艾默生網絡能源EV2000系列變頻器在磕頭機中應用

抽油機也叫磕頭機，是利用交流異步電動機通過皮帶輪驅動抽油機架上減速傳動裝置，牽動柱塞泵中活塞往復運動，將滲透到柱塞中的原油提取出來。其出油產量取決于柱塞泵的沖次數、滲透情況、漏失時間以及井下環境等因數。以往電機恒速運行，上下沖程時間基本相當。對于一些滲透情況較差的油井，如上下沖程時間相等，則其柱塞中液體的飽和度較小，上升時間過長，漏失時間大，嚴重影響產量，增加電耗；另一方面，由于抽油機的配重不平衡，往復過程中勢能將以再生反電勢的形式沖擊電網，構成內耗，污染電網，不利于電網的使用。因此原先采用變換電機主動輪的直徑來調節沖程的方法使用面非常窄，基于以上原因，我們采用變頻調速技術，依據油井的實際需求改變變頻器的輸出頻率，調節抽油機的沖程次數，改變上下沖程時間，使設備運行于較佳的參數設置下，并以此達到增產節能的效果。

具體而言：將主動輪直徑選到可調節的最大值，沖程次數已超過正常生產所允許的范圍，此時調節變頻器的輸出頻率，使磕頭機運行于正常生產的沖程次數，運行頻率將小于50HZ，并因此獲得節能效果；在每一


個沖程中，在柱塞下降的過程中，可減緩下降速度，以便提高滲透時間，使柱塞管道中滲滿液體，在柱塞上升過程中，提高上升速度，減小漏失時間，增加出油量，提高效率。我們使用艾默生公司EV2000系列變頻器為例，介紹抽油機如何實現以上介紹的變頻調節功能，接線圖如上所示：（其中K2、K3為接近開關）

通過設定，我們可獲得抽油機沖次數和不同的上升、下降時間，依據經驗如我們可以設定抽油機上升運行頻率為40HZ，下降運行頻率為35HZ，則可如下設定：
F119=1
F120=2
F058=40HZ
F059=35HZ
設定后將K2、K3接近開關安置在抽油機配重塊的相關位置，當抽油機上升運動開始時，接近開關K2動作，變頻器輸出頻率為40HZ，電機轉速相對較快，當抽油機下降運動開始時，接近開關K3動作，此時接近開關K2停止，變頻器輸出頻率為35HZ，電機轉速相對減慢。抽油機沖次的調節可通過調節上升、下降運行頻率來獲得調節。變頻器運行頻率的變化速度可調節變頻器加減速時間1來獲得調節，因一個沖程時間較短，可將加速時間設為2秒，減速時間設為2秒，即：
F009=2
F010=2
另外由于配重塊的不平衡，在往復運動中，電機產生反向電勢，反電勢經逆變單元反加至濾波電容兩端，變頻器直流側電壓將上升，為避免變頻器過電壓保護，因此要求依據變頻器功率型號在直流側加裝配套的制動單元與制動電阻，變頻器、制動單元與制動電阻接線如下：

安裝制動單元后，變頻器直流母線電壓上升到設定值時，可通過制動單元和制動電阻釋放，由制動電阻將多余能量吸收，但如調節不當，制動單元與制動電阻吸收過多的能量對于節能運行是不利的。

由于抽油機主要分布在我國北方的野外，冬季氣溫較低，夏天有些地方氣溫較高，而通常變頻器的允許工作環境溫度為：－10℃～40℃，難以滿足要求，艾默生公司EV2000系列變頻器允許環境溫度最高可達50℃，但由于在控制柜內要安裝制動電阻，因此，柜體內夏天溫度會稍高于環境溫度，建議在控制柜頂部安裝風扇，對于北方冬季室外溫度在零下30 ℃以上，此時變頻器難以保證穩定運行，因此，建議在控制柜內安裝加熱裝置，風扇與加熱管的工作情況由溫度檢測儀器來確定。

由于抽油機較多處于野外，因此為了保證設備可靠性，要求變頻器在檢修或損壞時抽油機可自動切換到工頻運行，要求加設工頻、變頻切換裝置及故障顯示電路，對于故障顯示與變頻、工頻切換我們可利用艾默生公司EV2000系列變頻器的Ta、Tb、Tc端子實現，當變頻器正常運行時，Ta與Tb之間為常閉，T a與Tc之間為常開；當變頻器故障停機時，Ta與Tb之間為常開，T a與Tc之間為常閉。
變頻與工頻切換電路可按如下電路接線：
當變頻器正常工作時，指示燈L1亮，當變頻器故障時，延時T后，自動切換到工頻，此時指示燈L2亮，表示變頻器故障，工頻運行。對于不許自動切換的場合，可在控制回路中延時繼電器K4的線圈回路中串一轉換開關，實現自動、手動切換功能選擇。

抽油機負載使用變頻調速后可實現如下功能：
1、變頻器保護功能齊全，可實現過壓、過流、欠壓、過載、短路等保護功能，確保電機穩定運行；
2、實現軟啟動功能，使電機免受大的啟動沖擊電流；
3、節電運行，可提高功率因數；
4、抽油機運行沖次及每一沖次上下沖程時間可調，滿足增產、節能的需要；


5、可實現變頻與工頻的自動切換，保障設備的連續工作；
6、可實現后臺啟動功能，停電再啟動可在后臺實現，無須到抽油機現場；
7、變頻器具有通訊功能，可方便實現遠端集中監控，便于檢測設備運行狀況，對抽油機進行遠端
控制。