[发明专利]一种抽油机变频器的制动电压控制方法

说明书

一种抽油机变频器的制动电压控制方法，当采样得到的直流母线电压大于控制器设定的直流母线限值时，调节控制器最小输出转矩限幅值，尽量减小回馈制动能量，使电机工作在第Ⅰ象限，将该部分能量转化为机械系统的机械能，增加的机械能使得电机转速上升；采样的电机转速大于控制器给定的电机最大允许转速，恢复控制器最小输出转矩限幅值，电机转速下降，直流母线电压升高，变频器工作在电机限速和变频器直流母线限压的平衡状态下，当采样的直流母线电压大于控制器给定最大直流母线电压，控制器开通制动电路，通过制动电阻R消耗能量，防止电压过高损坏主电路功率器件和滤波电容。

技术领域

本发明涉及一种变频器，特别是涉及一种抽油机变频器的控制方法。

背景技术

随着科技的发展，变频器在调速、节能方面体现出的优势已为大家所普遍认同。不但实现了软起、软停，而且可根据用户的需要，平滑的改变电机的转速，对抽油机的节能改造来说是很适用的。但是由于抽油机是位能性负载，在平衡块下放或驴头抬起时，存在着能量制动回馈状态，即所说的再生发电，其发出的电能通过逆变模块的续流二极管，倒灌回变频器的母线电容，严重时将会导致母线电压过高，使主电路器件：滤波电容、IGBT模块过压损坏，因此必须对这部分能量进行处理。

目前普遍采用的抽油机变频器有以下两种：

通用变频器：主回路是二极管不可控整流和PWM可控逆变部分。为了消耗再生发电的能量，在直流桥侧并联包含电阻和晶体管的能耗电路，当直流回路的电压超过规定值时，接通能耗电路时直流回路通过制动电阻释放能量，该方案的不足之处是能量损耗太大，且当油井逐渐抽空或抽油机平衡效果变差时，电机发电现象逐渐严重，制动电阻上承受的能量逐渐增大直至最后发热烧坏。

四象限变频器：主回路的整流和逆变两部分均采用PWM控制，当电机处于再生发电运行状态时，控制逆变电路工作在整流状态，通过逆变电路的二极管向直流侧供电，而整流电路工作在逆变状态，直流侧通过IGBT向电网反馈电能。该方案缺点在于主电路成本较高，控制复杂，一般不常采用。

发明内容

本发明的目的是提供一种抽油机变频器的制动电压控制方法。应用本发明的抽油机变频器和通用变频器的拓扑结构相同，无需额外的硬件支持，也无需复杂的算法，本发明即可改善当前通用变频器的不足。

本发明在通用变频器的基础上，将发电状态下本应该直接由制动电阻消耗的再生能量转化为配重块的势能，储存在机械系统中。由于曲柄的机械换向作用，储存的机械势能重新转化为动能，使得电机回馈的电能充分利用，达到节约电能的效果。

本发明的主要原理如下：

由三相交流电机工作特性可知，电机工作在Ⅰ、Ⅲ象限为电动机，工作在Ⅱ、Ⅳ象限为发电机。当抽油机系统的“负扭矩”拖动电机时，会使电动机以大于其同步转速的转速运动，电机输出转矩为负，此时电动机处于第Ⅱ象限的正向反馈制动状态，将抽油机系统中的机械能转换成电能，电动机成为一台发电机，变频器直流母线电压升高。本发明通过检测变频器直流母线电压，判断电机处于电动状态还是发电状态，当电机处于发电状态时，调节控制系统的转矩输出限幅值，使电机工作在第Ⅰ象限，防止阻力转矩的产生，将本来由电机发电产生的再生能量转化为机械能储存在机械系统中，减少了能量的消耗。

应用本发明的抽油机变频器主电路包括三相不控整流模块、制动单元、滤波电容和三相逆变模块，电压采样模块检测变频器直流母线电压，转速采样模块检测电机转速，控制器根据采样获得的直流母线电压、电机转速输出控制信号，作用于主电路的制动单元和三相逆变模块，三相逆变模块输出电压控制电机。

本发明采用三级泄放控制策略，具体如下：

所述的输出转矩限幅：电机处于发电状态，电压采样模块检测到直流母线电压升高，控制器调节输出转矩限幅值，使得电机输出的最小转矩为零，电机不再发电，从而限制了直流母线电压，这部分能量转化为抽油机四连杆系统的机械能，避免了能量的损失。