石油钻机泥浆泵变频系统的配置与调试_徐建辉
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特别要注意在匹配配置下电机不能高于泥浆 泵额定转速运行，以免泥浆泵与电机过载损坏。
假如负荷较小，在额定转速以上运行时电机 与泥浆泵都不过载，由于在额定转速以上电机进 入恒功运行，电机的最大输出转矩能力减小，而泥 浆泵随转速升高所需输入转矩迅速提高，所以从 稳定性角度来讲，这种运行状态也是电机与负载 不匹配的，实际上就会发生电流大幅度振荡的情 况，转速的控制精度也降低了。因为转速的微小提 高会引起负载阻转矩较大上升与电机输出转矩的 较多下降，闭环系统必然调节电机电流较大幅度 的上升以提高输出转矩，这样表现为电流的大幅 振荡。所以一般要尽量避免将泥浆泵电机配置到 运行于其弱磁区域。一句话，就是要使电机运行于 恒转矩调速区域，不能使电机运行于恒功率调速 区域。
TL3 TL2
TL1 TL
（a）平方律负载的机械特性
PL3 PL2
PL1 PL
（b）平方律负载的功率特性
Leabharlann Baidu
图 1 平方律负载的机械特性及功率特性图
平方律负载与恒功率负载是完全不同的特性， 不可混淆。
对于 F1600 泥浆泵，轴端输入功率为 1176kW （1600hp，hp 为马力），额定转速是 1000rpm。泥浆泵 是泵类负载，机械特性是平方律特性，具有长期的 稳定负载工作制，一般不考虑或者不允许过载运 行。一般是单电机或双电机通过皮带传动驱动负 载。在单电机传动的情况下通常配备 1 台 1200 kW 变频异步电机；在双电机传动的情况下通常配备 2
nL nL1
A1
nL
A′1
nL2
A2
A′2
nL3 A3
A′3
2 泥浆泵的负载特性及变频电机的配置
泥浆泵是平方律负载，即阻转矩与转速的平方
成正比。其转矩特点为：
TL =T0 +K·t nL2
（1）
式中：T0 为空载转矩，TL 为负载的阻转矩，nL 为转
速，KT 为转矩常数。对泥浆泵来说空载转矩 T0 在额
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电气传动自动化
2009 年 第 3 期
引起的损耗。 所以泥浆泵变频系统异步电机配置的要求为：
电机的额定转速选择与泥浆泵的额定转速一致（或 者略高一些以留有裕量），电机的额定输出转矩大 于泥浆泵的额定转矩并留有裕量，则变频系统可以 满足泥浆泵的传动要求。我们在此把这种配置称为 合适的（或匹配的）配置。
2009 年 第 3 期
徐建辉，安建钧，王 玮 石油钻机泥浆泵变频系统的配置与调试
·25·
采用带转矩补偿的 U1 /f1 恒值标量控制方式，所以 从控制方式上看，对单电机系统而言，无编码器的 标量控制方式与无编码器矢量控制方式（对单电机 传动方式而言）都可以达到低速泵冲计量功能。对 双电机系统将在下面叙述。
4 系统调试的一些要求与策略
综上所述，泥浆泵变频传动系统的总体配置特 点为：泵类平方律负载，长期稳定负载工作制，一般 不考虑或者不允许过载运行，单电机或双电机，皮 带传动。
控制上一般采用无编码器矢量控制、无编码器 DTC 控制或者无编码器 V/F 控制，调速范围不小于 1∶10。泥浆泵对加速时间与减速时间无过高要求。 变频系统一般不配置制动单元（在公共母线方案时 除外），不考虑制动模式下的快速停车，但有时需要 紧急停车。我们根据现场经验总结出一些调试的基 本要求与策略。
中图分类号：TP273
文献标识码：B
The configuration and debugging in the mud pump
variable-frequency drive system of oil rig
XU Jian-hui1，AN Jian-jun2，WANG Wei3
（1. Shengli Oilfield, Dongying 257001, China；2. Beijing TSC Offshore Group Ltd., Beijing 100101, China；
