C2000变频器在地面直驱螺杆泵上的应用分析(2)

图2 永磁同步电机调试步骤

4.3 直驱螺杆泵控制原理

直驱螺杆泵抽油机在变频柜门板上进行操作，变频控制柜门板上有启动、停止、故障复位按钮，并有运转指示灯和电位计调整电机转速旋钮(如图3)，可以在现场对变频柜进行实时操作。

直驱螺杆泵的工作状态可以分为正转运行状态，变频器制动状态及能耗制动状态。

图3 变频控制柜面板

4.3.1正转运行状态

直驱螺杆泵在采油阶段时，C2000变频器通过内置PLC功能带动永磁同步电机保持正转运行，通过控制柜上的电位计来调整电机运行转速，变频器RA1与RA2输出变频器运行和故障状态，变频器控制部分接线图如图4(MI1为故障复位输入)。

图4 变频器控制部分接线图

C2000变频器在运行前需要通过操作面板开启PLC功能，同时通过Delta WPLSoft软件将控制程序通过RS485接口输入至变频器内。

变频器默认的通讯格式为9600、7、N、2，通讯站号为2(变频器PLC站号)，在Delta WPLSoft的通讯设置内需要与其保持一致，电脑方可与变频器正常通讯。正转部分程序如图5。

图5 变频器正转PLC部分程序

4.3.2变频器制动状态

当控制系统发出停机命令时，C2000变频器先通过PLC功能来制动螺杆泵反转(采用的方式为转矩检测制动或恒速定时制动方式)，以防止抽油杆存储的弹性势能及油管内环空静液柱作用导致抽油杆高速反转而产生严重后果。

通过台达C2000变频器的一级制动方式，螺杆泵的反转扭矩在受控的情况下得到了缓慢释放。

变频器在反转时的相关数据(如运行时间，电流变化值等)可以通过变频器未使用的参数项来输入，例如04-00，04-01项等。

反转部分PLC程序如图6。

图6 变频器反转PLC部分程序

4.3.3能耗制动状态

当变频器停止制动输出后，利用变频器的运行状态输出点将变频器与永磁同步电机端动力连线断开，同时让永磁同步电机转子绕组与三相外接耗能电阻接通，开始二级制动(能耗制动原理图如图7)。

采用制动以后的运行过程是：抽油杆由于有储存的反转能量带动电机转子反转，电机角速度逐渐增大，由于永磁电机特性，转子上有永磁磁场，因此会在电机绕组中产生感应电势，感应电势通过耗能电阻形成回路，产生电流，该电流产生与转向相反的制动力矩。电阻越小，制动力矩就越大，转化成的热能也越小，抽油杆停下来的时间也就越长，因此要根据井况不同而选择最优耗能电阻数值。

耗能电阻制动的方式不仅能起到二级制动的效果，还在变频器或控制柜出现故障时，保证螺杆泵能量得到有效的控制释放，使系统控制更加可靠、安全。

图7 能耗制动原理图

5 系统节能

采油井在开采过程中，油况可能随时发生变化，而C2000变频器可以通过内置PLC功能自动侦测电机输出情况，通过变频器内部运算合理调整输出频率或转矩，并可根据油厂的采油量指标，由采油工人自行或定时改变输出频率，满足了手动与自动控制的二合一功能，不仅节约了电能，还节省了人力物力，深受用户好评。

6 结束语

台达C2000变频器自2011年10月份在国内某知名油田多个地面直驱螺杆泵井口投运以来，运行效果稳定，节能明显，并且操作简便易懂，在客户处取得了良好反响。

由于直驱螺杆泵的简单、高效、经济节能的人工举升方式，其在油田上的应用也会更加广泛。自2007年以来，该知名油田每年都有近2000台的直驱螺杆泵油井投入使用，尽管台达C2000变频器的开环同步功能开放较晚，但其稳定高效的输出功能丝毫不比国外知名品牌变频器逊色，希望本文能对台达C2000变频器在油田地面直驱螺杆泵行业的推广起到一定的积极作用。

作者简介：

赵成亮，男，出生于1984年7月，毕业于佳木斯大学，自动化专业。现任中达电通东北大区业务支援处应用工程师，从事中达机电产品在黑龙江区域的技术支持和推广工作，有着丰富的业界经验。