詳細說(shuō)明

作為近幾年來(lái)迅速發(fā)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(dòng)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(lái)越高的性況下，尋找更環(huán)保、更節能的驅動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(huán)境

塔式抽油機系統組成：塔式抽油機由動(dòng)力傳動(dòng)系統、控制系統機架及移動(dòng)裝置、平衡箱，平衡箱安全剎車(chē)系統，適用于普通油井的采油作業(yè)，尤其適用于長(cháng)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(dòng)機。永磁同步電機具有低速啟動(dòng)力矩大、寬調速、高效率和穩態(tài)轉速誤差小等特點(diǎn)?？梢酝ㄟ^(guò)匹配ES500變頻器實(shí)現平滑調速，在額定電壓下，轉速在0-250r/min之間可調。電況動(dòng)機的勵磁來(lái)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(zhì)負載，啟動(dòng)時(shí)需要超過(guò)額定轉矩值的轉矩。工作狀態(tài)與電梯工作比較接近，分上升和下降兩個(gè)過(guò)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(shí)會(huì )出現能量回饋，因此需要通過(guò)反饋裝置反送給電網(wǎng)或者消耗在制動(dòng)電阻上，以防止母線(xiàn)電壓過(guò)沖。

某油田一個(gè)14kW電機使用現場(chǎng)的要求為例進(jìn)行說(shuō)明，具體要求有如下：

?  客戶(hù)提供的電機參數見(jiàn)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(mǎn)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(dòng)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(dòng)小的要求。該變頻器具有以下技術(shù)特點(diǎn)：

A、啟動(dòng)頻率/啟動(dòng)轉矩在0Hz/200%

B、過(guò)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(shí)間＜10ms

E、內置C3濾波器，防干擾能力更強

F、有定長(cháng)控制功能

G、位置控制精度：±1個(gè)脈沖

控制實(shí)現

對于15kW的多級永磁同步電機，充分考慮其啟動(dòng)及運行時(shí)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(mǎn)足快速啟停，有效制動(dòng)，這樣變頻器的制動(dòng)單元應有較大的制動(dòng)電流，縮短制動(dòng)過(guò)程?？蛻?hù)可選用DBU-055-4的制動(dòng)單元，制動(dòng)電阻大小為22?/3000W。

具體使用效果

整個(gè)系統對信號的采集方面比較簡(jiǎn)潔，因此接線(xiàn)十分方便。ES500系列變頻器在矢量控制上性能優(yōu)異，只需簡(jiǎn)單的自學(xué)習就能達到對永磁同步電機的精確控制，這樣整個(gè)調試過(guò)程也變得比較輕松。