1 引言
泥浆泵是石油钻机的主设备之一，负荷大而运 行时间长。变频调速已经广泛应用于石油钻机，由 于变频系统的电网侧高功率因数特性因而起到了 明显的节能作用，在钻进时通常可以比直流电动钻 机少开启一台柴油发电机组。但是泥浆泵的变频传 动系统的配置与调试需要根据负载要求做出合适 的选择与控制策略。
正比。平方律负载的机械特性与功率特性分别如图 1（a）和图 1（b）所示。
（1． 胜利油田设备管理处，山东 东营 257001； 2． 北京 TSC 海洋石油装备有限公司，北京 100101；3． ABB 电气传动有限公司，北京 100015）
摘要：叙述了石油钻机泥浆泵变频传动系统的配置特点及对电机的基本要求，针对现场的一些调试问题进
行了分析并给出了解决办法。
关键词：石油钻机；泥浆泵；变频传动系统；系统配置；调试
也可以采用自由停车方式，发出停车指令后逆 变器的 IGBT 全部关断，不会有电能从电机回馈到 直流侧。在泥浆泵有负荷的情况下由于水锤效应， 停机时间会较短，而空载或小负荷时停机时间会较 长。
在泥浆泵运行时如果突然出现管线破裂等异 常或紧急情况，需要紧急停机，可以启动变频器的 直流制动功能。直流制动启动后变频器输出直流电 流使正在运行的电机迅速而准确地停机，该功能可 以使电机在 1s 左右的时间内快速停车，有的变频 器资料称作紧急停机。但是直流制动时对电机轴的 剪切力极大，而且电机容易发生热过载。从电气的 角度看 1 小时内不允许使用直流制动超过两次，还 要考虑到对机械传动部件的使用，一般只允许在紧 急情况下使用直流制动。
2009 年 第 31 卷 第 3 期 第 22 页
电气传动自动化 ELECTRIC DRIVE AUTOMATION
Vol．31，No．3 2009，31（3）：22～ 26
文章编号：1005—7277（2009）03—0022—05
石油钻机泥浆泵变频系统的配置与调试
徐建辉 1，安建钧 2，王 玮 3
n0
ne
0
Te
图 4 异步电机矢量控制变频调速特性
综合泥浆泵的运行特性与变频调速的特性，无 论是标量控制还是矢量控制，在电机的额定转速以 下，只要电机的额定功率与额定转矩大于等于（注 意不要大得太多）泥浆泵的额定输入功率与额定转 矩，变频调速系统都可以匹配并满足泥浆泵的输入 驱动要求，系统能够稳定运行。如果变频器输出端 配有电抗器或者正弦波滤波器，还要考虑这些设备
定转矩中所占的份额比较小，通常可以忽略，近似
认为阻转矩与转速的平方成正比。
将式（1）代入机械功率计算公式
PL
=
TL nL 9550
= T0 nL 9550
+ KT nL2 nL 9550
=P0 +KP·nL3
（2）
式中：P（0 kW）为空载功率，KP 为功率常数。在忽略 空载功率的情况下负载的功率与转速的三次方成
（2）关于调速范围的问题 泥浆泵采用无编码器矢量控制或者标量控制， 其调速范围大概 1∶10。在单电机传动的情况下在 1：100 的调速范围内还可以稳定运行，只是控制指 标降低。这满足了泥浆泵的正常运行要求，一般在 40%额定转速以上运行。 泥浆泵在实际上需要比较低的转速，例如低泵 冲计量药剂情况下，需要计量泵冲以确定给泥浆罐 加入的药剂含量。这时候一般需要运行在几转的低 速，实际上调速范围要达到 1：100 以上。严格来说 泥浆泵采用无编码器方式是达不到这个要求的。但 是在打入药剂时只需要电机能够比较平稳地低速 运转，使操作员能够计量出打入药剂的泵冲数就 行，对转速的精度指标没有过高要求，我们在现有 的配置情况下采用适当的措施就能够满足低泵冲 的控制要求。 在需要做出低泵冲计量功能时，选择 V1 /f1 恒 值标量控制方式实际效果会更好一点。如果低速带 负载能力不足，可以调试使系统带有小量的低速电 压补偿功能，只要能够带动负载即可。因为大多数 变频器在低速段（10%额定转速以下）均内置算法
当采用低速电压补偿控制方式时，可以提高低 速时的最大输出转矩。
泥浆泵类负载在低速时所需要的转矩很小，一 般不需要低速电压补偿，甚至有时还需要负补偿， 即在低速时可以进一步降低电压幅值，以达到更加 节能。
