【文章內(nèi)容簡介】 已是十分成熟的電氣產(chǎn)品 。 抽油機(jī)改用變頻器拖動以后有以下幾個好處 :① 可根據(jù)油井的實(shí)際供液能力 ,動態(tài)調(diào)整抽取速度 ,一方面達(dá)到節(jié)能目的 ,同時還可以增加原油產(chǎn)量 。② 由于實(shí)現(xiàn)了真正的軟起動 ,對電動機(jī) 、變速箱 、 抽油機(jī)都避免了過大的機(jī)械沖擊 ,大大延長了設(shè)備的使用壽命 ,減少了停產(chǎn)時間 ,提高了生產(chǎn)效率 。③ 大大提高了功率因數(shù) (可由原來的 提高到 ),從而大大減少了供電電流 ,減輕了電網(wǎng)及變壓器的負(fù)擔(dān) ,降低了線損 ,挖掘出了大量的 “ 擴(kuò)容 ” 潛力 。 但是 ,將變頻器用于抽油機(jī)拖動時 ,也有幾個問題需要解決 ,主要是沖擊電流問題和再生能量的處理問題 。 五、變頻調(diào)速電機(jī)的節(jié)能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 抽油機(jī)利用變頻器調(diào)速，使之動態(tài)適應(yīng)油井負(fù)荷的變化，達(dá)到節(jié)電的目的，必須要加外部傳感器，否則無法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)智能控制，只能實(shí)現(xiàn)人工定值控制。所采用的傳感器的類型，與間抽控制器大體相同，但是在要求上是有差別的。流量檢測是最直觀、最準(zhǔn)確的方法，如果能實(shí)現(xiàn)小流量檢測并解決防堵問題，應(yīng)盡量采用流量傳感器。光桿載荷傳感器也能用來檢測井下液量的多少，與間抽控制不同的是，閉環(huán)調(diào)速控制只要求載荷的變化趨勢，不需要標(biāo)定空抽設(shè)定值。光桿的平均載荷大，說明井下液量少，應(yīng)減速運(yùn)行，反之則可加速運(yùn)行。電流控制不可取，因?yàn)檫@里除了配 重的影響外，當(dāng)電機(jī)調(diào)速時，電流也是隨著變化的，因此不能將電流信號用作控制依據(jù) 。 五、變頻調(diào)速電機(jī)的節(jié)能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 再生能量的處理問題 由于抽油機(jī)屬位能性負(fù)載，尤其當(dāng)配重不平衡時，在抽油機(jī)工作的一個沖程中，會出現(xiàn)電動機(jī)處于再生制動工作狀態(tài)（發(fā)電狀態(tài)），電動機(jī)由于位能或慣性，其轉(zhuǎn)速會超過同步速，再生能量通過與變頻器逆變橋開關(guān)器件（ IGBT）并聯(lián)的續(xù)流二極管的整流作用，反饋到直流母線。由于交 直 交變頻器的直流母線采用普通二級管整流橋供電，不能向電網(wǎng)回饋電能，所以反饋到直流母線的再生能量只能對濾波電容器充電而使直流母線電壓升高，稱作 泵升電壓 。直流母線電壓過高時將會對濾波電容器和功率開關(guān)器件構(gòu)成威脅，為了保護(hù)電容器及功率開關(guān)器件的安全，所以，變頻器都設(shè)置了直流母線電壓高保護(hù)停機(jī)功能。 五、變頻調(diào)速電機(jī)的節(jié)能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 如果抽油機(jī)不平衡 ,造成過大的沖擊電流，沖擊電流與工作電流之比最大可超過 5 倍，甚至超過額定電流的 3 倍！不僅浪費(fèi)掉大量的電能，而且嚴(yán)重威脅到設(shè)備的安全。同時，也給采用變頻器調(diào)速控制造成很大的困難，一般變頻器的容量是按電動機(jī)的額定功率來選配的，過大的沖擊電流會引起變頻器的過載保護(hù)，不能正常工作。 通過對抽油機(jī)曲柄配重塊的調(diào)整，可以使沖擊電流降到電機(jī)額定電流之內(nèi)，沖擊電流與正常工作電流之比在 倍以內(nèi)。這樣，選用與電機(jī)額定功率同容量的變頻器，甚至略小于電機(jī)額定功率的變頻器（要視抽油機(jī)電動機(jī)的負(fù)載率而定）都可以長期穩(wěn)定運(yùn)行。由于抽油機(jī)的起動扭矩往往很大，慣性也很大，所以要將變頻器的加減速時間設(shè)置得足夠長，一般為 30～ 50s，才不致在起動時引起過載保護(hù)。 五、變頻調(diào)速電機(jī)的節(jié)能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 這里主要講電磁干擾（ EMI）問題，即變頻器對微電腦控制器，傳感（變送）器及通信設(shè)備的干擾問題。