ES500变频器在某油田塔式抽油机上的应用

详细说明

作为近几年来迅速发展的一种节能、高效的新型机械采油设备，塔式机比游梁式抽油机节电综合率高30%。但目前油井上普遍使用的异步电机驱动的游梁式抽油机，仍存在系统冗余、电机效率不高、功率因数低等缺陷。因此，在节能减排要求越来越高的性况下，寻找更环保、更节能的驱动装置成为了重中之重，ES500变频器与永磁同步电机一起构成的直驱式抽油机驱动系统便是其不错的选择。该系统相对于使用交流异步电机作为驱动装置，降低了抽油机系统的工作损耗，提升了抽油的工作效率。

应用环境

塔式抽油机系统组成：塔式抽油机由动力传动系统、控制系统机架及移动装置、平衡箱，平衡箱安全刹车系统，适用于普通油井的采油作业，尤其适用于长冲程、低冲次的采油工况使用。塔式抽油机结构如图1。

该系统核心在于永磁同步电动机。永磁同步电机具有低速启动力矩大、宽调速、高效率和稳态转速误差小等特点。可以通过匹配ES500变频器实现平滑调速，在额定电压下，转速在0-250r/min之间可调。电况动机的励磁来源于永磁体，使功率因素达0.98以上。

塔式抽油机负载特性：塔式抽油机所带为恒转矩性质负载，启动时需要超过额定转矩值的转矩。工作状态与电梯工作比较接近，分上升和下降两个过程，支持悬停，对变频器转矩控制特性要求较高，由于永磁同步电机特性决定，在塔式抽油机配重不平衡时会出现能量回馈，因此需要通过反馈装置反送给电网或者消耗在制动电阻上，以防止母线电压过冲。

某油田一个14kW电机使用现场的要求为例进行说明，具体要求有如下：

Ø  客户提供的电机参数见表1。变频器需完成快速启停控制，一路4-20mA模拟量输出；

表1：15kW永磁同步电机参数

Ø  电机满载情况下最高输出转速达187转/分；

Ø  输出电压稳定，输出电流波形为正弦波。

变频器选择：

采用异步电机加旋转编码器控制主轴电机，要求有位置控制及速度控制。ES500型变频器是一款可驱动高速电机和电主轴、变频电机、交流伺服电机、各种同步电机、普通异步电机，具有转矩、速度、位置控制能力。有很好转矩和速度控制性能，保证机械运转平稳、响应迅速，转矩脉动小的要求。该变频器具有以下技术特点：

A、启动频率/启动转矩在0Hz/200%

B、过载能力：150%额定电流60s，180%额定电流10s，200%额定电流1s

C、调速比： 1：1000

D、速度控制精度：±0.02%最高速度 响应时间＜10ms

E、内置C3滤波器，防干扰能力更强

F、有定长控制功能

G、位置控制精度：±1个脉冲

控制实现

对于15kW的多级永磁同步电机，充分考虑其启动及运行时的转矩要求，可以为其放大一档选配变频器，选配的型号为ES5004T018G。螺杆式抽油机需满足快速启停，有效制动，这样变频器的制动单元应有较大的制动电流，缩短制动过程。客户可选用DBU-055-4的制动单元，制动电阻大小为22Ω/3000W。

具体使用效果

整个系统对信号的采集方面比较简洁，因此接线十分方便。ES500系列变频器在矢量控制上性能优异，只需简单的自学习就能达到对永磁同步电机的精确控制，这样整个调试过程也变得比较轻松。