摘  要：采用永磁同步電機直接驅動的抽油機為抽油機發展的一個方向。 Goodrive35塔式機專用變頻器的成功應用，體現出其優異的驅動能力及矢量控製特性，大大提升了抽油機的效率。

關鍵詞：Goodrive35  塔式機專用變頻  永磁同步電機  矢量控製

一、引言

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，塔式機比遊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遊梁式抽油機，仍存在係統冗餘、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


，而Goodrive35變bian頻pin器qi與yu永yong磁ci同tong步bu電dian機ji一yi起qi構gou成cheng的de直zhi驅qu式shi抽chou油you機ji驅qu動dong係xi統tong便bian是shi其qi不bu錯cuo的de選xuan擇ze。該gai係xi統tong相xiang對dui於yu使shi用yong交jiao流liu異yi步bu電dian機ji作zuo為wei驅qu動dong裝zhuang置zhi，降jiang低di了le抽chou油you機ji係xi統tong的de工gong作zuo損sun耗hao，提ti升sheng了le抽chou油you的de工gong作zuo效xiao率lv。

二
、應用環境分析

2.1 塔式抽油機係統組成

塔式抽油機由動力傳動係統
、控製係統、機架及移動裝置
、平衡箱
，平衡箱安全刹車係統，適用於普通油井的采油作業，尤其適用於長衝程、低衝次的采油工況使用。塔式抽油機結構如圖1。

該係統核心在於永磁同步電動機。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。可以通過匹配Goodrive35係列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於永磁體，使功率因素達0.98以上。

2.2  塔式抽油機負載特性

塔ta式shi抽chou油you機ji所suo帶dai為wei恒heng轉zhuan矩ju性xing質zhi負fu載zai
，啟qi動dong時shi需xu要yao超chao過guo額e定ding轉zhuan矩ju值zhi的de轉zhuan矩ju。工gong作zuo狀zhuang態tai與yu電dian梯ti工gong作zuo比bi較jiao接jie近jin，分fen上shang升sheng和he下xia降jiang兩liang個ge過guo程cheng，支zhi持chi懸xuan停ting，對dui變bian頻pin器qi轉zhuan矩ju控kong製zhi特te性xing要yao求qiu較jiao高gao，由you於yu永yong磁ci同tong步bu電dian機ji特te性xing決jue定ding，在zai塔ta式shi抽chou油you機ji配pei重zhong不bu平ping衡heng時shi會hui出chu現xian能neng量liang回hui饋kui
，因yin此ci需xu要yao通tong過guo反fan饋kui裝zhuang置zhi反fan送song給gei電dian網wang或huo者zhe消xiao耗hao在zai製zhi動dong電dian阻zu上shang，以yi防fang止zhi母mu線xian電dian壓ya過guo衝chong。

本文僅以某油田一個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停控製，一路4-20mA模擬量輸出；

表1： 15kW永磁同步電機參數

電機參數	額定功率	額定電壓	額定電流	額定頻率	極對數
數值	14kW	380V	28A	8HZ	16

●  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。

三、係統方案

3.1 英威騰Goodrive35係列變頻器性能介紹

●  高級矢量控製模式，Goodrive35變頻器支持兩種矢量控製模式，其中矢量控製模式0基於高性能32位DSP硬件平台，新型全程三相調製控製技術及精準參數靜態自學習能力，可以實現優異控製效果，無論在加減速時間、力矩、轉矩動態響應速度
、運行電流、電機噪聲、穩速精度等方麵均有出色表現，對變頻電機擁有優異的控製性能。

●  標配內置C3濾波器
，有效濾除電源輸入側高次諧波，有效防止變頻器整流過程中產生諧波幹擾控製部分及弱電信號
，保證係統工作穩定可靠。

●  環境適應能力強，完全獨立風道設計加法蘭安裝模式可大幅提高抗擊油汙、粉塵及濕熱等惡劣環境，有效降低變頻故障率，延長使用壽命。Goodrive35變頻器鈑金件選用熱浸鍍鋅板結合拉鉚式固定方案，大大提高其EMC性能及抗腐蝕能力。