异步电机 U1 /f1 控制额定转速以上时的变频调 速特性，如图 3 所示，近似于恒功率调速，与直流电 动机的弱磁调速区域类似，也称为弱磁调速区（或 称恒功区）。从图 3 可以看出在弱磁调速区域电机 输出转矩能力按照与转速反比关系减小。F1600 泥
3 变频调速特点与及其与泥浆泵负载配置
（1）异步电机 U1 /f1 恒定值标量控制变频调速 系统的调速特性
n
U1 = U1′ = U1″
ω1 ω1′ ω1″
ω1＞ ω1′＞ ω1″
n0
ω1
n0′
ω1′
n0″
ω1″
n n4 ④
n3 ③ n2 ② n1 ①
⑤
0
Temax1
Te
图 3 异步电机 U1/f1 控制额定转速以上变频调速特性（弱磁）
（3）关于双电机传动系统的调试 双电机双变频柜情况下，变频器一般采用主从 控制方式工作的无编码器矢量控制。主从传动过程 中 A 电机是速度给定方式，B 电机是转矩给定方 式，A 电机的实际转矩信号传送给 B 电机，B 电机 出同样的力保持与 A 电机同步运行。变频器主从 控制方式构思独特，运行平稳，双机平衡，动态过程 也能保证双电机的瞬态平衡。但是仅对泥浆泵双电 机皮带传动这种情况而言，主从控制方式工作的无 编码器矢量控制在极低速（例如需要低速泵冲计量 时）可能发生电机振荡并且抖动，不能平稳运转，不 一定能满足泵冲计量功能。这时候可以将控制方式 更改为频率给定的无编码器标量控制，可以达到低 速泵冲计量功能。为了确保双电机不至于产生瞬间 对拉，可以对其中一台变频器—电动机系统设置转 速调节器软化功能。 针对于双电机驱动一台设备的情况，ACS800 多传动变频器，可以实现双变频器—双电机“一对 一”控制方式，也可以采用一台变频器拖动二台电 机。其中一对一控制为多传动的主从应用，采用无 编码器 DTC 控制。与主从控制方式类似，主机为速 度控制，从机转矩跟随，主从之间通过光纤通信，避 免传输信号的干扰。通信协议为 DDCS（分布式传 动通信系统），保证主机和从机完全同步运行，同步 性能优于通过模拟量或 PLC 实现的主/从功能。一 对二的方案一般采用频率给定的标量控制，并且要 对每个电机的电流进行检测以保证单个电机不过 载或者过流。 对于一台泥浆泵配备两台电机的情况，采用 “一对一”的特点是主传动由一定的硬件冗余特性 （在一台变频柜故障时另外一台可单独驱动一半负 荷），但是占用空间较大，设备的成本相对较高。采 用“一对二”的或者泥浆泵配置单电机的方案可以 节省空间，降低成本。因为变频电机的可靠性要比 变频柜的总体可靠性高的多，所以双电机双变频柜 的方案还是有一定可靠性的优势的。 （4）关于双电机传动皮带传动的防滑保护
2009 年 第 3 期
徐建辉，安建钧，王 玮 石油钻机泥浆泵变频系统的配置与调试
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台 700 kW 的变频异步电机。电机的额定转速均为 1000rpm。
对于泥浆泵实际工作时泵冲与泵压是非常重 要的参数，在同一个缸套直径条件下，泵冲与电机 转速成正比，泵压近似与电机转矩成正比。
从平方律负载特性公式与曲线可以知道泥浆 泵负载是不允许在额定转速 （F1600 泥浆泵，ne= 1000 rpm）以上运行的，否则阻转矩和泵压按照转 速平方关系迅速增加，将很快损坏泥浆泵的相关部 件。当然，如果电机的额定转速等于泥浆泵的额定 转速，在额定转速以上运行时电机也是不能承受 的，将很快过载。
3. ABB Electric Drive Co., Ltd., Beijing 100015，China）
Abstract: The configuration characteristics and basic demands for mud pump VF driving system of oil rig are
stated, and some debugging prodlems on spot are analyzed and resolved.
