变频调速器在油田抽油设备上的应用
引言：目前，在油田抽油设备中，以游梁式磕头抽油机应用*为普遍，数量也*多。但是，传统的磕头机普遍存在着起动冲击大，运行耗电多，大马拉小车、效率低下等诸多问题，加之油井情况复杂，稠油、结蜡、沙卡现象较多，断杆、烧电机等现象经常发生，对电动机没有可靠的保护功能，设备维修量大，为此，急需对现有的抽油机设备进行改造。变频调速器具有低速软启动，转速可以平滑地大范围调节，对电动机保护功能齐全，如短路、过载、过压、欠压及失速等，可有效地保护电机及机械设备，具有运行平稳、可靠，提高功效等诸多优点，是抽油设备改造的理想方案。我们对辽河油田、胜利油田近40口井进行了变频改造，其应用效果十分明显。(欢迎来电咨询 郑州中鑫自动化设备有限公司 网址：www.hnzkwx.com 电话：0371-60133978 手机：13837132021 )
*、变频器的基本原理
由电机理论可知，其转速公式为
n=60f/p×(1－s)
其中 P―电动机的*对数
s―转差率
f－供电电源的频率
n－电动机的转速
由上式可看出，电机转速与频率近似成正比，改变频率即可以平滑地调节电机转速，而对于变频器而言，其频率的调节范围是很宽的，可在0～400Hz之间任意调节，因此电机转速即可以在较宽的范围内调节。
当然，转速提高后，还应考虑到对其轴承及绕组的影响，防止电机过分磨损及过热，*般*高频率设在50Hz或65Hz。
现在我们应用的变频器都是交―直―交电压源型变频器，
功率器件为西门子的IGBT，控制器的核*是87C196MC单片机。
二、抽油机变频器的难点
作为抽油设备，其运动为反复地上下提升，*个冲程提升*次，其动力来自于电动机带动的两个重量相当大的钢质滑块，当滑块举升时，类似于杠杆的作用，将抽油机杆送入井中，滑块下降时，抽油杆提出带油至井口，由于电机转速*定，在滑块下降过程中，负荷减轻，电机拖动产生的能量*地方施放，势必进入再生发电状态，造成主回路母线电压升高，频繁的高压冲击会损坏变频器的主器件，包括电解电容及功率模块，因此增加制动回路，让再生电压能及时地释放掉，以保证设备在安全的电压下工作。
再生制动电路即通常所说的刹车电路，如图1中的虚线框内所示，包括比较电路、刹车模块及刹车电阻等，其控制框图如下：
我们从主回路通过取样放大，与基准电压相比较，通过调整电位器，使刹车单元在1.1Ue（Ue为额定母线电压值）时导通，在1.05 Ue时断开，即可控制主回路的电压，保证其工作在允许的范围内。
由于刹车模块是以单结控制主回路的电压，其可靠地工作是很关键的，这里吸收电路要作好，由于刹车电阻引线都比较长，其引线电感、尖峰电压相应加大，为此采用了R、C、D吸收电路，图中R3、C4用以吸收引线电感而产生的尖峰电压，所加的快恢复二*管用以在刹车单元截止时在刹车电阻两端产生的逆反电压提供通路。在刹车单元频繁地工作中，势必会产生干扰电压，造成模块不应有的导通而损坏，在信号的输入端加*抗干扰电容是必要的，以吸收由于干扰信号造成的模块误导通，*般选0.01uF左右的*感电容较适宜。
制动单元由于刹车电阻的限流*般电流不大，选100A左右即足够，刹车电阻由于在每个冲程内都工作*次，其功率要足够，以保证长期可靠地使用，*般选用10Kw/80Ω的电炉丝。(欢迎来电咨询 郑州中鑫自动化设备有限公司 网址：www.hnzkwx.com 电话：0371-60133978 手机：13837132021 )
三、 现场应用
我们分别选前期井、中后期井进行了变频改造。
在前期井中，由于刚开采，储油量大，供液足，为提高功效，我们采用提高转速的方式，让变频器运行至65Hz，频率提高了1/3，相应地电机转速提高了30%，其采油量也相应提高，其综合采油率可比工频情况下多采油20%，工效提高了1.2倍，很受油田采油工的欢迎。
在中、后期井中，由于井储量减少，供液不足，电机若仍工频运行，势必浪费电能，造成不必要的损耗，因而我们采用降低转速的方式，减少冲程，*般将变频器的频率运行至35~40Hz之间，这样电机转速下降了30%，加之采油设备*般负荷较轻，其节电率可达25%左右，而且提高了功率因数，减少了*功损耗。
变频器同时具有软启/软停功能，在电机启动时，减少了对抽油杆的机械冲击，对稠油、结蜡、沙卡、等都能有效地进行保护停机，以保护电机及机械设备，减少维修量，防止断杆，变频器对过压、欠压、过载、短路及电机失速都能可靠地保护，对延长电机的寿命，减少机械设备的磨损等，都具有很好的作用。
总之，抽油机应用变频调速器，即可以提高工效，增加采油量，又可以节约电能，保护电机及设备，其应用前景是十分广泛的。我们**的抽油机设备相当多，相信变频调速器在这方面是可以大有作为的。