变频控制系统培训资料

不 平 衡
五、抽油机专用变频控制柜
2）再生能量的处理方式 再生能量通过逆变器的六个整流二极管回送到变频器的直流回路中。此时的 逆变器处于整流状态。对最常用的处理方式有两种： （1）能耗制动 利用设置在直流回路中的制动电阻吸收电机的再生电能的方式称为能耗制动， 其优点是构造简单；对电网无污染（与回馈制动作比较），成本低廉；缺点 是运行效率低，特别是在频繁制动时将要消耗大量的能量且制动电阻的容量 将增大。 （2）回馈制动 采用有源逆变技术，将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电 网，从而实现制动。回馈制动的优点是提高了系统的效率。其缺点是：(1)、 只有在不易发生故障的稳定电网电压下（电网电压波动不大于10%），才可 以采用这种回馈制动方式。因为在发电制动运行时，电网电压故障时间大于 2ms，则可能发生换相失败，损坏器件。(2)、在回馈时，对电网有谐波污染。 (3)、控制复杂，成本较高。 3）制动电阻大小的确定 由前边的计算可知：抽油机一个冲程周期作负功率的范围为： －139W～－4818W，因此，选择功率为2.5 kW的两个制动电阻并联在一起， 制动总功率为5 kW，可以满足要求。
五、抽油机专用变频控制柜
7、抽油机专用变频器的节能原理 （1）动态调节抽油机的冲次。 动态调整抽油机的转速，适应油井负荷的需要。
（2）动态调节 抽油机的上 、 下行程的速度实现节能增产的目的。 （3）动态调功功能：自动改变加在电机上的端电压，保证电机在最 小电流和最低电压即最小功率下运行。
五、抽油机专用变频控制柜
6、再生能量的处理方式
1）电动机的发电量范围 用抽油机设计软件模拟抽油机平衡和严重不平衡时的发电量
机型 参数 CYJY6-2.5-26HF CYJY8-2.5-26HF
最大载荷(kN) 冲次min-1
60 5
80 5
平 衡
扭 矩 曲 线
负功(J) 扭 矩 曲 线 负功(J) －45056 －57815 －2037 －1670 Nhomakorabea
三、抽油机
5、抽油机负功的产生 现场试验表明,驱动抽油机的三相异步电 动机在运行转速大于同步转速时处于发电 状态,并产生负功,电动机转差率绝对值超大, 产生的负功越大。处于发电状态的电动机 发出的电能频率、电压、相序相位与电网 一致时,负功能回馈电网被利用。此外,负功 值大,抽油机系统效率下降,在计量和计算抽 油机电动机输入有功功率时应减去负功值。
四、通用变频器
2、变频器的结构
通常，把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可 变的交流电的装置称作“变频器”。 变频器主要由整流器、中间电 路、逆变器，制动单元、驱动单元、微处理单元等组成。 1）、整流器，与三相交流电源相连接，产生脉动的直流电压。 2）、中间电路，有以下三种作用： a.使脉动的直流电压变得稳定或平滑，供逆变器使用。 b.通过开关电源为各个控制线路供电。 c.可以配置滤波和制动单元以提高变频器性能。 3）、逆变器，将固定的直流电压变换成可变电压和频率的交流电压。 4）、控制电路，它将信号传送给整流器、中间电路和逆变器，同时 它也接收来自这些部分的信号。其主要组成部分是：输出驱动单元、 操作控制电路。主要功能是： a.利用信号来开关逆变器的半导体器件。 b.提供操作变频器的各种控制信号。 c.监视变频器的工作状态，提供保护功能。
二、电动机的工作原理
油田使用的变频器驱动的电机有三种类型：三相异步 电动机、变频电动机和永磁同步电动机。目前，长庆油 田使用的最多的为三相异步电动机。三相异步电动机的 结构：
二、电动机的工作原理
1）定子 （1）.定子铁心: 定子铁心的作用是作为电机磁路的一 部分，并在其上放置定子绕组。 （2）.定子绕组:定子绕组的是电动机的电路部分，通入 三相交流电，产生旋转磁场。 2）转子 转子包括转子铁心、转子绕组和转轴等部件。 （1）转子铁心 作用:电机磁路的一部分，并放置转子 绕组。一般用0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成，硅 钢片外圆冲有均匀分布的孔，用来安置转子绕组。 （2）转子绕组 作用是切割定子旋转磁场产生感应电 动势及电流，并形成电磁转矩而使电动机旋转。根据构 造的不同分为鼠笼式转子和绕线式转子。 3）转轴 传递转矩及支撑转子的重量，由中碳钢或合金钢制 成。
LOGO
变频调速系统培训材料
抽油机专用变频调速系统 CQ系列油气混输泵变频控制 智能型橇装注水站
长庆油田分公司机械制造总厂
2008.3.23
抽油机专用变频调速系统
1
前言 电动机的工作原理 抽油机 变频器的工作模式和操作方法 抽油机专用变频控制柜 抽油机变频柜现场应用 通信系统简介
2
3
4
5 6 7
五、抽油机专用变频控制柜
系统维护：
1. 对于现场的工作环境，变频器工作时风机为变频器提供冷风，降低 IGBT运行时的温度，过多尘土进入会导致变频器风机转速降低，风 量降低，甚至损坏风机。因此注意柜子内部的除尘。 2.设备正常运行时柜门尽量不要打开。 3.如果变频器故障，系统自动切到工频，此时如果手动复位，系统会自 动切换到变频继续运行，因此在维护时要注意这一点。 4. 系统检修时，将供电电源切断，请将本地/远程旋钮旋到本地，按下 停止按钮，将柜内Q101,Q102断路器断开，然后进行检修，检修时注 意安全。 5. 变频器断路器Q101断开后，约10分钟直流母线电压才放电完毕，因 此在10分钟内严禁打开变频器。
五、抽油机专用变频控制柜
9、抽油机变频器的合理调频范围 当频率大于50Hz时，电机的转速大于额定转速，因此 抽油机的冲次将大于最高冲次，降低了抽油机运行的可靠 性。而且，当f由50-->60Hz时，U，I不变，E也不变，而 X会减小，因此转矩T会跟着磁通X减小而减小。因为 P=wT (w:角速度, T:转矩). 因为P不变, w增加了, 所以转矩 减小。 普通三相异步电动机的转速是固定的，电机厂是根据电 机的转速设计风扇的，普通电机如果用变频器降速运行， 风扇的转速也会降低，风扇的风量就会下降，电机温度会 升高。变频器对普通三相异步电机进行调控,速度不宜太 低，控制在20Hz以上。 建议抽油机变频器驱动三相异步电动机运转时，调速 范围控制在20Hz～50Hz之间。
五、抽油机专用变频控制柜
5、变频控制柜的通讯 1.支持各类流行总线模块，如 Profibus-DP,DeviceNet,CANopen,Modbus RTU, Interbus, CTNET等，不用网关，即可 实现多种总线间的数据交换 2.具有可热插拔的RJ45 口，提供各类PC工具 软件，动态监控驱动器的状态。 3.目前调试及监控采用串口RS485通讯，(标 准Modbus RTU协议)变频器地址默认为1， 波特率19.2Kb