Key words: oil drilling rig; mud pump; variable frequency drive system; system configuration; debug
浆泵经常配 置的变频电 机的弱磁区 域为 1000 ～ 1500rpm，又称为恒功调速区域，1500rpm 转速就被 称为最高恒功转速。最高恒功转速 1500rpm 以上区 域为减功区域，恒功率运行都不能保证，电机输出 转矩能力将迅速衰减。
（2）矢量控制变频调速系统的调速特性 矢量控制方式下，变频器—异步电机系统的机 械特性如图 4 所示。在额定转速以下是恒转矩调速 区域；在额定转矩以上是弱磁调速，近似于恒功率 调速。这与 U1 /f1 恒值标量控制方式的基本特性是 一致的，只是矢量控制特性更硬，输出转矩与转差 成正比，控制的静态和动态性能更高。
Te
T″emax
T′emax
Temax
n
图 2 异步电机 U1/f（1 无补偿）控制额定转速以下变频调速特性
异步电机 U1 /f（1 无补偿）恒值标量控制变频调 速系统在额定转速以下的调速特性，是恒转矩调速 特性，如图 2 所示。在额定转速时其输出转矩能力 达到最大值，随着转速的降低，最大输出转矩能力 也下降。
（1）启动加速与停机减速时间设定 泥浆泵启动加速时间一般设为 20～30s，可以 充分满足使用要求。钻机系统是一个柴油发电机组 组成的小电网系统，而且泥浆泵负荷较大，随转速 的增长负载上升快，启动时间太短会加大对柴油机 组的有功冲击。 减速时间一般设为 30 s 以上。如果变频系统
没有制动单元，电机没有回馈制动能力，减速时间 太短会引起变频器直流侧过电压跳闸。调试时减速 时间设定以空载时变频器不出现过电压跳闸故障 为准。按照减速时间的停车，水锤效应的影响减小， 设备卸负荷均匀，管道内压力逐渐降低，是正常操 作时的首选。
假如负荷较小，在额定转速以上运行时电机 与泥浆泵都不过载，由于在额定转速以上电机进 入恒功运行，电机的最大输出转矩能力减小，而泥 浆泵随转速升高所需输入转矩迅速提高，所以从 稳定性角度来讲，这种运行状态也是电机与负载 不匹配的，实际上就会发生电流大幅度振荡的情 况，转速的控制精度也降低了。因为转速的微小提 高会引起负载阻转矩较大上升与电机输出转矩的 较多下降，闭环系统必然调节电机电流较大幅度 的上升以提高输出转矩，这样表现为电流的大幅 振荡。所以一般要尽量避免将泥浆泵电机配置到 运行于其弱磁区域。一句话，就是要使电机运行于 恒转矩调速区域，不能使电机运行于恒功率调速 区域。
TL3 TL2
TL1 TL
（a）平方律负载的机械特性
PL3 PL2
PL1 PL
（b）平方律负载的功率特性
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图 1 平方律负载的机械特性及功率特性图
平方律负载与恒功率负载是完全不同的特性， 不可混淆。
对于 F1600 泥浆泵，轴端输入功率为 1176kW （1600hp，hp 为马力），额定转速是 1000rpm。泥浆泵 是泵类负载，机械特性是平方律特性，具有长期的 稳定负载工作制，一般不考虑或者不允许过载运 行。一般是单电机或双电机通过皮带传动驱动负 载。在单电机传动的情况下通常配备 1 台 1200 kW 变频异步电机；在双电机传动的情况下通常配备 2
nL nL1
A1
nL
A′1
nL2
A2
A′2
nL3 A3
A′3
2 泥浆泵的负载特性及变频电机的配置
泥浆泵是平方律负载，即阻转矩与转速的平方
成正比。其转矩特点为：
TL =T0 +K·t nL2
（1）
式中：T0 为空载转矩，TL 为负载的阻转矩，nL 为转
速，KT 为转矩常数。对泥浆泵来说空载转矩 T0 在额
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2009 年 第 3 期
引起的损耗。 所以泥浆泵变频系统异步电机配置的要求为：