變頻器是一個很強(qiáng)的電磁騷擾源，變頻器中的開關(guān)器件，以及 SPWM電壓波形 ,會對控制及通信系造成很大的干擾。干擾的途徑，除了感應(yīng)、輻射之外，還包括傳導(dǎo)干擾，即通過連接導(dǎo)線傳導(dǎo)的干擾。在控制系統(tǒng)中，變頻器只是一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的運(yùn)行頻率（速度）指令由控制器通過對油井液量等信號的控制運(yùn)算后給予，變頻器就通過控制信號線，給微電腦控制器造成了很大的干擾，以致使控制器無法正常工作。因?yàn)槭莻鲗?dǎo)性干擾，采用屏蔽線是不解決問題的，要從信號線上的共模及差模干擾入手，采用共模與差模濾波器，才能解決干擾問題。 五、變頻調(diào)速電機(jī)的節(jié)能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 小結(jié)：變頻調(diào)速拖動系統(tǒng) ,通過調(diào)速使抽油機(jī)動態(tài)適應(yīng)油井負(fù)荷變化 ,也可方便地進(jìn)行調(diào)參 。 配以流量 、 載荷等傳感器 ,可實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)的控制 。 同時其軟起動性能好 ,對延長抽油機(jī)壽命 ,減少維護(hù)費(fèi)用有利 。 節(jié)能效果最好 ,能耗基本上與轉(zhuǎn)速成正比 ,只要降速 ,肯定節(jié)能 。 是抽油機(jī)節(jié)能電控裝置的發(fā)展方向 。 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展 ,其價格將進(jìn)一步降低 ,性能將進(jìn)一步提高 。 五、變頻調(diào)速電機(jī)的節(jié)能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 伺服電機(jī)的類型很多 ,在功率較大的控制系統(tǒng)中主要是 DC伺服電機(jī)和 AC伺服電機(jī)二大類。其中 AC伺服電機(jī)又可分為 AC同步伺服電機(jī)和 AC異步伺服電機(jī)。伺服系統(tǒng)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，其可以實(shí)現(xiàn)位置控制和零速控制，從而能大幅度降低電機(jī)運(yùn)行中的能耗，在交流伺服控制器驅(qū)動下，能量轉(zhuǎn)換效率高于異步電機(jī)。 2023年在大慶齊家北油田首次進(jìn)行了伺服電機(jī)嘗試，取得成功。到 2023年達(dá)到438口井。 中原油田、勝利油田也有應(yīng)用。 系統(tǒng)組成 油田抽油機(jī)用的驅(qū)動系統(tǒng)主要是由一套交流伺服控制系統(tǒng)及一臺三相交流異步感應(yīng)電動機(jī)組成 。 通常電動機(jī)無須更換 ,僅須在現(xiàn)有的抽油機(jī)的電動機(jī)后部加裝一只增量式光電編碼器即可繼續(xù)投入使用 。 六、交流伺服系統(tǒng)電機(jī)的節(jié)能特點(diǎn)及應(yīng)用 長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 (1)它是一種智能化的抽油機(jī)驅(qū)動裝置 ,其特點(diǎn)是在交流電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)中運(yùn)用了智能化的邏輯控制程序 ,故可針對油井實(shí)際充液程度自動調(diào)整抽油機(jī)的速度和頻率 。 (2)能夠?qū)﹄妱訖C(jī)的轉(zhuǎn)速 、 轉(zhuǎn)矩和位置信息實(shí)行精確的記錄 、 傳輸和運(yùn)算 ,并可根據(jù)抽油機(jī)載荷的瞬時變化隨時調(diào)節(jié)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 ,即驅(qū)動系統(tǒng)僅在抽油機(jī)需要外部提供動力時工作 。 當(dāng)抽油機(jī)由于自重而加速運(yùn)轉(zhuǎn)時 ,驅(qū)動系統(tǒng)即停止提供動力并放任電動機(jī)自由旋轉(zhuǎn) ,從而最大限度地利用抽油機(jī)自身的慣性或勢能 ,實(shí)現(xiàn)了電能的零浪費(fèi) 。 （ 3)采用了智能化的高可靠性功率器件 ,具有過流 、 過壓 、 短路 、欠相 、 溫升 、 故障自檢保護(hù)和故障報警等功能 。 六、交流伺服系統(tǒng)電機(jī)的節(jié)能特點(diǎn)及應(yīng)用 長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 (4)操作人員可直接利用其自身的鍵盤輸入程序或指令 ,也可利用系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)通訊接口和上位計算機(jī)聯(lián)網(wǎng) ,進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控 。 (5)可以提供兩種驅(qū)動方式 :采用交流伺服控制器驅(qū)動電動機(jī)和采用電網(wǎng)工頻電源直接驅(qū)動電動機(jī) 。 兩種驅(qū)動方式可通過指令自動切換 ,也可根據(jù)需要由操作員手動切換 ,最大限度地減少油井因抽油機(jī)的故障導(dǎo)致的停工時間 ,大大提高驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性 。 (6)任何負(fù)載狀態(tài)下 ,功率因數(shù)始終接近 1,比一般的節(jié)能型抽油機(jī)專用電動機(jī)減少有功電量 35%～ 65%,無功電量 88%～ 95%。 (7)適應(yīng)性強(qiáng) ,普通的三相交流異步電動機(jī) (籠型電動機(jī) )皆可采用 。 (8)抽油機(jī)無須調(diào)平衡 ,減少了油井維護(hù)作業(yè)工作量 。 (9)無論啟動或正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) ,伺服系統(tǒng)的輸出功率和輸入電流呈完全的線性關(guān)系 ,真正實(shí)現(xiàn)了軟啟動 ,徹底解決了 “ 大馬拉小車 ” 問題 。 六、交流伺服系統(tǒng)電機(jī)的節(jié)能特點(diǎn)及應(yīng)用 長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 抽油機(jī)工作載荷分析 抽油機(jī)的工作載荷看似很簡單 ,即電動機(jī)帶動抽油機(jī)的光桿往復(fù)上下運(yùn)動 ,游梁的兩端分別承受光桿和平衡重的重量 ,兩邊的重量差應(yīng)當(dāng)控制在一定的范圍內(nèi) ,以使電動機(jī)工作時的負(fù)載波動盡可能小 。 然而 ,事實(shí)上由于油井的載荷受到多種因素的影響 ,例如地質(zhì)條件的變化 ,管線結(jié)蠟造成的阻力變化等 ,抽油機(jī)的工作平衡經(jīng)常被打破 。 鑒于油井是野外作業(yè) ,井位分散 ,頻繁的調(diào)整抽油機(jī)平衡重是不可能的 ,故其電動機(jī)的工作狀態(tài)始終在 “ 出力 ” 和 “ 發(fā)電 ” 之間周期性變化是普遍存在的現(xiàn)象 。 六、交流伺服系統(tǒng)電機(jī)的節(jié)能特點(diǎn)及應(yīng)用 長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 運(yùn)動控制程序功能 系統(tǒng)內(nèi)置的運(yùn)動控制程序是將讀取的瞬時轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速作為輸入變量 ,然后與設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比較和運(yùn)算 ,再進(jìn)行邏輯分析和判斷 ,隨即調(diào)整電動機(jī)的工作狀態(tài) 。 例如 ,伺服系統(tǒng)一旦檢測到電動機(jī)進(jìn)入 “ 發(fā)電 ” 狀態(tài) ,伺服系統(tǒng)立刻 “ 釋放 ” 電動機(jī) ,使抽油機(jī)的勢能幾乎毫無損失的轉(zhuǎn)化為平衡重的動能 ,而不是消耗于制動或轉(zhuǎn)化為電能 。 待到系統(tǒng)檢測到電動機(jī)已退出 “ 發(fā)電 ” 狀態(tài) ,且轉(zhuǎn)速也恢復(fù)到額定轉(zhuǎn)速時 ,伺服系統(tǒng)再投入運(yùn)行 ,就好比車輛上坡時發(fā)動機(jī)工作 ,當(dāng)下坡時車輛滑行 ,發(fā)動機(jī)休息 ,故可以簡稱這種控制策略為 “ 僅在需要時工作 ” 。 六、交流伺服系統(tǒng)電機(jī)的節(jié)