一、前言
2、抽油机专用变频调速系统的结构
一、前言
• 系统主要由抽油机、变频控制柜、电动机、传感器、 通讯和监控中心六部分组成。 • 传感器采集抽油系统地面功图和电动机输入参数， 为变频调速提供依据； • 变频控制柜提供调速需要的变频电源； • 电动机接入变频电源驱动抽油机按需要的冲次运转； • 通讯模块将采集到的数据上传至监控中心，监控中 心远程控制启停机和调速。
四、通用变频器
1、变频器的调速原理 我们知道，交流电动机的同步转速表达式： n＝60 f(1－s)/p n———异步电动机的转速； f———异步电动机的频率； s———电动机转差率； p———电动机极对数。 由式可知，转速n与频率f成正比，只要改变频 率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz 的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。 变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度 调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速 手段。（w：角速度，T：转矩）
五、抽油机专用变频控制柜
8、变频柜具有的主要功能： 1）、在变频方式下，系统具有软启动功能。 2）、远程控制启停机。 3）、具有变频与工频两套驱动线路。在变频下运行，变 频器故障，系统可以自动切换到工频方式工作。 4）、远程控制抽油机运行冲次。 5）、抽油机冲次的调节具有开环控制和闭环控制两种模 式。开环控制可以手动调节抽油机冲次，闭环控制根据井 下工矿自动调节抽油机冲次。 6）、数据采集功能：可以采集电参数和示功图。 7）、提示抽油机的平衡状态，并计算平衡调节量。 8）、数据通讯，提供Modbus通讯协议，485通讯接口。


四、通用变频器
3、变频器的工作原理：
变频器通过二极管整流桥（整流单元），将输入的工频交流电转 变为直流电，再通过可控硅桥式电路，将直流电转变为电压、频率可 以任意调节的交流电。
四、通用变频器
工作电路
四、变频器的工作模式和操作方法
4、变频器的功能 （1）、软启动功能 （2）、变频调速功能 A、调速方式: 恒转矩调速和恒功率调速 B、调速原理 （ 3）功率因数补偿功能 （4）继电保护功能 （5）模拟量输入和通讯功能
五、抽油机专用变频控制柜
1、控制柜结构
变频控制及制动主电路
抽油机 控制柜 结构
工频控制主电路 系统保护电路 电源及操作面板 传感器信号电路
五、抽油机专用变频控制柜
短路熔断器和浪涌保护器 Unidrive SP2404变频器 Unidrive SP2404制动单元 变频主回路接触器
工频主回路接触器
二、电动机的工作原理
2、电动机参数的计算模型 U = E + I×R （I：电流，R：电子电阻， E：感应电势） E = k×f×X （k：常数，f： 频率，X： 磁通） T=K×I×X （K：常数, I：电流，X： 磁通） P=w×T （w：角速度，T：转矩）
三、抽油机
1、长庆油田抽油机类型 长庆油田再用的抽油机主要有三大类：纯曲柄平衡抽油机，纯游 梁平衡抽油机，复合平衡抽油机（曲柄复合平衡抽油机和弯梁变矩 复合平衡抽油机。 2、抽油机的平衡原理 （1）抽油机不平衡的原因：悬点承受的是不对称的脉动载荷 ，上 冲 程电动机做功很大，下冲程电机做负功。 （2）抽油机不平衡的危害：抽油机运转不平衡，影响电机的工作 效率，使电机的功率因数降低，加大电机的功率损耗。 3、抽油机平衡方式：游梁式抽油机的平衡方式有三种：纯曲柄平 衡，纯游梁平衡、游梁曲柄复合平衡。 4、抽油机达到平衡的原则是： （1）电动机在上下冲程中做功相等； （2）电动机在一个冲程中作功最小。 （3）上、下冲程中电机输入功率峰值相等。