摘要：本文介紹變頻調(diào)速器在油田抽油機(jī)上的應(yīng)用. 關(guān)鍵詞：變頻器 制動(dòng)單元 Application of inverter to oil- whirler in the oil-field Shandong Fengguang Electronics Co.,Ltd Zhou jiasheng Shandong University Han wenzhao Abstract：:This paper introduces the application of inverter to oil-whirler in the oil-field . Keywords：:inverter braker unit 引言： 目前，在油田抽油設(shè)備中，以游梁式磕頭抽油機(jī)應(yīng)用最為普遍，數(shù)量也最多。但是，傳統(tǒng)的磕頭機(jī)普遍存在著起動(dòng)沖擊大，運(yùn)行耗電多，大馬拉小車(chē)、效率低下等諸多問(wèn)題，加之油井情況復(fù)雜，稠油、結(jié)蠟、沙卡現(xiàn)象較多，斷桿、燒電機(jī)等現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，對(duì)電動(dòng)機(jī)沒(méi)有可靠的保護(hù)功能，設(shè)備維修量大，為此，急需對(duì)現(xiàn)有的抽油機(jī)設(shè)備進(jìn)行改造。 變頻調(diào)速器具有低速軟啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速可以平滑地大范圍調(diào)節(jié)，對(duì)電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能齊全，如短路、過(guò)載、過(guò)壓、欠壓及失速等，可有效地保護(hù)電機(jī)及機(jī)械設(shè)備，具有運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，提高功效等諸多優(yōu)點(diǎn)，是抽油設(shè)備改造的理想方案。我們對(duì)遼河油田、勝利油田近40口井進(jìn)行了變頻改造，其應(yīng)用效果十分明顯。 一、 變頻器的基本原理 由電機(jī)理論可知，其轉(zhuǎn)速公式為n=60f/p？（1－s）,其中 P—電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù) 　 s—轉(zhuǎn)差率 　 f－供電電源的頻率 　　n－電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 　　由上式可看出，電機(jī)轉(zhuǎn)速與頻率近似成正比，改變頻率即可以平滑地調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，而對(duì)于變頻器而言，其頻率的調(diào)節(jié)范圍是很寬的，可在0～400Hz之間任意調(diào)節(jié)，因此電機(jī)轉(zhuǎn)速即可以在較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。 當(dāng)然，轉(zhuǎn)速提高后，還應(yīng)考慮到對(duì)其軸承及繞組的影響，防止電機(jī)過(guò)分磨損及過(guò)熱，一般最高頻率設(shè)在50Hz或65Hz。 　　 現(xiàn)在我們應(yīng)用的變頻器都是交—直—交電壓源型變頻器，其電路如圖1示： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 圖1 功率器件為西門(mén)子的IGBT，控制器的核心是87C196MC單片機(jī)。 二、抽油機(jī)變頻器的難點(diǎn) 　　 作為抽油設(shè)備，其運(yùn)動(dòng)為反復(fù)地上下提升，一個(gè)沖程提升一次，其動(dòng)力來(lái)自于電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的兩個(gè)重量相當(dāng)大的鋼質(zhì)滑塊，當(dāng)滑塊舉升時(shí)，類似于杠桿的作用，將抽油機(jī)桿送入井中，滑塊下降時(shí)，抽油桿提出帶油至井口，由于電機(jī)轉(zhuǎn)速一定，在滑塊下降過(guò)程中，負(fù)荷減輕，電機(jī)拖動(dòng)產(chǎn)生的能量無(wú)地方施放，勢(shì)必進(jìn)入再生發(fā)電狀態(tài)，造成主回路母線電壓升高，頻繁的高壓沖擊會(huì)損壞變頻器的主器件，包括電解電容及功率模塊，因此增加制動(dòng)回路，讓再生電壓能及時(shí)地釋放掉，以保證設(shè)備在安全的電壓下工作。 　　 