英威腾GOODRIVE300系列变频器在地面直驱螺杆泵抽油机上的应
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2020-10-21
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地面直驱式螺杆泵是在螺杆泵基础上发展而成的抽油机械，采用永磁同步电机带动光杆直接驱动井下螺杆泵，
减少了机械减速器和皮带减速器，效率很高。本文介绍了英威腾GOODRIVE300开环矢量型变频器在地面直驱
螺杆泵上的应用，其控制性能可靠，节能效率高。本文仅以37kW的GOODRIVE300变频器为例进行分析，并为
地面直驱式螺杆泵的节能改造提供应用方案。
1 引言引言
地面直驱螺杆泵是近年来迅速发展起来的一种采油机械，特别适合高黏稠、高含气、高含砂、高含水以及低产油井的原油
开采，能有效地克服气锁、砂卡等现象，且占地面积小，效率高，其增产节能优越性正日益显现。地面直驱螺杆泵采用
2 地面直驱螺杆泵介绍地面直驱螺杆泵介绍
永磁同步电机直驱螺杆泵由机械传动系统和电气控制系统组成，它取消了传统的皮带传动、减速箱减速装置、停机防反转
机械装置等，低速永磁同步电机直接驱动光杆带动井下螺杆泵，其结构如图1所示。动力传输方式是：电机的扭矩由电机空心
轴-密封连接套-方卡子-光杆。光杆通过电机的空心轴伸出，通过方卡子与电机空心轴联接，将电机扭矩传递到泵杆上。井口的
轴向承载和机械密封装置设计在电机的下端面和空心轴内，从而实现轴向承载、机械密封及动力电机基于一体的设计。密封组
合将动密封与静密封组合在一起，保证采出液不外漏，电机的下端与承重段联接，它承担全部泵组的重量，承重段的承重轴承
应用润滑油润滑，方便维修和换油。另外，在承重装置壳体的上法兰增加了一个溢流通道，将机械密封正常工作时产生的微小
泄露液体排出，防止造成机油乳化降低润滑效果。
图1永磁同步电机直驱螺杆泵外观图及结构图
直接驱动方式不需要配置减速箱，不但提高了系统的工作效率，也避免了传统螺杆泵采油系统经常出现的更换皮带轮、添
加润滑油、改变生产参数和管理维护不便等问题。
3 采用采用GOODRIVE300驱动的直驱式螺杆泵驱动控制系统技术特点驱动的直驱式螺杆泵驱动控制系统技术特点
3.1 采用永磁同步电动机驱动的优点采用永磁同步电动机驱动的优点
普通螺杆泵的机械传动效率只有80%左右，而通过电机直接驱动光杆，传动效率可以达到98%。直驱式螺杆泵的驱动电机
为永磁同步电机，永磁同步电机虽然不可直接启动，但它具有以下特点：
（1）体积小，功率密度大，结构紧凑。
（2）运行效率高。转子转速与定子旋转磁场完全同步，与异步电机相比，无转子损耗；与普通电励磁同步电机相比，转
子不需外加励磁电源，消除了励磁损耗。因此，永磁同步电机的额定效率可达到94％以上。永磁同步电机轻载时效率高，最
高可达额定值的96％左右，而异步电机在轻载运行时的效率远低于其额定值。因此，在大部分运行时间处于轻载状态的工况
下，永磁同步电机的节电效果更加理想。综合来看，永磁同步电机的效率比同规格感应电机提高6%~10%。
（3）
（4）启动力矩大，过载能力强，且适合于做多对极，可不加传动箱直接驱动负载。
3.2 GOODRIVE300永磁同步电动机系统永磁同步电动机系统
地面直驱式螺杆泵抽油机启动扭矩大，要求配置高性能的驱动控制器，INVT新一代GOODRIVE300变频器选用TI公司最
新推出的32位DSP芯片，具有专门针对永磁同步电动机的矢量控制，具有很高的电机控制性能及精度，其主要技术特点
[1]
如
下：
*永磁同步电机开环矢量控制启动扭矩为2Hz/200%；
*过载能力：150%额定电流60s；180%额定电流10s；
*开环控制精度可达0.2%最高转速；
*可支持2组同步电机切换控制；
*支持Modbus、Profibus、以太网、CAN总线通讯协议；
*具有转速追踪功能，轻松实现任何时候电机无冲击启动；
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