电机的额定转速选择与泥浆泵的额定转速一致（或 者略高一些以留有裕量），电机的额定输出转矩大 于泥浆泵的额定转矩并留有裕量，则变频系统可以 满足泥浆泵的传动要求。我们在此把这种配置称为 合适的（或匹配的）配置。
2009 年 第 3 期
徐建辉，安建钧，王 玮 石油钻机泥浆泵变频系统的配置与调试
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采用带转矩补偿的 U1 /f1 恒值标量控制方式，所以 从控制方式上看，对单电机系统而言，无编码器的 标量控制方式与无编码器矢量控制方式（对单电机 传动方式而言）都可以达到低速泵冲计量功能。对 双电机系统将在下面叙述。
4 系统调试的一些要求与策略
综上所述，泥浆泵变频传动系统的总体配置特 点为：泵类平方律负载，长期稳定负载工作制，一般 不考虑或者不允许过载运行，单电机或双电机，皮 带传动。
控制上一般采用无编码器矢量控制、无编码器 DTC 控制或者无编码器 V/F 控制，调速范围不小于 1∶10。泥浆泵对加速时间与减速时间无过高要求。 变频系统一般不配置制动单元（在公共母线方案时 除外），不考虑制动模式下的快速停车，但有时需要 紧急停车。我们根据现场经验总结出一些调试的基 本要求与策略。
中图分类号：TP273
文献标识码：B
The configuration and debugging in the mud pump
variable-frequency drive system of oil rig
XU Jian-hui1，AN Jian-jun2，WANG Wei3
（1. Shengli Oilfield, Dongying 257001, China；2. Beijing TSC Offshore Group Ltd., Beijing 100101, China；
1 引言
泥浆泵是石油钻机的主设备之一，负荷大而运 行时间长。变频调速已经广泛应用于石油钻机，由 于变频系统的电网侧高功率因数特性因而起到了 明显的节能作用，在钻进时通常可以比直流电动钻 机少开启一台柴油发电机组。但是泥浆泵的变频传 动系统的配置与调试需要根据负载要求做出合适 的选择与控制策略。
正比。平方律负载的机械特性与功率特性分别如图 1（a）和图 1（b）所示。
（1． 胜利油田设备管理处，山东 东营 257001； 2． 北京 TSC 海洋石油装备有限公司，北京 100101；3． ABB 电气传动有限公司，北京 100015）
摘要：叙述了石油钻机泥浆泵变频传动系统的配置特点及对电机的基本要求，针对现场的一些调试问题进
行了分析并给出了解决办法。
关键词：石油钻机；泥浆泵；变频传动系统；系统配置；调试
也可以采用自由停车方式，发出停车指令后逆 变器的 IGBT 全部关断，不会有电能从电机回馈到 直流侧。在泥浆泵有负荷的情况下由于水锤效应， 停机时间会较短，而空载或小负荷时停机时间会较 长。
在泥浆泵运行时如果突然出现管线破裂等异 常或紧急情况，需要紧急停机，可以启动变频器的 直流制动功能。直流制动启动后变频器输出直流电 流使正在运行的电机迅速而准确地停机，该功能可 以使电机在 1s 左右的时间内快速停车，有的变频 器资料称作紧急停机。但是直流制动时对电机轴的 剪切力极大，而且电机容易发生热过载。从电气的 角度看 1 小时内不允许使用直流制动超过两次，还 要考虑到对机械传动部件的使用，一般只允许在紧 急情况下使用直流制动。
2009 年 第 31 卷 第 3 期 第 22 页
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文章编号：1005—7277（2009）03—0022—05
石油钻机泥浆泵变频系统的配置与调试
徐建辉 1，安建钧 2，王 玮 3
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图 4 异步电机矢量控制变频调速特性
