變頻調(diào)速器在油田抽油設(shè)備上的應(yīng)用

　　目前，在油田抽油設(shè)備中，以游梁式磕頭抽油機應(yīng)用最為普遍，數(shù)量也最多。但是，傳統(tǒng)的磕頭機普遍存在著起動沖擊大，運行耗電多，大馬拉小車、效率低下等諸多問題，加之油井情況復(fù)雜，稠油、結(jié)蠟、沙卡現(xiàn)象較多，斷桿、燒電機等現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，對電動機沒有可靠的保護功能，設(shè)備維修量大，為此，急需對現(xiàn)有的抽油機設(shè)備進行改造。
　　變頻調(diào)速器具有低速軟啟動，轉(zhuǎn)速可以平滑地大范圍調(diào)節(jié)，對電動機保護功能齊全，如短路、過載、過壓、欠壓及失速等，可有效地保護電機及機械設(shè)備，具有運行平穩(wěn)、可靠，提高功效等諸多優(yōu)點，是抽油設(shè)備改造的理想方案。我們對遼河油田、勝利油田近40口井進行了變頻改造，其應(yīng)用效果十分明顯。

　　一、 變頻器的基本原理

　　 由電機理論可知，其轉(zhuǎn)速公式為
n=60f/p?(1－s)
其中 P—電動機的極對數(shù)
　 s—轉(zhuǎn)差率
　 f－供電電源的頻率
　　n－電動機的轉(zhuǎn)速
　　由上式可看出，電機轉(zhuǎn)速與頻率近似成正比，改變頻率即可以平滑地調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，而對于變頻器而言，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)，因此電機轉(zhuǎn)速即可以在較寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
當然，轉(zhuǎn)速提高后，還應(yīng)考慮到對其軸承及繞組的影響，防止電機過分磨損及過熱，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

　　 功率器件為西門子的IGBT，控制器的核心是87C196MC單片機。

　　 二、抽油機變頻器的難點

　　 作為抽油設(shè)備，其運動為反復(fù)地上下提升，一個沖程提升一次，其動力來自于電動機帶動的兩個重量相當大的鋼質(zhì)滑塊，當滑塊舉升時，類似于杠桿的作用，將抽油機桿送入井中，滑塊下降時，抽油桿提出帶油至井口，由于電機轉(zhuǎn)速一定，在滑塊下降過程中，負荷減輕，電機拖動產(chǎn)生的能量無地方施放，勢必進入再生發(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，因此增加制動回路，讓再生電壓能及時地釋放掉，以保證設(shè)備在安全的電壓下工作。

　　 再生制動電路即通常所說的剎車電路，如圖1中的虛線框內(nèi)所示，包括比較電路、剎車模塊及剎車電阻等，其控制框圖如下：