●  過載能力強，優異電流限幅特性，可有效降低變頻過載、過流保護，最大限度保障生產連續性。

●  優越的AVR功能

，超強電網適應性，可用於電網長期偏低或電網波動等電源惡劣場合，保障輸出電壓、電流、速度穩定性。

●  針對Goodrive35變頻器，深圳市英威騰電氣股份有限公司特提供24個月免費保修服務，全球服務網絡覆蓋

，可有效解決客戶後顧之憂。

●  變頻器內部集成塔式抽油機專用工藝控製邏輯，結合人機界麵，轉換成抽油機操控語言；

●  支持自動往複運動及間抽功能；

●  自動檢測皮帶打滑並修正累積偏差；

●  衝程及衝次靈活可調；

●  靈活手動修井操控模式。

3.2 變頻器選擇

采cai用yong永yong磁ci同tong步bu電dian機ji帶dai動dong的de螺luo杆gan式shi抽chou油you機ji需xu要yao超chao過guo額e定ding轉zhuan矩ju的de啟qi動dong轉zhuan矩ju，要yao實shi現xian迅xun速su的de啟qi停ting控kong製zhi
，對dui控kong製zhi精jing度du的de要yao求qiu也ye較jiao高gao
，必bi須xu選xuan用yong矢shi量liang控kong製zhi型xing變bian頻pin器qi。Goodrive35xiliebianpinqishiyikuanyonglaikongzhiyibujiaoliuganyingdianjiheyongcitongbudianjidebianpinqi，nenghenhaomanzuqixingnengyaoqiu。gaibianpinqizaitongbudianjikongzhixiajuyouyixiajishutedian:

●  起動轉矩：無PG矢量控製2.5Hz/150%（SVC）

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

●  調速比：無PG矢量控製 1：20

●  速度控製精度：無PG矢量控製：±0.2%最高速度 。

3.2 控製實現

對於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，可以為其放大兩檔選配變頻器
，選配的型號為GD35-022-4。螺杆式抽油機需滿足快速啟停，有效製動，這樣變頻器的製動單元應有較大的製動電流，縮短製動過程。客戶可選用DBU-055-4的製動單元，製動電阻大小為13.6?/9600W。整個變頻驅動係統的電氣接線如圖2所示。

圖2 係統電氣接線圖

四
、具體使用效果

整個係統對信號的采集方麵比較簡潔

，因此接線十分方便。Goodrive35係列變頻器在矢量控製上性能優異
，隻需簡單的自學習就能達到對永磁同步電機的精確控製，這樣整個調試過程也變得比較輕鬆。

4.1 係統接線如圖3所示

變頻器從S1接受啟動信號
、S2接收停機信號
、AO2輸出4-20MA的模擬量信號，從而在頻率表上顯示運行頻率。

4.2 係統調試

1)  首先，上電前檢查接線，確認無誤後上電

；

2)  第一步 P0.18為1，參數複位。

3)  第二步設置變頻參數P0.0為0
，P2.00為1同步機模式

，設置電機參數。

4)  第三步：變頻器開環低速、高速運行，查看電機轉速及電流是否平穩，電機運行是否正常，如不正常可適當調速P3組參數：

5)  第四步：設置P0.00為3（閉環矢量模式）
，設置編碼器參數。

6)  第五步：驗證編碼器安裝及設置是否正確。

7)  電機停止時，觀查P18.21（旋變角度）值應該不波動或波動非常小
，如果波動很大請檢查接線及接地，確認是否是編碼器受幹擾。緩慢旋轉電機，P18.21應該緩慢變化
，表蝗編碼器接線正確；旋轉多圈後P18.02值應該一直不變
，且不為0，這表明編碼器Z信號正確。

8)  第六步磁極初始位置學習。

9)  建議選擇P20.11選擇為1旋轉學習。運行過程中如果出現ENC10,ENC1D故障，可能是編碼器方向與電機方向不一致，設置P20,02為1，編碼器反向。再進行自學習。

10) 第七步：高低速運行，測試變頻器性能。

11)  變頻器在運行中電流應該比開環是小，且應該比較穩定
，如果波動較大，在變頻器運行中查看P18.21，看旋變角度是否變化連續，如果有較大的跳動，可能是編碼器受幹擾，檢查編碼器走線及接地。如果變化平穩
，可調速P3組參數。

4.3  變頻器參數設置

變頻器部分關鍵參數見表2。

表2：部分參數設置情況表

功能碼	名稱	設定值	說明
P00.00	速度控製模式	3	閉環矢量控製
P00.03	最大輸出頻率	20HZ	根據實際情況設置
P00.04	運行頻率上限	8HZ
P00.14	載波頻率	2KHz
電機參數自學習
P02.15	電機額定功率	14Kw
P02.16	電機額定頻率	8HZ	根據電機銘牌進行設置
P02.17	電機極對數	16
P02.18	電機額定電壓	380V
P02.19	電機額定電流	28A

本係統變頻器具有短路、過載
、過壓、缺相、失速等多種保護和故障輸出功能，能有效保證係統安全高效的運行。

五、客戶評價

通過在長時間的運行觀察和一線員工的反饋，由Goodrive35塔式機變用頻器驅動性能良好，可很好的替代國外同類產品。

六、結束語

隨著控製技術的發展，電機的製造向著專業化
、自動化方向發展。變頻器作為塔式抽油機的動力驅動設備，以其高效、低噪聲、大啟動轉矩、高可靠性、良好的調速性能
、免維護等優越性在油氣生產中有著良好的應用前景。

參考文獻：

[1] 《Goodrive 35變頻器產品說明書》深圳市英威騰股份有限公司