ES500變頻器在某油田塔式抽油機上的應用

詳細說明

作為近幾年來迅速發展的一種節能、高效的新型機械采油設備，塔式機比游梁式抽油機節電綜合率高30%。但目前油井上普遍使用的異步電機驅動的游梁式抽油機，仍存在系統冗余、電機效率不高、功率因數低等缺陷。因此，在節能減排要求越來越高的性況下，尋找更環保、更節能的驅動裝置成為了重中之重，ES500變頻器與永磁同步電機一起構成的直驅式抽油機驅動系統便是其不錯的選擇。該系統相對于使用交流異步電機作為驅動裝置，降低了抽油機系統的工作損耗，提升了抽油的工作效率。

應用環境

塔式抽油機系統組成：塔式抽油機由動力傳動系統、控制系統機架及移動裝置、平衡箱，平衡箱安全剎車系統，適用于普通油井的采油作業，尤其適用于長沖程、低沖次的采油工況使用。塔式抽油機結構如圖1。

該系統核心在于永磁同步電動機。永磁同步電機具有低速啟動力矩大、寬調速、高效率和穩態轉速誤差小等特點?？梢酝ㄟ^匹配ES500變頻器實現平滑調速，在額定電壓下，轉速在0-250r/min之間可調。電況動機的勵磁來源于永磁體，使功率因素達0.98以上。

塔式抽油機負載特性：塔式抽油機所帶為恒轉矩性質負載，啟動時需要超過額定轉矩值的轉矩。工作狀態與電梯工作比較接近，分上升和下降兩個過程，支持懸停，對變頻器轉矩控制特性要求較高，由于永磁同步電機特性決定，在塔式抽油機配重不平衡時會出現能量回饋，因此需要通過反饋裝置反送給電網或者消耗在制動電阻上，以防止母線電壓過沖。

某油田一個14kW電機使用現場的要求為例進行說明，具體要求有如下：

?  客戶提供的電機參數見表1。變頻器需完成快速啟?？刂?，一路4-20mA模擬量輸出；

表1：15kW永磁同步電機參數

?  電機滿載情況下最高輸出轉速達187轉/分；

?  輸出電壓穩定，輸出電流波形為正弦波。

變頻器選擇：

采用異步電機加旋轉編碼器控制主軸電機，要求有位置控制及速度控制。ES500型變頻器是一款可驅動高速電機和電主軸、變頻電機、交流伺服電機、各種同步電機、普通異步電機，具有轉矩、速度、位置控制能力。有很好轉矩和速度控制性能，保證機械運轉平穩、響應迅速，轉矩脈動小的要求。該變頻器具有以下技術特點：

A、啟動頻率/啟動轉矩在0Hz/200%

B、過載能力：150%額定電流60s，180%額定電流10s，200%額定電流1s

C、調速比： 1：1000

D、速度控制精度：±0.02%最高速度 響應時間＜10ms

E、內置C3濾波器，防干擾能力更強

F、有定長控制功能

G、位置控制精度：±1個脈沖

控制實現

對于15kW的多級永磁同步電機，充分考慮其啟動及運行時的轉矩要求，可以為其放大一檔選配變頻器，選配的型號為ES5004T018G。螺桿式抽油機需滿足快速啟停，有效制動，這樣變頻器的制動單元應有較大的制動電流，縮短制動過程?？蛻艨蛇x用DBU-055-4的制動單元，制動電阻大小為22?/3000W。

具體使用效果

整個系統對信號的采集方面比較簡潔，因此接線十分方便。ES500系列變頻器在矢量控制上性能優異，只需簡單的自學習就能達到對永磁同步電機的精確控制，這樣整個調試過程也變得比較輕松。