综合泥浆泵的运行特性与变频调速的特性，无 论是标量控制还是矢量控制，在电机的额定转速以 下，只要电机的额定功率与额定转矩大于等于（注 意不要大得太多）泥浆泵的额定输入功率与额定转 矩，变频调速系统都可以匹配并满足泥浆泵的输入 驱动要求，系统能够稳定运行。如果变频器输出端 配有电抗器或者正弦波滤波器，还要考虑这些设备
定转矩中所占的份额比较小，通常可以忽略，近似
认为阻转矩与转速的平方成正比。
将式（1）代入机械功率计算公式
PL
=
TL nL 9550
= T0 nL 9550
+ KT nL2 nL 9550
=P0 +KP·nL3
（2）
式中：P（0 kW）为空载功率，KP 为功率常数。在忽略 空载功率的情况下负载的功率与转速的三次方成
（2）关于调速范围的问题 泥浆泵采用无编码器矢量控制或者标量控制， 其调速范围大概 1∶10。在单电机传动的情况下在 1：100 的调速范围内还可以稳定运行，只是控制指 标降低。这满足了泥浆泵的正常运行要求，一般在 40%额定转速以上运行。 泥浆泵在实际上需要比较低的转速，例如低泵 冲计量药剂情况下，需要计量泵冲以确定给泥浆罐 加入的药剂含量。这时候一般需要运行在几转的低 速，实际上调速范围要达到 1：100 以上。严格来说 泥浆泵采用无编码器方式是达不到这个要求的。但 是在打入药剂时只需要电机能够比较平稳地低速 运转，使操作员能够计量出打入药剂的泵冲数就 行，对转速的精度指标没有过高要求，我们在现有 的配置情况下采用适当的措施就能够满足低泵冲 的控制要求。 在需要做出低泵冲计量功能时，选择 V1 /f1 恒 值标量控制方式实际效果会更好一点。如果低速带 负载能力不足，可以调试使系统带有小量的低速电 压补偿功能，只要能够带动负载即可。因为大多数 变频器在低速段（10%额定转速以下）均内置算法
当采用低速电压补偿控制方式时，可以提高低 速时的最大输出转矩。
泥浆泵类负载在低速时所需要的转矩很小，一 般不需要低速电压补偿，甚至有时还需要负补偿， 即在低速时可以进一步降低电压幅值，以达到更加 节能。
异步电机 U1 /f1 控制额定转速以上时的变频调 速特性，如图 3 所示，近似于恒功率调速，与直流电 动机的弱磁调速区域类似，也称为弱磁调速区（或 称恒功区）。从图 3 可以看出在弱磁调速区域电机 输出转矩能力按照与转速反比关系减小。F1600 泥
3 变频调速特点与及其与泥浆泵负载配置
（1）异步电机 U1 /f1 恒定值标量控制变频调速 系统的调速特性
n
U1 = U1′ = U1″
ω1 ω1′ ω1″
ω1＞ ω1′＞ ω1″
n0
ω1
n0′
ω1′
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ω1″
n n4 ④
n3 ③ n2 ② n1 ①
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图 3 异步电机 U1/f1 控制额定转速以上变频调速特性（弱磁）
（3）关于双电机传动系统的调试 双电机双变频柜情况下，变频器一般采用主从 控制方式工作的无编码器矢量控制。主从传动过程 中 A 电机是速度给定方式，B 电机是转矩给定方 式，A 电机的实际转矩信号传送给 B 电机，B 电机 出同样的力保持与 A 电机同步运行。变频器主从 控制方式构思独特，运行平稳，双机平衡，动态过程 也能保证双电机的瞬态平衡。但是仅对泥浆泵双电 机皮带传动这种情况而言，主从控制方式工作的无 编码器矢量控制在极低速（例如需要低速泵冲计量 时）可能发生电机振荡并且抖动，不能平稳运转，不 一定能满足泵冲计量功能。这时候可以将控制方式 更改为频率给定的无编码器标量控制，可以达到低 速泵冲计量功能。为了确保双电机不至于产生瞬间 对拉，可以对其中一台变频器—电动机系统设置转 速调节器软化功能。 针对于双电机驱动一台设备的情况，ACS800 多传动变频器，可以实现双变频器—双电机“一对 一”控制方式，也可以采用一台变频器拖动二台电 机。其中一对一控制为多传动的主从应用，采用无 编码器 DTC 控制。