摘要:针对油田抽油机轻载时效率低、功率因数低,且现有的轻载节能模型要求精确了解电动机的模型和参数,难以用于工程实现等问题,利用电机线性化的转矩-转差率关系,对恒转矩负载介绍了电机选型方式。在电机控制上考虑了抽油机上行和下行对能量的需求，在周期上对电机驱动供电进行了合理的配置，本方法有实用、简单的特点,可使电动机的效率有较大提高，大量节约了抽油机的用电量。
论文关键词：直流电机,脉冲控制器
引言
在油田实际运行中,由于电动机产品容量不连续性,安全系数选择过高等因素,使电动机额定负载总是超过最大可能峰值30%,而峰值所持续的时间又往往远小于总运行时间。电动机运行在轻载的时间占了它运行时间的大部分。轻载时,尤其是负载率低于20%的情况下,有功电流很小,而无功电流不变。本文在基于抽油机电机近似恒转矩负载的情况下,假定已知负载特性和电机额定参数,根据不同工况(负载转矩和运行频率)按一定规律来调节电机的输入电压或脉宽使整个抽油机系统效率提高。
1.电机的选型:
针对抽油机负载情况，需要合理计算出电机的负载。负载分为抽油机克服重力做功情况以及抽油机依靠重力自行转动部分。
电机力矩的选择是电机选型的最重要内容，以下内容介绍制约力据选择的因素：
A.转动惯量的选择
在旋转运动中，物体的转动惯量J对应于直线运动中的物体质量。要计算系统在加速过程中产生的动态载荷，即必须计算物体的转动惯量J和角加速度ε，然后得惯性力矩T=J*ε。物体的转动惯量：
J=
式中，L：长度（mm）
D：直径（mm）
B.加速度计算
控制系统要定位准确，物体运动必须有加减速过程。已知加速时间 ，最大角速度 ，很容易算出奠基的角加速度：
ε=/（rad/s2）
C.电机力矩计算
T=（J*ε+TL）/η
其中：TL为系统外力折算到电机上的力矩；
η为传动系统的效率。
根据计算出的力矩T再加上一定的安全系数，即可选出电机型号。
2.控制系统的硬件设计
驱动电机的硬件设计可分为控制部分和驱动部分。控制部分的主要芯片为飞利浦P89V51RD2型单片机和脉冲分配控制器PMM8713。
1）飞利浦P89V51RD2功能介绍：
该款单片机为飞利浦公司设计，使用方便并且便于调试，有优良的在线调试功能，flash可擦写次数超过1000次。
对单片机进行系统配置如图1所示：
图1 系统配置
在配置中定义P1.0口为脉冲输出口，定义P1.1为转向控制输出。
2） PMM8713芯片
PMM8713是由日本三洋电机公司生产的步进电机控制用脉冲分配器(又称逻辑转换器)，为双列直插式16脚单片CMOS集成芯片。PMM8713既可以用于3相控制，又可以用于4相控制。励磁有1相、2相和1-2相3种方式。此外，PMM8713还具有单时钟或双时钟工作方式，带有正反转控制功能以及初始化复位功能，其内部有时钟选通、激励方式控制、可逆环形计数、激励方式判断等电路。
因为PMM8713所有输入端均采用施密特整形电路，因此抗干扰能力强。输出电流大于20 mA，可直接驱动微型步进电机。逻辑框图如图2所示。
3.系统的软件设计
a)流程设计
系统软件构思是基于硬件的功能而定的，要使电机正常的启动，就要合理的分配脉冲频率或者PWM宽度。要考虑到抽油机的转动惯量，对电动机的能量供给合理配置，从而有效地节能，提高效率。实验证明，此种方式能节约电能25%以上。以下是系统软件设计流程图：
图3 软件设计流程
b)程序设计
电机转动的脉冲输出口子程序设计，在P1.0口输出脉冲：
itime0Count=itime0Count+1;
P1_0=!P1_0;
TH0=-(cirTime/256); TL0=-(cirTime%256);
ET0=TR0=1;
if(itime0Count>iIntCount)
ET0=TR0=0;
其中if(itime0Count>iIntCount)可作为判断电机是否进入惯性运动状态的条件，从而进一步对电机的通电进行控制。
4．结语
本文对抽油机用电机的节能降耗作了一定的可行性分析，给出了一种简单有效的节能方法。通过使用相信会产生较大的经济价值，从而给油田的生产经营产生更好的经济效益。
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