詳細說明

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

應(yīng)用環(huán)境

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

該系統(tǒng)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(diào)速、高效率和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速誤差小等特點?？梢酝ㄟ^匹配ES500變頻器實現(xiàn)平滑調(diào)速，在額定電壓下，轉(zhuǎn)速在0-250r/min之間可調(diào)。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(zhuǎn)矩性質(zhì)負載，啟動時需要超過額定轉(zhuǎn)矩值的轉(zhuǎn)矩。工作狀態(tài)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(zhuǎn)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(xiàn)能量回饋，因此需要通過反饋裝置反送給電網(wǎng)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(xiàn)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(shù)見表1。變頻器需完成快速啟?？刂疲宦?span>4-20mA模擬量輸出；

表1：15kW永磁同步電機參數(shù)

?  電機滿載情況下最高輸出轉(zhuǎn)速達187轉(zhuǎn)/分；

?  輸出電壓穩(wěn)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(zhuǎn)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(qū)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(zhuǎn)矩、速度、位置控制能力。有很好轉(zhuǎn)矩和速度控制性能，保證機械運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、響應(yīng)迅速，轉(zhuǎn)矩脈動小的要求。該變頻器具有以下技術(shù)特點：

A、啟動頻率/啟動轉(zhuǎn)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(diào)速比： 1：1000

D、速度控制精度：±0.02%最高速度 響應(yīng)時間＜10ms

E、內(nèi)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(xiàn)

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(zhuǎn)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(yīng)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(tǒng)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(yōu)異，只需簡單的自學(xué)習(xí)就能達到對永磁同步電機的精確控制，這樣整個調(diào)試過程也變得比較輕松。