變頻器在油田生產中的應用

楊振興 劉思良 米偉寧 姚偉

摘 要：變頻器廣泛應用于油田生產的各個領域，在數字化抽油機、輸油泵、注水泵控制中起到保護電機、均衡控制的作用。變頻器能夠實現軟啟動、變速調速功能，通過PLC及組態能夠實現變頻控制。

關鍵詞：變頻器；控制原理

1 變頻器調速原理

交流電動機的同步轉速表達式：

n=60 f（1-s）/p

n-異步電動機的轉速；

f-異步電動機的頻率；

s-電動機轉差率；

p-電動機極對數。

由式可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在0～50Hz的范圍內變化時，電動機轉速調節范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。（w：角速度，T：轉矩）

變頻調速技術的基本原理是根據電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系：n =60 f（1-s）/p，（式中n、f、s、p分別表示轉速、輸入頻率、電機轉差率、電機磁極對數）；通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。

變頻器就是基于上述原理采用交-直-交電源變換技術，電力電子、微電腦控制等技術于一身的綜合性電氣產品。

2 變頻器結構

通常，把電壓和頻率固定不變的工頻交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。

變頻器主要由整流器、中間電路、逆變器，制動單元、驅動單元、微處理單元等組成。

①整流器，與三相交流電源相連接，產生脈動的直流電壓；

②中間電路，有以下三種作用：a使脈動的直流電壓變得穩定或平滑，供逆變器使用；b通過開關電源為各個控制線路供電；c可以配置濾波和制動單元以提高變頻器性能；

③逆變器，將固定的直流電壓變換成可變電壓和頻率的交流電壓；

④控制電路，它將信號傳送給整流器、中間電路和逆變器，同時它也接收來自這些部分的信號。其主要組成部分是：輸出驅動單元、操作控制電路。主要功能是：a利用信號來開關逆變器的半導體器件；b提供操作變頻器的各種控制信號；c監視變頻器的工作狀態，提供保護功能。

3 變頻器原理

變頻器通過二極管整流橋（整流單元），將輸入的工頻交流電轉變為直流電，再通過可控硅橋式電路，將直流電轉變為電壓、頻率可以任意調節的交流電。

4 變頻器功能

①軟啟動功能；

②變頻調速功能。a調速方式：恒轉矩調速和恒功率調速；b調速原理；

③功率因數補償功能；

④繼電保護功能；

⑤模擬量輸入和通訊功能。

5 油田生產中使用的變頻器

我廠在數字化建設中，站點輸油泵變頻，采用的是西安永瑞公司生產的型號為：CHF100-022G/030P-4 （22kW）的變頻器。

西安永瑞變頻器的主要技術參數：

①變頻器選用英威騰品牌，具備就地啟停、手動調頻功能和自動控制模式；

②自動控制模式時，根據液位和壓力信號（4-20mA），自動啟停輸油泵（軟啟動）。在高液位時，以最高排量（最大頻率）起泵輸油，隨著液位降低，逐漸減小排量（減小頻率），使進液與輸油相平衡，液面控制在合適位置，達到連續輸油的目的。若不能連續輸油，則低液位時自動停泵，到下次高液位時繼續起泵輸油；

③變頻器預留遠程監控信號接入端子，具體要求如下：a自動停泵信號為：無源常閉接點；b提供泵運行狀態，信號類型為：無源常開接點；c接收監控系統輸出的4-20mA頻率調節信號；d向監控系統輸出4-20mA的頻率反饋信號；e預留電機就地啟停按鈕及電流顯示接線端子；f變頻器通過RS485/MODBUS for RTU與監控系統通信：提供每臺泵的工作電流、電壓和耗電量，以及變頻器相關運行參數等。

④有工頻變頻轉換功能，變頻故障時，可切換到工頻運行；

⑤具有過載漏電自動保護功能；

⑥輸入電壓：380/220V±15%；輸入頻率：50/60Hz；輸出電壓：0～額定輸入電壓；輸出頻率：0～650Hz或更高；

⑦環境要求：運行溫度在-40～+55℃運行周圍濕度≦95%RH，無水珠凝結。

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作者簡介：

楊振興（1985- ），男，甘肅西峰人，副井區長，主要從事油田開發工作。