱为外接380V交流电源。
4.4.3保护器2-4接线柱为自动起动控制常开触点，自起动方式闭合，故障时断开。
4.4.4保护器6-7接线柱为外接“热保护即热敏电阻”不作热保护时，将6-7短路。
4.4.5当电机出现故障时，保护器将显示故障并记忆保护，若解除记忆须断开空气开关，将“自动、手动”转换开关置于手动位置，按下停止按钮即可（故障排除后可再次启动）。
4.4.6在工作途中需要停止时，先将“自动、手动”转换开关置于手动位置，按下停止按钮即可（以防自行启动造成事故）。
4.4.7附图为参考安装接线图。
4.5、定货说明
本控制箱为两种电源等级：
1、380V、2、660V。
4.6、XPJF-IV有载调容调压机电一体化智能控制装置原理图
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