再生制動(dòng)電路即通常所說(shuō)的剎車(chē)電路，如圖1中的虛線框內(nèi)所示，包括比較電路、剎車(chē)模塊及剎車(chē)電阻等，其控制框圖如下： 我們從主回路通過(guò)取樣放大，與基準(zhǔn)電壓相比較，通過(guò)調(diào)整電位器，使剎車(chē)單元在1.1Ue（Ue為額定母線電壓值）時(shí)導(dǎo)通，在1.05 Ue時(shí)斷開(kāi)，即可控制主回路的電壓，保證其工作在允許的范圍內(nèi)。 　　 　　 由于剎車(chē)模塊是以單結(jié)控制主回路的電壓，其可靠地工作是很關(guān)鍵的，這里吸收電路要作好，由于剎車(chē)電阻引線都比較長(zhǎng)，其引線電感、尖峰電壓相應(yīng)加大，為此采用了R、C、D吸收電路，圖中R3、C4用以吸收引線電感而產(chǎn)生的尖峰電壓，所加的快恢復(fù)二極管用以在剎車(chē)單元截止時(shí)在剎車(chē)電阻兩端產(chǎn)生的逆反電壓提供通路。 　　在剎車(chē)單元頻繁地工作中，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生干擾電壓，造成模塊不應(yīng)有的導(dǎo)通而損壞，在信號(hào)的輸入端加一抗干擾電容是必要的，以吸收由于干擾信號(hào)造成的模塊誤導(dǎo)通，一般選0.01uF左右的無(wú)感電容較適宜。 　　 制動(dòng)單元由于剎車(chē)電阻的限流一般電流不大，選100A左右即足夠，剎車(chē)電阻由于在每個(gè)沖程內(nèi)都工作一次，其功率要足夠，以保證長(zhǎng)期可靠地使用，一般選用10Kw/80Ω的電爐絲。 三、 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用 　　 我們分別選前期井、中后期井進(jìn)行了變頻改造。 　　 在前期井中，由于剛開(kāi)采，儲(chǔ)油量大，供液足，為提高功效，我們采用提高轉(zhuǎn)速的方式，讓變頻器運(yùn)行至65Hz，頻率提高了1/3，相應(yīng)地電機(jī)轉(zhuǎn)速提高了30%，其采油量也相應(yīng)提高，其綜合采油率可比工頻情況下多采油20%，工效提高了1.2倍，很受油田采油工的歡迎。 　　 在中、后期井中，由于井儲(chǔ)量減少，供液不足，電機(jī)若仍工頻運(yùn)行，勢(shì)必浪費(fèi)電能，造成不必要的損耗，因而我們采用降低轉(zhuǎn)速的方式，減少?zèng)_程，一般將變頻器的頻率運(yùn)行至35～40Hz之間，這樣電機(jī)轉(zhuǎn)速下降30%，加之采油設(shè)備一般負(fù)荷較輕，其節(jié)電率可達(dá)25%左右，而且提高了功率因數(shù)，減少了無(wú)功損耗。 變頻器同時(shí)具有軟啟/軟停功能，在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，減少了對(duì)抽油桿的機(jī)械沖擊，對(duì)稠油、結(jié)蠟、沙卡、等都能有效地進(jìn)行保護(hù)停機(jī)，以保護(hù)電機(jī)及機(jī)械設(shè)備，減少維修量，防止斷桿，變頻器對(duì)過(guò)壓、欠壓、過(guò)載、短路及電機(jī)失速都能可靠地保護(hù)，對(duì)延長(zhǎng)電機(jī)的壽命，減少機(jī)械設(shè)備的磨損等，都具有很好的作用。 　　 總之，抽油機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速器，即可以提高工效，增加采油量，又可以節(jié)約電能，保護(hù)電機(jī)及設(shè)備，其應(yīng)用前景是十分廣泛的。我們國(guó)家的抽油機(jī)設(shè)備相當(dāng)多，相信變頻調(diào)速器在這方面是可以大有作為的。