与主从控制方式类似，主机为速 度控制，从机转矩跟随，主从之间通过光纤通信，避 免传输信号的干扰。通信协议为 DDCS（分布式传 动通信系统），保证主机和从机完全同步运行，同步 性能优于通过模拟量或 PLC 实现的主/从功能。一 对二的方案一般采用频率给定的标量控制，并且要 对每个电机的电流进行检测以保证单个电机不过 载或者过流。 对于一台泥浆泵配备两台电机的情况，采用 “一对一”的特点是主传动由一定的硬件冗余特性 （在一台变频柜故障时另外一台可单独驱动一半负 荷），但是占用空间较大，设备的成本相对较高。采 用“一对二”的或者泥浆泵配置单电机的方案可以 节省空间，降低成本。因为变频电机的可靠性要比 变频柜的总体可靠性高的多，所以双电机双变频柜 的方案还是有一定可靠性的优势的。 （4）关于双电机传动皮带传动的防滑保护
2009 年 第 3 期
徐建辉，安建钧，王 玮 石油钻机泥浆泵变频系统的配置与调试
·23·
台 700 kW 的变频异步电机。电机的额定转速均为 1000rpm。
对于泥浆泵实际工作时泵冲与泵压是非常重 要的参数，在同一个缸套直径条件下，泵冲与电机 转速成正比，泵压近似与电机转矩成正比。
从平方律负载特性公式与曲线可以知道泥浆 泵负载是不允许在额定转速 （F1600 泥浆泵，ne= 1000 rpm）以上运行的，否则阻转矩和泵压按照转 速平方关系迅速增加，将很快损坏泥浆泵的相关部 件。当然，如果电机的额定转速等于泥浆泵的额定 转速，在额定转速以上运行时电机也是不能承受 的，将很快过载。
3. ABB Electric Drive Co., Ltd., Beijing 100015，China）
Abstract: The configuration characteristics and basic demands for mud pump VF driving system of oil rig are
stated, and some debugging prodlems on spot are analyzed and resolved.
Key words: oil drilling rig; mud pump; variable frequency drive system; system configuration; debug
浆泵经常配 置的变频电 机的弱磁区 域为 1000 ～ 1500rpm，又称为恒功调速区域，1500rpm 转速就被 称为最高恒功转速。最高恒功转速 1500rpm 以上区 域为减功区域，恒功率运行都不能保证，电机输出 转矩能力将迅速衰减。
（2）矢量控制变频调速系统的调速特性 矢量控制方式下，变频器—异步电机系统的机 械特性如图 4 所示。在额定转速以下是恒转矩调速 区域；在额定转矩以上是弱磁调速，近似于恒功率 调速。这与 U1 /f1 恒值标量控制方式的基本特性是 一致的，只是矢量控制特性更硬，输出转矩与转差 成正比，控制的静态和动态性能更高。
Te
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图 2 异步电机 U1/f（1 无补偿）控制额定转速以下变频调速特性
异步电机 U1 /f（1 无补偿）恒值标量控制变频调 速系统在额定转速以下的调速特性，是恒转矩调速 特性，如图 2 所示。在额定转速时其输出转矩能力 达到最大值，随着转速的降低，最大输出转矩能力 也下降。
（1）启动加速与停机减速时间设定 泥浆泵启动加速时间一般设为 20～30s，可以 充分满足使用要求。钻机系统是一个柴油发电机组 组成的小电网系统，而且泥浆泵负荷较大，随转速 的增长负载上升快，启动时间太短会加大对柴油机 组的有功冲击。 减速时间一般设为 30 s 以上。如果变频系统
没有制动单元，电机没有回馈制动能力，减速时间 太短会引起变频器直流侧过电压跳闸。调试时减速 时间设定以空载时变频器不出现过电压跳闸故障 为准。按照减速时间的停车，水锤效应的影响减小， 设备卸负荷均匀，管道内压力逐渐降低，是正常操 作时的首选。